EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA RECIRCULACIÓN DE AGUAS DE LAVADO PROVENIENTE DE LAS UNIDADES DE FILTRACIÓN RÁPIDA DE LA PLANTA DE POTABILIZACIÓN MANANTIALES

FEDERICO DAVID MARTÍNEZ ROJAS

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERÍA POSGRADOS DE AMBIENTAL ESPECIALIZACIÓN EN MANEJO Y GESTIÓN DEL AGUA MEDELLÍN 2010 1   

EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA RECIRCULACIÓN DE AGUAS DE LAVADO PROVENIENTE DE LAS UNIDADES DE FILTRACIÓN RÁPIDA DE LA PLANTA DE POTABILIZACIÓN MANANTIALES

FEDERICO DAVID MARTÍNEZ ROJAS

Trabajo de monografía para optar al título de Especialista en Manejo y Gestión del Agua

Asesora Sandra Milena Silva Arroyave Ingeniera Ambiental - MBA

UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA FACULTAD DE INGENIERÍA POSGRADOS DE AMBIENTAL ESPECIALIZACIÓN EN MANEJO Y GESTIÓN DEL AGUA MEDELLÍN 2010 2   

NOTA DE ACEPTACIÓN

____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________ ____________________________

____________________________ Firma del presidente del jurado

____________________________ Firma del jurado

____________________________ Firma del jurado

Medellín, Marzo 01 de 2010 3   

DEDICATORIA

A mi esposa Margarita por su invaluable apoyo y compañía, a mis hijas Angélica y Luisa fuente de inspiración y a Dios quién me enseña a disfrutar cada segundo de mi vida.

4   

AGRADECIMIENTOS

El autor expresa sus agradecimientos a: A la Ingeniera Clara Inés Jaramillo Londoño, Jefe del Área de Potabilización, Los ingenieros Juan Carlos Ramírez Arias y Dairo Alberto valencia Rojas y demás funcionarios de EPM que colaboraron con la información requerida para adelantar

esta

monografía,

por

su

tiempo

e

importante

información

suministrada. A Sandra Silva, Ingeniera Ambiental, Magíster en Administración, asesora para la elaboración de la monografía, quién me brindó un importante aporte y acompañamiento. A la Universidad de Antioquia, la cual me ha aportado en mi formación académica y profesional a través de la Facultad De Ingeniería en el desarrollo de mi pregrado como Ingeniero Sanitario y ahora en la Especialización en Manejo Y Gestión del Agua.

5   

I.

I. II. III. IV. V. VI. 1. 2. 3. 3.1. 3.2. 4. 5. 5.1. 5.1.1. 5.1.2. 5.2. 5.2.1. 5.2.2. 5.2.3. 6. 7. 7.1. 7.2. 7.2.1. 7.2.2. 7.2.3. 7.2.4. 7.2.5. 7.2.6. 7.2.7. 7.2.8. 7.2.9. 7.3.

8. 8.1.

CONTENIDO

CONTENIDO 6 ÍNDICE DE TABLAS 8 ÍNDICE DE GRÁFICOS 9 RESUMEN 10 GLOSARIO 11 INTRODUCCIÓN 15 JUSTIFICACIÓN 16 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 18 OBJETIVOS 21 OBJETIVO GENERAL 21 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 21 METODOLOGÍA 22 REFERENTES CONCEPTUALES 24 MARCO CONCEPTUAL 24 El agua y la disponibilidad en el planeta 24 Sistemas de tratamiento para potabilización de agua 26 MARCO LEGAL 32 Normativa ambiental de Colombia 32 Normativa de las tasas retributivas 35 Sistema de fijación de la cuantía y cobro 36 SISTEMAS DE RECIRCULACIÓN DE AGUAS DE 38   LAVADO PROVENIENTES DEL LAS UNIDADES DE FILTRACIÓN RÁPIDA GENERALIDADES DE LA PLANTA DE POTABILIZACIÓN 42  MANANTIALES EMPRESA PRESTADORA DE SERVICIO DE 42 ACUEDUCTO - EPM PLANTA DE POTABILIZACIÓN MANANTIALES 45 Estructura de entrega 46 Canaletas Parshall 47 Floculadores 47 Sedimentadores 47 Filtros 48 Tanque Retorno Agua de Lavado 48 Unidad de desinfección 49 Tanque de Almacenamiento 49 Tanque de suministro interno 49 EVALUACIÓN ECONÓMICA DEL SISTEMA DE 50 RECIRCULACIÓN DE AGUAS DE LAVADO IMPLEMENTADO EN LA PLANTA DE POTABILIZACIÓN MANANTIALES DE EPM RESULTADOS OBTENIDOS 54 VALOR TEÓRICO DE PAGO POR CONCEPTO DE 54 6 

 

8.1.1. 8.1.2. 8.2. 8.2.1. 8.2.2. 8.2.3. 8.2.4. 8.2.5. 8.2.6. 8.2.7. 8.2.8. 9. 9.1. 9.2. 9.3. 10. 11. 12. 13.

TASAS RETRIBUTIVAS Premisas Monto a pagar SISTEMA DE RECIRCULACIÓN Tanque de Recirculación Redes de Recirculación Válvulas Medidor Bombas de recirculación Sistema de control Canal de entrada Costo anual del sistema de recirculación ANÁLISIS DE RESULTADOS RÉGIMEN HIDROLÓGICO DE LAS UNIDADES DE FILTRACIÓN CONCENTRACIONES DE DBO5 Y SST EN EL AGUA RECIRCULADA MONTO A PAGAR DE TASA RERIBUTIVA CONCLUSIONES PROPUESTAS DE INVESTIGACIÓN BIBLIOGRAFÍA ANEXOS

7   

54 57 59 59 60 61 61 62 63 63 64 65 65 67 69 72 74 75 79

II

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA N°1. Registro hidrológico mensual del sistema de recirculación de la planta de potabilización Manantiales, año 2009 TABLA N°2. Registro mensual de concentración de los parámetros DBO5 y SST del sistema de recirculación de la planta de potabilización Manantiales, año 2009 TABLA N°3. Monto a pagar mensual por concepto de tasa retributiva por vertimiento teórico de agua proveniente de los filtros de la planta de potabilización Manantiales sin sistema de recirculación, año 2009

8   

52 53

58

III

ÍNDICE DE GRÁFICOS

GRÁFICO N°1. Demanda poblacional de agua potable

18

GRÁFICO N°2. Disponibilidad de agua en el planeta

26

GRÁFICO N°3. Diagrama de flujo de un sistema de potabilización reciclando el agua de lavado de los filtros GRÁFICO N°4. Esquema de un sistema de recirculación de agua de lavado de los filtros GRÁFICO N°5. Régimen hidrológico de los filtros de la planta Manantiales para el año 2009 GRÁFICO N°6. Concentración de DBO5 en mg/l del agua recirculada proveniente de los filtros en el año 2009 GRÁFICO N°7. Concentración de SST en mg/l del agua recirculada proveniente de los filtros en el año 2009 GRÁFICO N°8. Monto a pagar mensual por concepto de vertimiento de acuerdo a los parámetros de DBO5 y SST GRÁFICO N°9. Monto a pagar por concepto de tasa retributiva durante el año 2009

9   

39 40 66 67 68 70 71

IV.

RESUMEN

El mundo actualmente busca alternativas de desarrollo ambientales debido al alto índice de contaminación de los recursos naturales especialmente el agua, obligando a las Autoridades Ambientales a regular su uso y controlar las concentraciones de contaminantes. La normativa colombiana permite el cobro de tasas retributivas por vertimientos a fuentes de agua, considerando la carga contaminante en términos de DBO5 y SST estimulando a las empresas para instalar sistemas de tratamiento y/o reducir los volúmenes utilizados mejorando las condiciones de las fuentes. Las plantas de potabilización producen, en su lavado, volúmenes significativos de aguas de desecho. La filtración a diferencia de las otras unidades genera una concentración baja de lodos permitiendo reincorporar estas aguas al sistema de tratamiento. De esta manera, resulta interesante analizar la viabilidad económica de los sistemas de recirculación tomando como modelo la planta de potabilización Manantiales. Para este estudio, fue necesario conocer condiciones de la planta como: captación, conducción, caudal de diseño y de demanda, y en las unidades de filtración las condiciones hidrológicas de lavado y recirculación durante el año 2009. Se realizó un inventario de los componentes requeridos en el montaje del sistema y se analizó costos de instalación y mantenimiento. Luego se consideró los valores teóricos del monto a pagar por tasa retributiva debido al eventual vertimiento de las aguas recirculadas durante este periodo. 10   

Estos valores se compararon observándose el ahorro en los gastos de funcionamiento de la planta, lo que demuestra que la instalación de estos sistemas es más rentable y más respetuoso con el ambiente. PALABRAS CLAVE: Aguas de lavado, Filtración rápida, Planta de potabilización, Recirculación de aguas de lavado, Tasas Retributivas, Viabilidad económica.

11   

V.

GLOSARIO

• Agua cruda: Agua que no ha sido sometida a un proceso de tratamiento.1 • Autoridad Ambiental: Ente de carácter público, creado por la ley, dotado de autonomía administrativa y financiera, patrimonio propio y personería jurídica, encargado de administrar, dentro del área de su jurisdicción el medio ambiente y los recursos naturales renovables y propender por su desarrollo sostenible. • Carga contaminante: Es la cantidad de masa de un contaminante determinado que fluye en una unidad de tiempo por una fuente hídrica. • Calidad del agua: Es el conjunto de características organolépticas físicas, químicas y microbiológicas propias del agua.2 •

Contaminación

del

agua:

Es

la

alteración

de

sus

características

organolépticas, físicas, químicas, radiactivas y microbiológicas, como resultado de las actividades humanas o procesos naturales, que producen o pueden producir rechazo, enfermedad o muerte al consumidor.3 • Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5): Cantidad de oxígeno en masa que se requiere para degradar materia orgánica carbonácea y nitrogenada por acción de los microorganismos en condiciones de tiempo y temperatura especificados. Un indicador importante de la calidad del agua es la consideración de la DBO en una muestra conservada a 20 ºC y en la oscuridad luego de cinco días y que se denomina DBO5.

                                                             1

RAS, 2000. Idem. 3 Idem. 2

12   

• Empresa Prestadora de Servicios Públicos: Son aquellas empresas que ofrecen los servicios de acueducto, alcantarillado, aseo, energía eléctrica, telefonía pública básica conmutada, telefonía móvil rural, y distribución de gas combustible que se rigen por la Ley 142 de 1994. Pueden ser de carácter oficial, mixta o privada. • Filtración rápida: Proceso mediante el cual se remueven las partículas suspendidas y coloidales del agua haciéndola pasar a través de un material poroso, generalmente arena, a una tasa entre 5 y 15 m3/m2/hora. • Fuente superficial de agua: Depósito o curso de agua natural o artificial, que discurre sobre un lecho en la superficie. • Lavado de filtro: es el proceso mediante el cual se hace pasar por un filtro agua en dirección contraria al de la operación de filtración expandiendo el lecho y arrastrando los depósitos existentes en él. • Lodo: Contenido de sólidos en suspensión o disolución que contiene el agua y que se remueve durante los procesos de tratamiento.4 • Planta de potabilización: Conjunto de obras, equipos y materiales necesarios para efectuar los procesos que permitan cumplir con las normas de calidad del agua potable.5 • Recirculación de aguas de lavado: Es el proceso de conducir las aguas utilizadas en el lavado de las unidades de una planta de potabilización hacia el inicio del tratamiento. • Sistema de recirculación: Es el conjunto de obras, equipos y materiales requeridos para conducir el agua utilizada en el lavado de las unidades de                                                              4 5

Idem. Idem.

13   

tratamiento hacia el canal de entrada de la planta de potabilización para reiniciar el proceso. • SST (sólidos suspendidos totales): Son aquellas partículas pequeñas no disueltas dispersas en el agua son generalmente de materia orgánica e inorgánica, microorganismos y plancton. Un indicador importante de la calidad del agua es la consideración de los sólidos suspendidos totales presentes en una muestra de agua. • Tasa retributiva: Es la contraprestación que exige el Estado a través de la Autoridad Ambiental competente a las personas naturales o jurídicas, de derecho público o privado, que vierten desechos líquidos en cuerpos de agua. • Tratamiento de potabilización: Es el conjunto de operaciones y procesos que se realizan sobre el agua cruda, con el fin de modificar sus características organolépticas, físicas, químicas y microbiológicas, para hacerla apta para consumo humano de acuerdo a las normas establecidas en la legislación nacional vigente. • Vertimiento Líquido: Cualquier descarga líquida hecha a un cuerpo de agua o a un alcantarillado.

14   

VI.

INTRODUCCIÓN

La recirculación de aguas de lavado de las unidades de filtración rápida en las plantas de potabilización es un tema que pasa no solo por la importancia ambiental de reducir la contaminación de fuentes superficiales debido a los vertimientos sino también por la consideración económica, ya que un adecuado sistema genera ahorros en los costos administrativos de la empresa prestadora de servicios públicos debido a que el volumen de agua utilizado para el lavado es considerablemente alto. Mediante esta monografía se evalúa económicamente los beneficios de instalar un sistema de recirculación a través de la determinación de los costos de su instalación y mantenimiento y los costos correspondientes a pago de tasa retributiva por el vertimiento de ésta a fuentes de agua. Para tal fin se realizaron visitas técnicas, mediciones de campo y se obtuvo información del sistema instalado en la planta de potabilización Manantiales que hace parte del sistema interconectado que atiende el servicio de acueducto en el Valle de Aburrá. Es importante anotar que a pesar de que las autoridades a nivel mundial están de acuerdo con optimizar el uso del agua y favorecen el reuso de ésta, poco se ha estudiado al respecto, por lo cual esta evaluación sirve de modelo para replicar en las empresas prestadoras del servicio de acueducto que presenten intenciones de instalar los sistemas de recirculación en sus plantas de potabilización.

15   

1.

JUSTIFICACIÓN

Uno de los factores importantes en el desarrollo de las comunidades es el acceso al agua potable, esta situación genera en las administraciones municipales y en los gobiernos en general, la necesidad de tomar medidas que promuevan la creación de entidades prestadoras de este servicio con la calidad adecuada, a través de la formulación de normas cada vez más estrictas. Debido a esto, las Empresas Prestadoras de Servicios Públicos están en la obligación, no solo de conducir el agua desde las fuentes sino además, de realizar sistemas de tratamiento de potabilización del agua captada. Existen diferentes tratamientos de potabilización del agua, pero uno de los más aceptados y ampliamente utilizado es el sistema de tratamiento convencional el cual consta de un tren de unidades que puede variar de acuerdo a las condiciones del agua cruda. Es por esto, que estas unidades demandan un lavado periódico para el cual se requiere el uso de agua y en el caso particular de las unidades de filtración auto limpiables, el agua utilizada para su lavado es precisamente la que se ha tratado en las unidades anteriores. Además, estas unidades son las que requieren de una mayor frecuencia de lavado por lo que el consumo de agua utilizada para este procedimiento se puede considerar significativa. Generalmente, el agua de lavado de estas unidades es conducida por una red de alcantarillado hacia las fuentes superficiales cercanas a las plantas de potabilización y son vertidas allí sin ningún tipo de tratamiento. Sin embargo, los últimos años las entidades de control y los gobiernos han promovido el cuidado de las fuentes superficiales y se han creado normas que 16   

exigen el control de vertimientos obligando a las Empresas Prestadoras de Servicios Públicos a buscar alternativas de tratamiento para estos desechos. Todo esto debe llevar a las Empresas Prestadoras de Servicios Públicos a investigar alternativas de reducción de costos a través de la reducción de caudales de aguas desechadas, no solo en las redes de distribución, sino también en la propia planta de potabilización y la recirculación del agua de lavado de las unidades dispuestas para el tratamiento debe ser una de ellas. Por lo anterior, se decide adelantar esta monografía con el propósito de considerar la viabilidad económica de la recirculación de aguas de lavado de las unidades de filtración rápida en una planta de potabilización analizando cada una de las variables que puedan afectar los costos tanto positiva como negativamente para la implementación y puesta en marcha de este proceso que ha sido utilizado con éxito en el tratamiento de aguas residuales pero que aún no se ha evaluado en las plantas de potabilización. La aplicación de esta actividad es fundamental porque favorecería la recuperación ambiental y conservación de las fuentes superficiales cercanas a las plantas de potabilización en las cuales se descargan las aguas de lavado y mejoraría las condiciones socio ambientales de la comunidad ribereña aguas abajo. A su vez, de tener viabilidad económica, puede beneficiar a las empresas prestadoras del servicio a través de la reducción de los gastos de funcionamiento e indirectamente a la comunidad usuaria de ella.

17   

2.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Actualmente, las entidades están obligadas a buscar fuentes con condiciones aceptables para satisfacer las nuevas demandas originadas por los asentamientos urbanos, esto se evidencia en el siguiente gráfico elaborado por el IDEAM donde es posible observar como a través del tiempo la demanda urbana se incrementa cada vez más y la rural se sostiene. GRÁFICO N°1. Demanda poblacional de agua potable

Fuente: Cálculos del Ideam, con base en información SIAS (1998) y Dane.

Adicionalmente, la calidad de estas fuentes superficiales para el consumo humano debe cumplir varias características exigidas en la normativa colombiana a través del Decreto 1575 de 2007 reglamentado por la Resolución 2115 de 2007. Generalmente los grandes asentamientos urbanos no se hallan cerca de las fuentes superficiales aptas para suministrar agua potable, lo que genera altos costos de conducción de agua cruda para su posterior tratamiento. Lo anterior conlleva a pensar en la necesidad de reducir los consumos y especialmente las pérdidas de agua en la red para mantener un volumen de

18   

agua mínimo que satisfaga las necesidades de cualquier centro urbano y rural beneficiado con los sistemas de potabilización de agua. Es esta una de las razones por las que el Estado aprobó la Ley 373 de 1997, “Por la cual se establece el programa para el uso eficiente y ahorro del agua”. A través de esta ley las entidades de control, ya sean Corporaciones Autónomas Regionales o Autoridades Ambientales pertinentes, obtienen herramientas de eficiencia para penalizar a las Empresas Prestadoras de Servicio de Acueducto que incumplen o beneficiar a aquellas que pueden demostrar las inversiones realizadas para mejorar este aspecto de acuerdo a la Resolución CRA No. 287 de 2004 "Por la cual se establece la metodología tarifaria para regular el cálculo de los costos de prestación de los servicios de acueducto y alcantarillado". Las pérdidas presentadas en el sistema de acueducto en ningún caso podrán ser susceptibles de recuperación vía tarifa sino hasta el 30% según la resolución CRA No. 151 de 2001 y que continúa vigente en la resolución CRA No. 287 de 2004. Debido a lo anterior, las empresas crean equipos de investigación y control de pérdidas donde se han logrado reducciones a través de la instalación de micro y macro medidores y una fuerte promoción del ahorro de agua en los usuarios finales; también han logrado una reducción notable a través del mantenimiento adecuado de redes de abastecimiento e instalación de válvulas. Todas estas acciones son importantes pero no intervienen en el efecto producido por los desechos de aguas de lavado en fuentes superficiales que pueden generar problemas socio ambientales y en la salud de los habitantes ribereños aguas abajo y que pueden generar conflictos. La recirculación de aguas de lavado beneficiaría a la fuente superficial receptora ya que el volumen de entrega a esta fuente sería menor al actual, disminuyendo los efectos de transvase y de contaminación por los componentes que pudiera arrastrar dichas aguas de lavado. 19   

El presente estudio acerca de la recirculación de aguas de lavado pretende entonces resolver dudas que surgen antes de la aplicación de este sistema: ¿Puede la creación y puesta en marcha de un plan de recirculación de aguas de lavado conducir a bajar los índices asociados a estos problemas de contaminación ambiental?, ¿Puede llevar, en un análisis económico, a la reducción de gastos administrativos considerando los costos de tratamiento y montos a pagar por tasa retributiva debido al vertimiento a fuentes receptoras?.

20   

3.

OBJETIVOS

3.1. OBJETIVO GENERAL Analizar la viabilidad económica de la recirculación de aguas de lavado proveniente de las unidades de filtración rápida de la planta de potabilización Manantiales.

3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS • Valorar el potencial económico de las aguas de lavado desechadas en las unidades de filtración rápida en las plantas de potabilización de agua. • Determinar los costos y gastos de instalación y mantenimiento (equipo, materiales e instrumentos) de un sistema de recirculación de aguas de lavado de las unidades de filtración rápida en una planta de potabilización. • Considerar la reducción o aumento del valor de la tasa retributiva por concepto de vertimiento a fuentes superficiales de las aguas desechadas de las unidades de filtración rápida con la implementación de un sistema de recirculación de estas en una planta de potabilización.

21   

4.

METODOLOGÍA

En el proyecto inicialmente, se realizó la investigación de la información bibliográfica disponible en los centros de documentación de algunas universidades de la ciudad de Medellín, Corporaciones Autónomas Regionales y en las bases de datos a las cuales se pudo acceder, de igual manera se consultó la información existente en internet. Con esta información se identificó previamente las necesidades y logros actuales de estos sistemas de recirculación y su aplicabilidad en las plantas de potabilización. Se recogió información de aspectos técnicos y económicos para la instalación y mantenimiento de un circuito de recirculación de aguas de lavado proveniente de los puntos de descarga de las unidades de filtración rápida y conducidas hacia el canal de entrada de la planta de potabilización. Para considerar los aspectos técnicos, se requirió elaborar un inventario completo de los elementos necesarios para la creación del circuito que comprende tubería, accesorios, sistema de bombeo, válvulas requeridas, almacenamiento, costos de mano de obra, costos de equipo y material requerido para la instalación. En los aspectos económicos, se consideró el volumen de agua captada en la fuente, volumen y caudal utilizado para el lavado de las unidades de filtración, frecuencia de lavado y costos por desechar el agua. Con esta información se realizaron visitas técnicas en la planta de potabilización Manantiales que utiliza este sistema de recirculación y que aportó información de operación y mantenimiento del mismo.

22   

Se procedió a la recolección de la información real de los costos generados en la operación del sistema de acuerdo a los registros de la planta de potabilización y se realizó una consideración teórica de los costos económicos que se generarían por el desecho de esta agua de lavado. Luego de haber obtenido dicha información, se procedió a revisar la viabilidad técnica y económica del sistema y sus beneficios ambientales. Finalmente, se validaron los resultados en la planta de potabilización y se realizaron los análisis finales y conclusiones del estudio.

23   

5.

REFERENTES CONCEPTUALES

5.1. MARCO CONCEPTUAL

5.1.1. El agua y la disponibilidad en el planeta. El agua es uno de los recursos necesarios para el desarrollo de la vida de cualquier especie, sin él no podríamos existir. Esta sentencia ha sido considerada desde mucho tiempo antes y desde esta han surgido interrogantes de cómo preservar las condiciones óptimas de este recurso. Las condiciones físico químicas del agua son únicas y permiten el desarrollo de un ambiente adecuado para la vida de las especies existentes: El agua tiene la capacidad de disolver y transportar sustancias que pueden ser desde nutrientes hasta desechos; A presión atmosférica normal hierve a 100° C y se congela a 0° C permitiendo mantenerse en estado líquido en un amplio rango de temperatura formando océanos, lagos y ríos que sirven de hábitat a numerosas especies; su alto calor de vaporización de 580 cal/g permite almacenar energía solar controlando la temperatura del globo terráqueo; el calor específico es 1 cal/g °C lo que regula los cambios de temperatura favoreciendo la vida acuática; su menor densidad en estado sólido que líquido evita la congelación de los lechos protegiendo los organismos que viven debajo de ella.6 Debido a estas condiciones, el agua tiene la capacidad de disolver, diluir y transportar nutrientes, pero son estas mismas capacidades la que conlleva a ser fácilmente contaminable.

                                                             6

PINILLA B., Maria C.1999.

24   

El agua es la sustancia predominante en la superficie del planeta, cubre tres cuartas partes de este en sus estados líquido y sólido (mares, ríos, lagos, glaciares, etc.), hace parte de la atmósfera, además puede constituir del 50% al 90% del peso de plantas y animales incluyendo al hombre (75%). Estos porcentajes son constantes en el tiempo, la cantidad de agua en el planeta es la misma: 5.398’263.000 km³ y sólo se renueva a través del ciclo hidrológico que puede resumirse en: Precipitación-filtración-escorrentíaevaporación. Esta cifra a primera vista podría parecer más que suficiente para satisfacer las necesidades de las especies vivientes del planeta incluyendo el hombre, pero la cantidad de recurso no es la única variable a considerar, también es necesario tener en cuenta la disponibilidad y calidad del recurso la cual es la que limita su uso. El total del agua presente en el planeta es de 5.398’263.000 km³ en todas sus formas y se denomina hidrosfera. En la superficie terrestre el agua cubre las 3/4 partes con 1.386.000.000 km3 de los cuales 1.338’000.000 km³ (96,5%) son agua de mar no aprovechable (por lo menos en primera instancia) para consumo y 35’029.110 km³ (3,0 %) son agua dulce. Del agua dulce 24’064.000 km³ (1,74%) esta como hielo, 10’530.000 km³ (0,76%) como agua subterránea, 300.000 Km3 (0,022%) como permafrost y en glaciares continentales, 91.000 km³ (0,007%) en lagos, 16.500 km³ (0,001%) en humedad del suelo, 12.900 km³ (0,001%) en la atmosfera, 11.470 km³ (0,0008%) en embalses, 2.120 km³ (0,0002%) en ríos y 1.120 km³ (0,0001%) como agua biológica.7

                                                             7 Colaboradores de Wikipedia. 2009.

25   

GRÁFICO N°2. Disponibilidad de agua en el planeta.

Fuente: Colaboradores de Wikipedia. Agua [en línea].

Estas cifras nos dan una mejor idea de la realidad acerca de la cantidad de agua disponible, pero aún así no se ha considerado la distribución del agua superficialmente y la ubicación de los asentamientos que la demandan.

5.1.2. Sistemas de tratamiento para potabilización de agua El agua tal como se encuentra en la naturaleza no es apta para el consumo humano ya que presenta sustancias indeseables que pueden ser perjudiciales al ser ingeridas. Estas sustancias pueden ser agrupadas, de acuerdo a Mariana López Sánchez et Al. en su tesis “El Agua” para la Universidad de las Palmas de Gran Canaria en 2005, de la siguiente manera: • Color: El color se debe a la presencia de materia orgánica disuelta proveniente de suelos de turba, sales minerales de hierro y de manganeso. • Materia suspendida: Es el mineral fino o materia vegetal que no es capaz de sedimentar en condiciones normales de flujo.

26   

• Turbidez: Es una medida de la transparencia del agua, se puede deber a muchos factores, como partículas finas de minerales en suspensión, alta concentración de bacterias o incluso finas burbujas debido a la excesiva aireación. • Patógenos: Los patógenos pueden ser virus, bacterias, entre otros organismos que pueden afectar negativamente la salud del que ingiere el agua. • Dureza: La excesiva y extremadamente baja dureza son igualmente indeseables. El exceso de dureza se presente con frecuencia en las aguas subterráneas, mientras que las aguas blandas son más frecuentes en cuencas de captación de tierras altas. • Sabor y Olor: El sabor y olor desagradable se debe a contaminación por aguas residuales, excesiva concentración de algunas especies químicas como el hierro, aluminio o manganeso; vegetación en estado de putrefacción, condiciones de estanqueidad debido a la falta de oxígeno en el agua, o a la presencia de ciertas algas, entre otros. • Productos químicos nocivos: Existe una gran variedad de sustancias químicas orgánicas e inorgánicas que son tóxicas y nocivas, que pueden aparecer en los recursos del agua. Estas son absorbidas por los sólidos y se debe a contaminación por aguas residuales industriales y domésticas.8 Debido a esto es necesario llevar a cabo algunos procesos de tratamiento para que el agua sea grata, saludable, limpia, sin color ni olor, razonablemente blanda y que no sea corrosiva. El tratamiento realizado depende, entonces, de la calidad de la fuente existente y las condiciones propias de cada lugar.

                                                             8 LÓPEZ SÁNCHEZ, Mariana et Al. 2005.

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Hay diferentes sistemas de tratamiento de agua que pueden combinar métodos físicos y químicos; su selección depende del caudal requerido, costo de instalación, costo de operación y mantenimiento, tecnología que se pretenda utilizar y espacio disponible para la planta entre otros. Una de las alternativas más frecuentemente utilizada es el tratamiento convencional que consiste en el paso del agua cruda a través de un tren de unidades de tratamiento físico químicos antes de ser distribuida por la red de servicio y que pueden ser: canal de entrada, floculación, sedimentación, filtración y desinfección para su posterior almacenamiento y distribución. Sin embargo, hay otras alternativas ampliamente estudiadas y analizadas como son los métodos de filtración lenta, desinfección solar y plantas compactas de costo más bajo o tecnologías más avanzadas como son los métodos de separación por membrana, etc. A continuación se presentan las características de algunos de los sistemas de tratamiento anteriormente mencionados.  Filtración lenta en arena Es el sistema de tratamiento de agua más antiguo del mundo que simula el proceso de purificación que se produce en la naturaleza cuando el agua de lluvia atraviesa los estratos de la corteza terrestre y forma los acuíferos o ríos subterráneos. Se utiliza principalmente para eliminar la turbiedad del agua, pero puede llegar a ser utilizado como un sistema de desinfección del agua. 9 Básicamente, un filtro lento consta de un tanque que contiene una capa sobrenadante del agua que se va a desinfectar conocida con el nombre de “schmutzdecke” o “piel de filtro”, a través de la cual tiene que pasar el agua antes de llegar al propio medio filtrante, un lecho filtrante de arena por el cual                                                              9 Cepis. 2000.

28   

circula el agua cruda a baja velocidad, drenajes y un juego de dispositivos de regulación y control.10 Durante el proceso, las impurezas entran en contacto con la superficie de las partículas del medio filtrante y son retenidas, desarrollándose adicionalmente procesos de degradación química y/o permanecen como material inerte hasta un subsecuente retiro o limpieza. El filtro lento se caracteriza por ser un sistema sencillo, limpio y a la vez eficiente para el tratamiento de agua. Requiere de áreas grandes y por lo tanto, tiene mayor costo inicial. Sin embargo, su simplicidad y bajo costo de operación y mantenimiento lo convierte en un sistema ideal para zonas rurales y pequeñas comunidades, teniendo en cuenta además que los costos por área de terreno son comparativamente menores en estas zonas.11  Filtración en múltiples etapas La Filtración en Múltiples Etapas (FiME) es una combinación de Filtración Gruesa en Grava (FG) y de Filtración Lenta en Arena (FLA). Esta combinación hace posible el tratamiento de agua con niveles de contaminación muy superiores a los que se pueden tratar utilizando sólo la FLA. La FiME conserva las ventajas de la FLA como una tecnología robusta y confiable, que puede ser mantenida por operadores con bajos niveles de escolaridad. Es mucho más sostenible que el tratamiento químico del agua para las comunidades rurales, pequeños y medianos municipios de los países en vía desarrollo, así como para las áreas más remotas de los países industrializados. Se debe incluir la desinfección final como una barrera de seguridad después de la FiME.12

                                                             10 Idem. 11 idem. 12 SANCHEZ, Luis Darío. 2005.

29   

 Desinfección solar La desinfección solar SODIS es un método de tratamiento de agua que elimina los patógenos que producen enfermedades transmitidas por el agua; el método es ideal para desinfectar pequeñas cantidades de agua destinadas a consumo humano y depende solamente de la energía solar, constituyéndose en una alternativa para el tratamiento de agua a nivel casero. Este método de desinfección del agua no cambia la calidad química del agua y no altera ni el olor ni el sabor del agua, sin embargo entre sus limitaciones se encuentra que este sistema no es útil para tratar grandes cantidades de agua, requiere agua relativamente clara con turbidez menor de 30 UNT y requiere radiación solar con tiempos de exposición de 5 horas bajo cielo despejado o cubierto en un 50% y de 2 días consecutivos bajo cielo totalmente cubierto.13  Tratamiento Convencional El tratamiento convencional de potabilización consiste en generar procesos fisicoquímicos que permitan separar las sustancias suspendidas y coloidales presentes en el agua cruda. Los procesos que componen el sistema son: Un proceso de coagulación y mezcla rápida seguido de la floculación a través de una mezcla lenta que pretende aglutinar las sustancias coloidales del agua ganando peso a través de la adición de un químico coagulante. El siguiente proceso corresponde al de sedimentación de las partículas coaguladas en un proceso físico donde se aprovecha el peso adquirido por las partículas que superan el peso específico del agua dirigiéndose al fondo del tanque.                                                              13 Ikkaro. 2009.

30   

A continuación se realiza el proceso de filtración el cual consiste en conducir el agua sedimentada a través de un medio filtrante que puede ser de arena, antracita o la mezcla de ambos. En este proceso se eliminan algunas sustancias y partículas presentes en el agua que se adhieren al lecho filtrante de gran área superficial. Por último, se lleva a cabo el proceso de desinfección del agua con la adición de un desinfectante el cual puede ser cloro siendo este el más utilizado.  Plantas compactas Las plantas compactas consisten en la instalación de unos módulos prefabricados con los sistemas de tratamiento de una planta convencional, coagulación, floculación, sedimentación, filtración y desinfección. Al ser prefabricadas presentan varias ventajas en el proceso constructivo y de instalación el cual se reduce en el tiempo, es de fácil emplazamiento y sus costos de operación pueden ser bajos. Una desventaja es la rigidez en la calidad del agua de la fuente ya que picos de turbiedad o cambios súbitos de la calidad puede afectar el proceso de purificación.14  Separación por membrana La separación por membrana es muy utilizada cuando se pretende desalinizar el agua o remover compuestos de alto peso molecular, orgánicos o microorganismos. Dentro de los procesos de separación por membranas se encuentra: la ósmosis inversa, la electrodiálisis, nanofiltración y la ultrafiltración. La

ósmosis

inversa

es

un

proceso

de

separación

por

membrana

semipermeable en el cual la fuerza directriz es la presión, se retiene los iones y

                                                             14 Alvarez, Pablo. 2009.

31   

se deja pasar el agua. La presión aplicada a la membrana en la práctica, es superior a dos veces la presión osmótica de la solución que quiere tratarse. En la electrodiálisis la fuerza directriz es un gradiente de concentración, los iones son transferidos a través de la membrana, de la solución menos concentrada a la solución más concentrada, como resultado de la aplicación de una corriente eléctrica. El flujo de agua es tangencial a la membrana cuando el flujo de iones es perpendicular a la membrana. La electrodiálisis inversa es un proceso en el cual periódicamente se invierte la polaridad de los electrodos (ánodo y cátodo). En la nanofiltración se utiliza una membrana de baja presión, pasan solamente partículas menores a 1 nm. Las membranas de nanofiltración operan en un rango mayor al de las membranas de ósmosis inversa y presentan un alto rechazo de los iones divalentes como Ca2+ y Mg2+, son usadas como membranas de ablandamiento y pueden también servir de barrera para las bacterias y virus.15

5.2 MARCO LEGAL

5.2.1. Normativa ambiental de Colombia. Actualmente en el mundo se buscan alternativas legislativas que permitan reducir y controlar los problemas socioeconómicos que pueden generarse debido a la escasez del agua. Para Colombia este no es el problema ya que por la gran oferta hídrica que posee llegó a ocupar el cuarto lugar hasta finales del siglo XX en disponibilidad percápita de agua. El interés de Colombia, sin embargo, ha de ser el de preservar las condiciones ambientales de las cuales

                                                             15 RAS 2000

32   

es privilegiada, y que se han visto reducidas pasando a ocupar el puesto 24 en la lista de 203 países. 16 A pesar de la riqueza hídrica, el país no escapa de situaciones conflictivas en la organización y distribución del agua por lo que el gobierno colombiano debe buscar permanentemente las normas que permitan el manejo integral de este recurso para hacer frente a las necesidades de acceso al agua. Este desarrollo de las normas ambientales en el país ha sido notable en las últimas cuatro décadas impulsadas inicialmente por la Convención Mundial de Estocolmo en 1972 los cuales dictaron los principios acogidos en el decreto ley 2811 de 1974 correspondiente al Código Nacional de Recursos Naturales y Renovables y de Protección del Medio Ambiente reglamentado en el decreto 2857 de 1981, en este se empieza a mostrar un interés en la regulación y control del recurso agua. Es así como en la parte III del código se trata de las disposiciones de las aguas no marítimas, su aprovechamiento, se define el dominio de las aguas y cauces, el modo de adquirir derechos a uso de las aguas y lo concerniente a las concesiones, y especialmente, el título IV se refiere del uso, conservación y preservación de las aguas. En 1984, a través del decreto 1594, se reglamenta el uso del agua y residuos líquidos, dictando criterios de calidad y de distribución, de manera que hace más eficiente los instrumentos de control sobre el recurso. Luego, en 1991, como fruto de la nueva Constitución Política Colombiana, se redimensiona la protección al medio ambiente, elevándola a la categoría de derecho colectivo y dotándola de mecanismos de protección por parte de los ciudadanos

a

través

de

las

acciones

populares

o

de

grupo

excepcionalmente, del uso de las acciones de tutela y de cumplimiento.                                                              16 IDEAM. 2008

33   

y,

Posteriormente, en la Ley 99 de 1993 se crea el Ministerio del Medio Ambiente (hoy Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial), se reordena el Sector Público encargado de la gestión y conservación del medio ambiente y los recursos naturales renovables y se organiza el Sistema Nacional Ambiental –SINA. En esta ley se incorporan los principios de las Declaraciones de Estocolmo de 1972 y de Río de Janeiro de 1992 según lo dispone el Numeral 1 del Artículo 1. Con esta ley quiere dársele a la gestión ambiental en Colombia una dimensión sistemática, descentralizada, participativa, multiétnica y pluricultural. Al definir los elementos del Sistema Nacional Ambiental – SINA, incorporó la legislación anterior pero vigente sobre los recursos naturales renovables. La ley se refería a toda aquella que, en desarrollo y reglamentación del Código Nacional de Recursos Naturales Renovables y de Protección al Medio Ambiente regulaba cada tipo de elemento biótico y abiótico que tenía utilidad para el hombre y se encontraba en su medio natural. Allí es cuando se aceptaron todas las disposiciones dictadas sobre aguas marinas y no marinas o continentales antes de la Constitución y de la susodicha Ley 99. A través de la ley 373 de 1997 que establece el programa para el uso eficiente y ahorro del agua, el gobierno impulsó en las entidades prestadoras de servicio y en otros usuarios del recurso, el desarrollo de tecnologías y aplicación de instrumentos para la reducción de pérdidas de agua definidas en unas metas quinquenales. En el artículo 5 de esta ley, se obliga al reuso del agua siempre y cuando sea viable técnica y económicamente. A partir de estas directrices legislativas, las entidades prestadoras de servicios como acueducto y alcantarillado, han evaluado aspectos técnicos desde el punto de vista económico para favorecer reducciones en consumo de agua y hacia allí es que se enfoca este proyecto.

34   

5.2.2. Normativa de las tasas retributivas “Las Tasas son una contraprestación que exige el Estado a los ciudadanos para cubrir los gastos que la prestación de algunos servicios le genera”.17 Estas herramientas político –ambientales fueron creadas por el gobierno en el marco de la propuesta de la Cumbre de Estocolmo, en 1972 y de acuerdo a lo establecido en el Código Nacional de los Recursos Naturales Renovables y de Protección al Medio Ambiente (Decreto - Ley 2811 de 1974) y fueron reglamentadas en los artículos 232 al 237 del Decreto 1541 de 1978 y posteriormente modificadas por los artículos 30 y 31 del Decreto 2857 de 1981. Estas herramientas fomentan el uso y aprovechamiento adecuado de los recursos y en este caso del agua. Es así como las tasas retributivas se diseñaron como instrumento económico a través de las cuales se pretende estimular la reducción del consumo del agua (Tasa por uso) e igualmente, reducir los vertimientos tanto en caudal como en carga contaminante (Tasa por vertimiento). Por otro lado, el resultado de estos cobros se debe dirigir a su vez a la preservación de las fuentes naturales a través de las Corporaciones Autónomas en sus lugares de jurisdicción. A través del Decreto 1594 de 1984 reglamentario de la Ley Sanitaria Nacional (Ley 9 de 1979) y del Código de los Recursos Naturales Renovables, se reguló la Tasa Retributiva por vertimientos sin obtener muchos logros en su implementación, debido a la estructura existente en aquel entonces la cual presentaba debilidades para alcanzar los objetivos. Sin embargo, a través de la Constitución Política de Colombia de 1991 que consideró el tópico del saneamiento ambiental como servicio público a cargo del Estado y como un derecho público colectivo y de la Ley 99 de 1993, se resaltó la importancia del tema ambiental y con la creación del Ministerio del Medio Ambiente, se

                                                             17 CORANTIOQUIA. 2008

35   

garantizó la gestión y conservación de los recursos naturales y redefinió la metodología de las tasas retributivas.18 A pesar de esto, el verdadero impulso al cobro de las tasas retributivas se da a partir del decreto 901 de 1997 que puntualizó y perfeccionó el cobro de la tasa retributiva. En este decreto se adicionan elementos como la meta de reducción de la carga contaminante y la disponibilidad del recurso hídrico con el que cuenta una región, entre otros. En el 2003 se crea el decreto 3100 que deroga el anterior, pero persiste la obligación de aquellas entidades, de establecer "una meta global de reducción de la carga contaminante", con base en consideraciones como "la diversidad regional, disponibilidad, costo de oportunidad y capacidad de asimilación del recurso y las condiciones socioeconómicas de la población afectada". Dicha meta se establece, según el decreto, mediante un "proceso de consulta" (Art. 9), el cual "se inicia formalmente mediante un acto administrativo".19

5.2.3. Sistema de fijación de la cuantía y cobro. La reglamentación para la fijación del monto a pagar por tasa retributiva se realizó inicialmente mediante el Decreto 901 de 1997 y las Resoluciones 0273 de 1997 y 0372 de 1998. En estas se establecieron las tarifas mínimas de las tasas, definiéndose el ajuste anual en el mes de enero, de acuerdo al índice de precios al consumidor (IPC) para el año anterior. Posteriormente, se expidió el Decreto 3100 de 2003 que derogó el 901 de 1997, y el cual fue a su vez modificado por el Decreto 3440 de 2004. Sin embargo, la Resolución 0372 de 1998, continua vigente y establece los parámetros objeto del cobro de la tasa retributiva que son la Demanda Bioquímica de Oxigeno DBO5 y los Sólidos Suspendidos Totales SST.                                                              18 GARCÍA CARDONA, Alejandra. 2009. 19 Ibid.

36   

Los autorizados para cobrar la tasa retributiva por vertimientos puntuales son las Corporaciones Autónomas Regionales, las Corporaciones para el Desarrollo Sostenible, las Autoridades Ambientales de los Grandes Centros Urbanos y a las que se refiere el artículo 13 de la Ley 768 del 2002. El sistema y método que estableció para la definición de los costos sobre cuya base ha de calcularse y fijarse la tasa retributiva debe incluir el valor de la depreciación del recurso afectado con la actividad, para lo cual es necesario tener en cuenta los costos sociales y ambientales del daño y los costos de recuperación del recurso. Las bases para hacer el cálculo de la depreciación deben fijarse para períodos anuales, teniendo en cuenta que: • A cada factor que incida en la tasa se le definieron variables cuantitativas que permitan la medición del daño. • Los factores y variables cuantitativas tienen un coeficiente que permite ponderar su peso frente al conjunto de ellos. • Dichos coeficientes se

calculan teniendo en cuenta la diversidad de las

regiones, la disponibilidad de recursos, su capacidad de asimilación, los agentes contaminantes involucrados, las condiciones socioeconómicas de la población afectada y el costo de oportunidad del recurso de que se trate. • Se deben integrar fórmulas matemáticas que permitan el cálculo y la determinación de las Tasas. Aunque parece complejo, la determinación de los costos de la depreciación debe hacerse teniendo en cuenta estos lineamientos, como en efecto se hizo con la expedición por parte del Gobierno Nacional inicialmente del Decreto 901 de 1997 y sus modificatorios, los Decreto 3100 de 2003 y 3440 de 2004. 20                                                              20 CORANTIOQUIA. 2008.

37   

6.

SISTEMAS DE RECIRCULACIÓN DE AGUAS DE LAVADO

PROVENIENTES DE LAS UNIDADES DE FILTRACIÓN RÁPIDA

Aún en la actualidad, no se ha considerado el importante valor de los lodos producidos en las plantas de potabilización, generado ya sea por su impacto negativo al ser vertido directamente sobre fuentes naturales o incluso el valor positivo cuando a través de procesos se puede utilizar para rehabilitación de zonas verdes. La normativa actual exige la reducción de vertimientos tanto en cantidad como en calidad de los mismos. Para reducir la composición de contaminantes vertidos se aplican métodos de espesamiento de lodos a través de mecanismos como filtro prensa y lechos de secado muy prácticos para unidades con alta concentración de lodos como son los decantadores, sedimentadores y floculadores donde la concentración de materia seca puede oscilar en 0.5% (5 g/L). En el caso de las unidades de filtración, las concentraciones de lodo son más bajas que en las demás unidades variando entre 0.2 y 0.3 g/L, por lo que es más apropiado hacer recircular el agua hacia el inicio del tratamiento como se presenta en el gráfico N°3. 21 Hablar de recirculación del agua es utilizar el agua para la misma aplicación que fue utilizada previamente, para esto se debe considerar algunos factores a saber: Las oportunidades de uso del agua, la calidad mínima requerida en el punto de recirculación, la calidad resultante del uso inicial y el tratamiento (si se requiere) para llevar a cabo su reuso.                                                              21 RAMÍREZ QUIRÓS, Francisco. 2008.

38   

GRÁFICO N°3. Diagrama de flujo de un sistema de potabilización reciclando el agua de lavado de los filtros.

Fuente: Manuel Piñón Miramontes, Recirculación de agua de lavado de filtros de arena en proceso de potabilización de agua superficial.

Debido a que los filtros en su proceso de autolavado puede consumir entre el (3 y 5%) del agua tratada, es realmente importante disponer de un sistema de recirculación de este volumen de agua por las siguientes consideraciones: 1. Para evitar el vertimiento y consecuente contaminación de las fuentes superficiales, que conducen a problemas de salud y paisajísticos aguas abajo. 2. Para reducir la captación de agua cruda que puede ser fundamental en

zonas desérticas y de pocas fuentes aptas para consumo humano. 22

3. Reducir el gasto de coagulante adicionado por efecto del aumento de la turbiedad al recircular las aguas al inicio del tratamiento.23 El diseño y construcción de un sistema de recirculación del agua de lavado proveniente de los filtros es relativamente sencillo y requiere de elementos y estructuras que se encuentran comúnmente en el sector de la construcción.

                                                             22 RAMÍREZ QUIRÓS, Francisco. 2008. 23 CÓRDOVA LÓPEZ, Luis. 1998.

39   

Para iniciar el diseño debe considerar lo siguiente: 1. El volumen de agua captada para tratamiento. 2. La cantidad de filtros existentes en la planta de potabilización. 3. La frecuencia y el volumen de agua utilizado para el lavado de los filtros. 4. Caracterización del agua de lavado que determine los siguientes parámetros: Color, turbiedad, sólidos suspendidos y pH. El sistema de recirculación de aguas de lavado proveniente de los filtros es, generalmente, de fácil construcción dependiendo de las condiciones de espacio y topografía del terreno como se presenta en el siguiente esquema. GRÁFICO N°4. Esquema de un sistema de recirculación de agua de lavado de los filtros.

Fuente: Manuel Piñón Miramontes, Recirculación de agua de lavado de filtros de arena en proceso de potabilización de agua superficial.

El equipo requerido para la implementación del sistema de recirculación debe constar de lo siguiente:

40   

Tubería para la conducción de las aguas de lavado desde los filtros hacia un tanque de recolección. Tubería para la conducción de las aguas de lavado desde el tanque de recolección hacia el inicio del tratamiento. Tubería de descarga (lavado) y de rebose para el tanque de recolección. Tanque de Recolección y homogenización de las aguas de lavado de filtros. Equipo de Bombeo para impulsar el agua hacia el inicio del tratamiento. Válvulas para el control de la operación de recirculación.

41   

7.

GENERALIDADES DE LA PLANTA DE POTABILIZACIÓN MANANTIALES

Para el desarrollo del estudio de viabilidad económica de la recirculación de aguas de lavado de filtros, se autorizó por parte de las EPM tomar como modelo el sistema existente en la planta de potabilización Manantiales la cual se contextualizará a continuación.

7.1

EMPRESA PRESTADORA DE SERVICIO DE ACUEDUCTO – EPM

La Empresa de Servicios Públicos que atiende el servicio de acueducto en el Área Metropolitana del Valle de Aburrá es EPM, una empresa de propiedad del Municipio de Medellín que fue creada en 1955. Sin embargo, la prestación del servicio de acueducto para el Municipio de Medellín se remonta desde 1677 cuando el gobernador y capitán general de la provincia, Miguel de Aguinaga ordena recoger el agua de la quebrada de Aná. Posteriormente, en 1788 el gobernador Antonio Mon y Velarde ordena la construcción de una pila en la Plaza Mayor la cual fue levantada al año siguiente por Antonio Monzón director de las Reales Fábricas. En 1856 se constituye en Medellín la Sociedad de Aguas de La Ladera, una entidad privada para la prestación del servicio de acueducto en la ciudad que fue disuelta en 1867 dando paso a otra que recibe el mismo nombre pero bajo otros estatutos. En 1870 se inicia el aprovechamiento de las aguas de la Quebrada Piedras Blancas (la cual hace parte del acueducto actual) y posteriormente, en 1888 con el servicio de la Empresa del Acueducto consolidada, el Municipio se 42   

reserva el derecho de traer aguas a la ciudad adquiriendo en 1890 el manejo de las aguas que hasta entonces eran administradas por particulares generalmente dueños de las empresas textileras (Coltejer, Fabricato, Rosellón). Entre 1892 y 1896, el municipio fortaleció la prestación del servicio de acueducto a través de la compra del acueducto particular Piedras Blancas, decreta la modernización del acueducto de Santa Elena y se realiza la construcción de un tanque de decantación en la bocatoma Las Perlas. En 1913, el Municipio crea la Junta Autónoma del Acueducto quienes en 1915 entrega el primer tanque de almacenamiento con capacidad para 2400 m3 y al año siguiente se inicia la construcción de la red de conducción y distribución del acueducto moderno a través de tuberías metálicas. En 1919 se conformaron las Empresas Públicas Municipales, entidad que además estuvo encargada del tranvía eléctrico, del matadero municipal y de la plaza de mercado. En 1925 Se inaugura la primera planta con sistema de clorinación en La Tablaza registrando una disminución del 7% en los índices de mortalidad por enfermedades de origen hídrico. Además, se inicia la instalación sistemática de tanques de almacenamiento. La primera Planta de potabilización de la ciudad entra operación en 1943 ubicada en el barrio Villa Hermosa para la cual se acuerda realizar un embalse en Piedras Blancas que entró en servicio en 1952.24 Entre 1954 y 1955 se cedieron los activos de aguas, telefonía y energía a un ente autónomo, del orden municipal, que pasó a llamarse Empresas Públicas de Medellín.

                                                             24 EPM. 2007.

43   

En 1957 EPM inauguró su primera sede en el Edificio Miguel de Aguinaga, en pleno centro de Medellín. Desde esa época la empresa definió unos principios básicos de cultura empresarial: - Planeación técnica, financiera y jurídica para sus proyectos. - Transparencia frente al público. - Una política de "carácter social de las tarifas", aplicando tarifas diferenciales con base en la capacidad económica de los usuarios, sin menoscabar la expansión y sostenibilidad de los servicios. - Una cultura de lealtad y orgullo de sus trabajadores, traducida en estabilidad laboral, espíritu de servicio y sentido cívico. - Una administración y una Junta independientes, en su mayoría provenientes del sector privado, con altas calidades y experiencia, ajena a partidismos. - Una política agresiva de cobertura de servicios en barrios marginales de la ciudad, que luego se extendió al Área Metropolitana. A partir de este momento, la empresa llevó a cabo ambiciosos proyectos para brindar calidad y cobertura en la atención de estos servicios marcando altos estándares de calidad. En el caso del servicio de acueducto se construyeron las represas para aprovechamiento múltiple de La Fe (1967) y Rio Grande (1989) y las plantas de tratamiento de San Cristóbal (1964), Envigado (1985), La Ayurá (1968)

y

Manantiales (1991). En 1997 EPM inauguró su nueva sede, un edificio del tipo "inteligente" desde el que administra lo que hoy es el Grupo Empresarial de servicios públicos más grande del país, el cual es conformado para el sector aguas por Aguas de Oriente, EPM Bogotá Aguas, Aguas de Urabá, Aguas de Occidente, entre otros. Actualmente, EPM, es una de las compañías de servicios públicos más importantes de América Latina, y presta el servicio de acueducto a 3.4 millones 44   

de habitantes, la mayoría localizados en el Valle de Aburrá, donde además de Medellín se encuentran los municipios de Bello, Copacabana, Girardota, Barbosa, Itagüí, Envigado, Sabaneta, La Estrella y Caldas. El sistema de acueducto cuenta con la siguiente infraestructura: - 10 Plantas de Potabilización a saber: Ayurá (9200 L/s), Manantiales (6000 L/s), Villa Hermosa (1000 L/s), La Montaña (380 L/s), La Cascada (100 L/s), San Cristóbal (230 L/s), San Antonio de Prado (100 L/s), Aguas Frías (25 L/s), Barbosa (75 L/s) y Caldas (200 L/s). - 17.31 m3/s de capacidad Instalada. - 9.5m3/s de consumo medio. - 95 Tanques de Almacenamiento con una capacidad de 420.000 m3 - 253 Km de red primaria y 3.132 Km de red secundaria de acueducto. Cuenta además con un Centro de Control de Acueducto

para planear,

coordinar, operar y optimizar de manera automatizada el tratamiento y suministro de agua. Es el primero de su clase en Colombia y a través de él se ejerce control total sobre la red suministradora de agua de EPM, garantizando eficiencia y oportunidad, con calidad. 25

7.2

PLANTA DE POTABILIZACIÓN MANANTIALES

La planta de potabilización Manantiales se encuentra ubicada entre los municipios de Bello y Copacabana y se accede a ella a través de la Autopista Medellín – Bogotá en el kilómetro 4. Esta planta de potabilización es la segunda en capacidad de aporte de agua potable para el sistema interconectado de acueducto del Área Metropolitana del Valle de Aburrá después de la Planta de potabilización La Ayurá.

                                                             25 EPM. 2006.

45   

La capacidad de Manantiales es de 6.0 m3/s (518.400 m3/día) en su primera etapa y con posibilidad de ampliar su capacidad en 3.0 m3/s más para un total de 9.0 m3/s en un futuro previendo el crecimiento poblacional y de demanda del Área Metropolitana del Valle de Aburrá. Esta planta de potabilización que inició operaciones en febrero de 1992 hace parte del programa de Aprovechamiento Múltiple del Río Grande ya que sus aguas se reciben del embalse que lleva dicho nombre. El embalse de 220 millones de metros cúbicos de capacidad, de los cuales 110 millones de metros cúbicos corresponden al volumen útil, está localizado entre los municipios de San Pedro, Entrerríos, Belmira, Don Matías y Santa Rosa de Osos y recibe las aguas provenientes de los ríos Grande y Chico. Este embalse surte de agua dos centrales hidroeléctricas: La central hidroeléctrica La Tasajera ubicada en el Municipio de Barbosa que genera 303 MW. Y la central hidroeléctrica Niquía que tiene una capacidad de generación de 21 MW. Desde la central hidroeléctrica Niquía se conduce a través de una tubería de conducción de 5.5 Km de longitud en forma de sifón, que cruza el valle desde las montañas occidentales a las orientales, el agua cruda hacia la planta de potabilización Manantiales. La planta de potabilización Manantiales es una planta de tipo convencional que contiene las siguientes unidades y estructuras:

7.2.1. Estructura de entrega: La planta cuenta con una estructura que recibe el agua desde la conducción Niquía–Manantiales.

46   

7.2.2. Canaletas Parshall: La planta dispone de 3 unidades de canaletas Parshall. Cada una de ellas con un caudal de diseño de 3.0 m3/s, un ancho de garganta de 2.13 m y altura de agua de 0.7 m. El rango de operación oscila entre 0.09 y 3.44 m3/s lo que permite que operen sin inconveniente en las dos etapas de funcionamiento de la planta. Aguas abajo de la garganta de cada canaleta se produce un resalto hidráulico donde se aplica el coagulante, alumbre, y si se requiere la adición de polímeros, produciéndose así la mezcla rápida y la coagulación.

7.2.3. Floculadores: En la planta hay 6 floculadores cada uno de ellos con un caudal de diseño de 1.0 m3/s, 15.5m de ancho, 20.7 m de largo, una altura hasta lámina de agua de 5.2 m y un tiempo de detención de 25 min. Cada floculador se compone de tres compartimientos en serie, los dos primeros están provistos de equipos electromecánicos tipo walking beams, con movimiento oscilatorio vertical, mientras que el tercer compartimiento realiza floculación hidráulica por medio de tabiques que producen flujo horizontal. A la salida de cada floculador hay dos compuertas de aislamiento que conducen a un canal común de agua floculada.

7.2.4. Sedimentadores: Existen 6 sedimentadores de alta tasa, cada uno de ellos con un caudal de diseño de 1.0 m3/s, 20.7 m de ancho, 33.85 m de largo, una altura hasta lámina de agua de 5.75 m y un tiempo de detención hidráulico de 50 min. Cada unidad cuenta con 2689 placas planas instaladas inclinadamente y 7 canaletas recolectoras en fibra de vidrio. 47   

El caudal de lodos es de aproximadamente 700 m3/d correspondiente al 0.5%. Estos lodos se depositan sobre el fondo del tanque y son removidos intermitentemente por medio de tuberías perforadas cuya descarga es controlada por 2 sifones de 8" de diámetro. La operación de los sifones es automática y controlada hidráulicamente por el agua proveniente del mismo sedimentador.

7.2.5. Filtros: La filtración se realiza a través de 12 filtros descendentes autolimpiables, cada uno de ellos con un caudal de diseño de 0.5 m3/s, 8.0 m de ancho, 18.0 m de largo, una profundidad máxima de agua de 4.80 m, un área de filtro neto de 144 m2 y una rata de filtración de 300 m3/d/m2. Cada unidad cuenta con canaletas recolectoras de 0.64*0.35*4.0 m. Los filtros están compuestos de una capa de 0.25 m de arena y 0.55 m de antracita como medio filtrante, un lecho de soporte de 0.45 m en grava y cuenta con un falso fondo construido con viguetas de concreto en forma de V invertida con orificios construidos de niples plásticos de ½”. Los filtros presentan una rata de lavado (máxima) de 1.0 m/min y un lavado superficial de 0.15 m3/min/m2. Para determinar el lavado, cada unidad cuenta con turbidímetros y el lavado se hace con agua bombeada a través de una malla fija de tuberías instalada a pocos centímetros por encima del lecho filtrante.

7.2.6. Tanque Retorno Agua de Lavado:

Existe un tanque circular para la recirculación del agua de lavado de los filtros con una capacidad (útil) de 1700m3, de 24.0 m de diámetro, y una profundidad de lámina de agua de 3.75 m, para la medición se utiliza un vertedero Crump y 48   

cuenta con dos bombas con un caudal cada una de ellas de 355 l/s (5600 gal/min).

7.2.7. Unidad de desinfección:

La desinfección del agua se produce por medio de la aplicación de cloro con dosificadores que pueden suministrar el producto químico en varios puntos del proceso ya sea al agua sedimentada, a la filtrada y a la que sale del tanque de almacenamiento, la aplicación se puede realizar simultánea o separadamente.

7.2.8. Tanque de Almacenamiento:

La planta se construyó con un tanque de almacenamiento de 20000 m3 de capacidad para el agua tratada, con 2 compartimientos cada uno de 33.0 m de ancho, 61.0 m de largo y 5.0 m de profundidad. El tiempo de detención del agua es de 6.0 m3/s en su primera etapa que corresponde a 45 min y de 9.0 m3/s que corresponde a 30 min en la segunda etapa.

7.2.9. Tanque de suministro interno: Existe también, un tanque circular para el suministro propio de agua en la planta con una capacidad (útil) de 1250m3, de 20.0 m de diámetro, y una profundidad de lámina de agua de 4.0 m, el tanque ofrece una presión de servicio de 50 m.c.a. para la medición se utiliza un medidor tipo hélice y requiere de 3 bombas con un caudal cada una de ellas de 60 l/s (950 gal/min).26

                                                             26 LOGREIRA ARRÁZOLA, Jaime. 1992.

49   

7.3

EVALUACIÓN ECONÓMICA DEL SISTEMA DE RECIRCULACIÓN DE AGUAS DE LAVADO IMPLEMENTADO EN LA PLANTA DE POTABILIZACIÓN MANANTIALES DE EPM.

La planta de potabilización Manantiales, cuenta con un sistema de recirculación de aguas provenientes del lavado de las 12 unidades de filtración y que luego de ser recolectadas son conducidas nuevamente al canal de entrada para llevar a cabo el tratamiento. Es importante anotar que este sistema de recirculación solo recoge las aguas de lavado proveniente de las unidades de filtración ya que las unidades de sedimentación y floculación reciben una alta concentración de lodos que afectaría negativamente el tratamiento. Para la implementación del sistema se requirió de los siguientes equipos y elementos: Aproximadamente 150 m de tubería en HF de 18” para la conducción por gravedad de las aguas que van desde cada una de las 12 unidades de filtración hasta el tanque de recirculación, se incluye los accesorios requeridos como tees y codos. Un canal de entrada en concreto para el tanque de recirculación. Esta estructura tiene un ancho de 2m y una longitud de 6m, a los 3m presenta un escalón de 2m que finalmente entrega por una de las paredes al tanque de recirculación. Antes del escalón se encuentra una compuerta de entrada tipo guillotina de vástago ascendente. Antes de la compuerta de entrada existe un vertedero de rebose hacia una cámara adyacente la cual sirve de by-pass del tanque en caso de que sea necesario sacarlo de servicio, para esta cámara se utiliza una compuerta tipo guillotina fija. Un tanque semienterrado de Recolección y homogenización de las aguas de lavado de filtros, de 1650 m3 de capacidad en concreto de 24.0 m de diámetro 50   

y 6 m de profundidad. El fondo del tanque presenta una inclinación del 1% hacia el centro en el cual se levanta una plataforma que sirve de soporte para las bombas a la cual se accede a través de una pasarela. El sistema cuenta con dos bombas de recirculación con las siguientes especificaciones: Un motor vertical tipo VSS de 125 HP, 460 Vca, 1200 Rpm, Marca US Motor, FS 1.15, Ins Class F y una Bomba vertical de 18”X24.5”, Tipo F, Marca Peabody Floway, 5596 GPM, 59 TDH 350 L/S, H:17M. Estas bombas impulsan el agua clarificada del tanque hacia el canal de entrada. Un sistema de control de nivel para el tanque de recirculación que permite activar las bombas automáticamente de acuerdo al nivel que presente el tanque: Bajo (0.30 m) no se activa, Alto (1.5 m) se activa una bomba, Muy alto (3.9 m) se activan ambas bombas. Dos válvulas tipo cheque de 18” para evitar el contraflujo en la red entre el canal de entrada y el tanque de recirculación protegiendo el funcionamiento de cada una de las bombas. Un medidor de caudal transmisor de flujo tipo magnético modelo FT 335 marca FOXBORO instalado en tubería de 14” el cual permite contabilizar el volumen de agua que ingresa al sistema. Aproximadamente 120 m de tubería en HF de 18” para la conducción de las aguas de lavado desde el tanque de recirculación hacia el canal de entrada, se incluye los accesorios requeridos como tees, codos y reducciones. El agua ingresa al canal de entrada a la planta a través de 4 aberturas en la tubería ubicada en la parte superior del canal. Aproximadamente 5 m de tubería en HF de 6” de drenaje y 200 m de tubería en concreto de 4000 mm rebose para el tanque de recirculación.

51   

Luego, el agua se interconecta con las aguas de desecho proveniente de las demás unidades de tratamiento y son conducidas hacia una laguna previamente pasando por un medidor de nivel. En la laguna se realiza un proceso de secado de lodos y luego el agua se vierte hacia la Quebrada Rodas afluente cercana a la planta de tratamiento. TABLA N°1. Registro hidrológico mensual del sistema de recirculación de la planta de potabilización Manantiales, año 2009.

Agua entrada,

Agua lavado,

Agua recirculada,

m3

m3

m3

Ene-09

10’948.822

76.880

181.430

Feb-09

10’045.492

71.130

35.821

Mar-09

11’278.576

83.506

6.480

Abr-09

8’990.766

75.714

30.637

May-09

9’566.319

75.430

99.740

Jun-09

10’163.304

77.999

230.207

Jul-09

11’715.223

92.115

223.207

Ago-09

11’505.513

82.925

222.729

Sep-09

11’100.314

104.635

379.898

Oct-09

11’388.843

79.340

258.150

Nov-09

10’000.589

95.085

323.618

Dic-09

10’632.684

73.545

239.142

Durante la operación del tratamiento se tienen dos condiciones para anular el sistema de recirculación: Cuando se inyecta aire para el lavado de los filtros y cuando el agua presenta altos contenidos de manganeso. El lavado de los filtros se puede realizar de dos maneras, automáticamente por cumplimiento de jornada o cuando presentan colmatación manifestando un incremento en el nivel del agua. Generalmente en el día se realiza un lavado de tres filtros con una duración promedio de lavado de 3 a 4 minutos que consumen entre 400 y 550 m3 de agua tratada. 52   

La planta de potabilización Manantiales registró para el año 2009 el balance hidrológico presentado en la tabla N°1. Se puede observar que el agua recirculada es mayor a la de lavado debido a que el agua clarificada descargada del filtro para poder bajar nivel e inyectar el aire es recirculada pero no se considera de lavado. De acuerdo a los registros de la planta Manantiales, los valores de DBO y SST del agua recirculada en los respectivos meses del año son los siguientes: TABLA N°2. Registro mensual de concentración de los parámetros DBO5 y SST del sistema de recirculación de la planta de potabilización Manantiales, año 2009

DBO, mg/l

SST, mg/l

Ene-09

22

521

Feb-09

16

1,772

Mar-09

3

268

Abr-09

2

102

May-09

9

1,588

Jun-09

57

476

Jul-09

23

546

Ago-09

25

1,030

Sep-09

34

1,200

Oct-09

56

2,480

Nov-09

15

644

Dic-09

9

496

53   

8.

8.1

VALOR

TEÓRICO

RESULTADOS OBTENIDOS

DE

PAGO

POR

CONCEPTO

DE

TASAS

RETRIBUTIVAS. El valor teórico que correspondería pagar por concepto de tasas retributivas debido al vertimiento de las aguas de lavado proveniente de los filtros sería determinada de acuerdo a las fórmulas planteadas en la norma y para las cuales se tienen las siguientes premisas.

8.1.1. Premisas: Para el cálculo del monto a pagar se debe tener en cuenta los siguientes factores: - La tarifa mínima de la tasa (Tmin): La tarifa mínima es establecida por el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial mediante resolución y sobre los parámetros a los cuales se cobrará dicha tasa. - Los parámetros sujetos de cobro son el DBO5 y SST. - Las tarifas mínimas para el año 2009 según los datos proporcionados por Corantioquia son: Tmin DBO5 en $/Kg = 103.98 Tmin SST en $/Kg = 43.69 - La tarifa regional (TR): Es establecida por la Autoridad Ambiental Competente, con base en la tarifa mínima (Tmin) multiplicada por el Factor Regional (Fr), por lo tanto: Tr = Tm * Fr 54   

- Factor Regional (Fr). Es el factor que incide en la determinación de la tasa retributiva y está compuesto por un coeficiente de incremento de la tarifa mínima que involucra los costos sociales y ambientales de los daños causados por los vertimientos al valor de la tarifa de la tasa. Fr1 = FR0 + (Cc - CcM) CcL - CcM Donde: FR1 = Factor regional ajustado. FRo = Factor regional del año inmediatamente anterior Cc = Total de carga contaminante recibida por la cuenca, y vertida por los sujetos pasivos de la tasa retributiva al cuerpo de agua o tramo en el año inmediatamente anterior expresada en Kg/año; descontando la carga contaminante vertida de los usuarios prestadores del servicio de alcantarillado sujetos al pago de la tasa. CcM = Meta global de carga contaminante para la cuenca, cuerpo de agua o tramo expresada en Kg/año; descontando la meta de reducción de los usuarios prestadores del servicio de alcantarillado sujetos al pago de la tasa. CcL = Total de carga contaminante vertida por los usuarios sujetos al pago de la tasa a la cuenca, cuerpo de agua o tramo al inicio del quinquenio expresada en Kg/año; descontando la carga contaminante al inicio del quinquenio de los usuarios prestadores del servicio de alcantarillado sujetos al pago de la tasa. - Para el cálculo del factor regional se evalúa el cumplimiento de las metas globales para la cuenca determinada y de las metas individuales las cuales no se pueden plantear en este caso para el ejercicio económico propuesto.

55   

- A pesar de lo anterior, se puede considerar que el cumplimiento de estas metas afecta el factor regional a utilizar en la fórmula el cual varía de 1 a 5.55, donde 1 es el cumplimiento de la meta individual o sectorial. - Como el objetivo es justificar económicamente la instalación de un sistema de recirculación, podemos considerar que la situación más desfavorable para este análisis es un factor regional de 1, el cual será asumido. - El monto a pagar es definido a través de la siguiente fórmula: MP = ∑ (Cci * Tmi * Fri) Donde: MP = Total Monto a Pagar en $ Cci = Carga contaminante del parámetro i vertida durante el período de cobro, en Kg. Tmi = Tarifa mínima del parámetro i, en $. Fri = Factor regional del parámetro i aplicado al usuario. N = Total de parámetros sujetos a cobro - La carga contaminante se considera en Kg y dado que los reportes generados por las EPM

son mensuales se realizará la conversión requerida de la

siguiente manera: Cci = Q*Ci/1000 Donde: Cci = Carga contaminante del parámetro i, en Kg Q= Caudal de agua recirculada (Que para el caso sería la vertida), en m3. Ci= Concentración del parámetro i, en mg/l 1/1000= es el factor de conversión.

56   

- El volumen de agua recirculada y por lo tanto sería la vertida a la fuente superficial sería de 2’244.801 m3 para el año 2009. - La Autoridad Ambiental que rige para la zona donde se encuentra ubicada la planta de Potabilización Manantiales es Corantioquia. - La fuente afectada sería la Quebrada Rodas que hace parte de la cuenca del río Aburrá que al inicio del quinquenio presentaba una carga total de DBO5 de 494.274 Kg/año y una carga total de SST de 2’865.872 Kg/año. - La meta global de reducción es de 16% para la DBO5 para un total al finalizar el quinquenio de 415.534 Kg/año y de 28% para los SST para un total al finalizar el quinquenio de 2’073.986 según datos de Corantioquia. Fuente: Acuerdo N°302 “Por medio del cual se establecen las metas de reducción de carga contaminante a alcanzar durante el quinquenio2008-2013 para un conjunto der cuerpos hídricos de la jurisdicción de Corantioquia”.Tabla A3.

8.1.2. Monto a pagar: Al aplicar las premisas anteriores se puede considerar los costos mensuales para el año 2009 debido al vertimiento teórico de las aguas recirculadas que se describen en la siguiente tabla.

57   

TABLA N°3. Monto a pagar mensual por concepto de tasa retributiva por vertimiento teórico de agua proveniente de los filtros de la planta de potabilización Manantiales sin sistema de recirculación, año 2009 Ene-09 Agua recirculada, m3

Feb-09

Mar-09 Abr-09

May-09

Jun-09

Jul-09

Ago-09

Sep-09

Oct-09

Nov-09

Dic-09

181,430

35,821

6,840

30,637

99,740

230,207

223,207

222,729

379,898

258,150

323,618

239,142

DBO, mg/l

22

16

3

2

9

57

23

25

34

56

15

9

SST, mg/l

521

1,772

268

102

1,588

476

546

1,030

1,200

2,480

644

496

CC DBO, Kg

3,991

573

21

61

898

13,122

5,134

5,568

12,917

14,456

4,854

2,152

CC SST, Kg

94,525

63,475

1,833

3,125

158,387

109,579

121,871

229,411

455,878

640,212

208,410

118,614

Tmin DBO, $/Kg

103.98

103.98

103.98

103.98

103.98

103.98

103.98

103.98

103.98

103.98

103.98

103.98

Tmin SST, $/Kg

43.69

43.69

43.69

43.69

43.69

43.69

43.69

43.69

43.69

43.69

43.69

43.69

415,032

59,595

2,134

6,371

93,339

1,364,405

533,808

578,984

1,343,061

1,503,176

504,747

223,794

MP DBO, $ MP SST, $

4,129,799 2,773,215 80,089 136,530 6,919,933 4,787,486 5,324,545 10,022,961 19,917,292 27,970,862 9,105,433 5,182,265

MP Total, $

4,544,831 2,832,809 82,223 142,901 7,013,272 6,151,891 5,858,353 10,601,945 21,260,353 29,474,039 9,610,180 5,406,058

58   

Sumando los montos a pagar mensuales, se puede valorar el monto a pagar para el año 2009 en $102’978.854,94.

8.2

SISTEMA DE RECIRCULACIÓN.

Se realizó el presupuesto estimado del costo de instalación y mantenimiento del sistema de recirculación de agua de lavado de filtros. Se considera que para el año 2009 el costo unitario por hora de un trabajador oscila entre $5.326 y $8.684. El costo promedio del mantenimiento preventivo y del mantenimiento correctivo se calcularán en $COL/año y el costo total del sistema será analizado en esta unidad.

8.2.1. Tanque de Recirculación: La construcción de un tanque circular en concreto de 24.0 m de diámetro y 6 m de profundidad puede costar en promedio $292’000.000. En el valor global de construcción se incluye los siguientes ítems: Localización y replanteo, descapote y limpieza del área a construir, excavación mecánica, retiro y botada del material sobrante de la excavación, el entresuelo en piedra de Φ = 3/4" y e= 20 cm, el concreto para solado de 140 kg/cm2, concreto para losa de fondo y muros perimetrales de f´c = 246 kg/cm², incluyendo formaletería y aditivos, construcción de filtro perimetral, concreto para columnas y losa de pasarela de f´c = 246 kg/cm², incluyendo formaletería y aditivos, Acero de refuerzo para muros, losas y columnas de fy = 420 Mpa figurado. En este valor se incluye, también, el suministro, instalación y/o construcción de cada uno de los ítems incluyendo equipos y herramientas, transporte y mano de obra.

59   

Se considera que las estructuras de concreto en plantas de tratamiento tienen una vida útil de diseño de 50 años por lo tanto, el costo de su construcción se difiere en ellos para el cálculo anual del sistema por lo que por año de vida útil, se valora en $5’900.000 al cual se le debe reajustar por año el incremento sugeriblemente de acuerdo al índice de precios de la construcción. El mantenimiento del tanque de recirculación sólo requiere de una inspección visual cada año de una duración promedio de 2 horas para un costo promedio de $17.368/año

8.2.2. Redes de Recirculación: El suministro, colocación e instalación de la tubería requerida para las redes de recirculación tienen el siguiente costo: La tubería en HF de 18” para la conducción de las aguas que van desde las unidades de filtración hasta el tanque de recirculación y de este hacia el inicio del tratamiento tiene un costo de $511.000/ml lo que significa que para los 270 m del sistema el valor es aproximadamente de $138’000.000. La tubería en HF de 6” de drenaje tiene un costo de $226.000/ml lo que significa que para los 270 m del sistema el valor es aproximadamente de $1’129.000. La tubería en concreto de 1000 mm para rebose tiene un costo de $630.000/ml lo que significa que para los 270 m del sistema el valor es aproximadamente de $125’800.000. Además, se debe considerar los costos asociados a la instalación de las redes como son las excavaciones, llenos y accesorios como son codos, tees y reducciones.

60   

El valor global de las redes para recirculación incluyendo la tubería es de $411’600.000 aproximadamente. Se considera que las tuberías en hierro fundido tienen una vida útil de diseño de 50 años por lo tanto, el costo de su instalación se difiere en ellos para el cálculo anual del sistema por lo que por año de vida útil, se valora en $8’300.000 al cual se le debe reajustar por año el incremento sugeriblemente de acuerdo al índice de precios de la construcción. Esta tubería no requiere de mantenimiento.

8.2.3. Válvulas: El sistema requiere de 2 válvulas tipo cheque de 18” con un costo de suministro, colocación e instalación de $20’900.000/un lo que significa que para el sistema el valor es de $41’800.000. Se considera que la vida útil de las válvulas es de 25 años por lo tanto, el costo de su suministro e instalación se difiere en ellos para el cálculo anual del sistema por lo que por año de vida útil, se valora en $1’700.000 al cual se le debe reajustar por año el incremento sugeriblemente de acuerdo al índice de precios de la construcción. Estas válvulas no requieren de mantenimiento.

8.2.4. Medidor: El sistema requiere de un medidor de caudal instalado en tubería de 14” con un costo

de

suministro,

colocación

e

instalación

de

$21’000.000

aproximadamente. Se considera que la vida útil del equipo es de 25 años por lo tanto, el costo de su suministro e instalación se difiere en ellos para el cálculo anual del sistema por lo que por año de vida útil, se valora en $835.000 al cual se le debe 61   

reajustar por año el incremento sugeriblemente de acuerdo al índice de precios de la construcción. El medidor requiere un mantenimiento preventivo anual de 16 horas realizado por 1 trabajador en el que se incluye una inspección y verificación del funcionamiento adecuado. El costo anual del mantenimiento preventivo es en promedio de $138.944.

8.2.5. Bombas de recirculación: El costo de adquisición e instalación de las 2 bombas de recirculación es de $74’750.000/un para un total en el sistema de $149’500.000 aproximadamente. Se considera que la vida útil del equipo es de 25 años por lo tanto, el costo de su suministro e instalación se difiere en ellos para el cálculo anual del sistema por lo que por año de vida útil, se valora en $6’000.000 al cual se le debe reajustar por año el incremento sugeriblemente de acuerdo al índice de precios de la construcción. Las bombas requieren un mantenimiento predictivo trimestral de 6 horas que incluye una inspección de vibraciones y termografía. Adicionalmente se requiere un mantenimiento preventivo cada 2 años con una duración de 5 horas, esta actividad comprende las actividades de lubricación del motor y medida de aislamiento. Por último se debe considerar el mantenimiento cada 30.000 horas de las bombas que comprende actividades desensamble e inspección

interna

con

una

duración

de

120

horas

cada

5

años

aproximadamente. En resumen, el costo promedio anual del mantenimiento preventivo es de $268.963 y el correctivo de $1’200.000 para un promedio total de $1’468.963.

62   

8.2.6. Sistema de control: Para la recirculación se cuenta con un sistema de control de nivel para el tanque de retorno con un costo de suministro e instalación aproximado de $7’000.000. Se considera que la vida útil del equipo requerido es de 25 años por lo tanto, el costo de su suministro e instalación se difiere en ellos para el cálculo anual del sistema por lo que por año de vida útil, se valora en $281.000 al cual se le debe reajustar por año el incremento sugeriblemente de acuerdo al índice de precios de la construcción. El sistema de control de nivel no requiere mantenimiento.

8.2.7. Canal de entrada: El sistema de recirculación requiere de un canal de entrada en concreto para el tanque de retorno con un costo de construcción promedio de $166’750.000. En el valor global de construcción se incluye los ítems de descapote y limpieza, excavación mecánica, retiro y botada del material sobrante de la excavación, el entresuelo en piedra de Φ = 3/4" y e= 20 cm, el concreto para solado de 140 kg/cm2, concreto para losa de fondo y muros perimetrales de f´c = 246 kg/cm², incluyendo formaletería y aditivos, acero de refuerzo para muros y losas de fy = 420 Mpa figurado y las compuertas tipo guillotina requeridas. En este valor se incluye, también, el suministro, instalación y/o construcción de cada uno de los ítems incluyendo equipos y herramientas, transporte y mano de obra. Se considera que las estructuras de concreto en plantas de tratamiento tienen una vida útil de diseño de 50 años por lo tanto, el costo de su construcción se 63   

difiere en ellos para el cálculo anual del sistema por lo que por año de vida útil, se valora en $3’350.000 al cual se le debe reajustar por año el incremento sugeriblemente de acuerdo al índice de precios de la construcción. La estructura del canal de entrada no requiere mantenimiento.

8.2.8. Costo anual del sistema de recirculación: En resumen, la construcción e instalación del sistema de recirculación aguas de lavado provenientes de los filtros demanda una inversión inicial de $1.100’000.000 aproximadamente que discriminado anualmente de acuerdo a la vida útil de cada uno de los componentes del sistema es de $26’200.000 a precios de 2009 y el mantenimiento anual es aproximadamente de $1’650.000 para un total de $27’850.000.

64   

9.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

A continuación se realizará un análisis de los datos y resultados obtenidos acerca del sistema de recirculación de aguas de lavado de las unidades de filtración en la planta de potabilización Manantiales.

9.1

RÉGIMEN HIDROLÓGICO DE LAS UNIDADES DE FILTRACIÓN.

Luego de revisar el volumen de agua requerido para el lavado de las unidades de filtración se puede observar que dicho volumen se mantuvo prácticamente constante en cada uno de los meses del año 2009 con un volumen mínimo de 71.130 m3 en el mes de febrero y un máximo de 104.635 m3 en el mes de Septiembre como se puede observar en la gráfica N°5. El agua de lavado corresponde en promedio al 0.78% del agua de entrada valor más bajo que el porcentaje que se encuentra en la literatura, debido a que en el agua de lavado no se considera el agua desechada para desocupar el filtro a lavar. El volumen de agua de lavado de las unidades de filtración aumenta debido a las condiciones del agua de entrada en términos de partículas presentes en ella que inciden en la colmatación de los filtros provocando un aumento en la frecuencia de lavado. Es importante aclarar que se considera agua de lavado estrictamente la utilizada para expandir el lecho y arrastrar los depósitos que se hayan adherido a él. Por otro lado, el volumen de agua recirculada presentó una mayor fluctuación con un volumen mínimo de 6.840 m3 en el mes de marzo y un pico máximo de 379.898 m3 en el mes de septiembre como se puede observar en la gráfica N°5.

65   

En el agua recirculada se incluye la que se debe retirar del filtro para iniciar el lavado y la del lavado en sí misma. Se puede observar que en algunos meses, el agua de lavado superó la recirculada ya que no en todo momento el agua desechada de los filtros se puede recircular ya sea por que las condiciones de esta pueden afectar el tratamiento como es el caso de altos contenidos de manganeso o por que se realiza mantenimiento y reparación del sistema como tal. El promedio de agua recirculada en el año 2009 fue de 1.73% respecto al agua de entrada a la planta de potabilización, lo que representa un volumen significativo el cual puede variar de acuerdo a los cambios en las condiciones citadas anteriormente. GRÁFICO N°5. Régimen hidrológico de los filtros de la planta Manantiales para el año 2009.

66   

9.2

CONCENTRACIONES DE DBO5 Y SST EN EL AGUA RECIRCULADA.

De acuerdo a la información suministrada por Empresas Públicas de Medellín E.S.P. acerca de los resultados de las concentraciones de DBO5 y SST en el agua recirculada, se puede determinar lo siguiente: GRÁFICO N°6. Concentración de DBO5 en mg/l del agua recirculada proveniente de los filtros en el año 2009.

Las concentraciones de DBO5 durante el año 2009 osciló entre 2 mg/l en el mes de abril hasta 57 mg/l en el mes de junio con un promedio de 22.58 mg/l. La gráfica permite observar dos períodos de altos niveles de concentración (Junio y octubre) y dos periodos de baja concentración (Marzo-mayo y julioagosto). También se puede observar que el periodo de diciembre obtuvo

67   

valores bajos que deben ser analizados con los valores obtenidos del año siguiente. En todo caso, estos niveles son más bajos que los niveles de DBO5 presentes el río Aburrá (o Río Medellín) que es en promedio de 284 mg/l según estudios realizados por Empresas Públicas de Medellín E.S.P. para el diseño de la planta de tratamiento de Aguas Residuales de Bello. GRÁFICO N°7. Concentración de SST en mg/l del agua recirculada proveniente de los filtros en el año 2009.

Las concentraciones de SST durante el año 2009 presentaron un máximo de 2.480 mg/l en el mes de octubre y un mínimo de 102 mg/l en el mes de abril y un promedio de 926.92 mg/l en todo el año.

68   

La gráfica permite observar tres picos de altos niveles de concentración en los meses de febrero, mayo y octubre con sus tres correspondientes mínimos en los meses de abril, junio y diciembre. Los niveles de concentración de SST son mucho más altos que los presentes el río Aburrá (o Río Medellín) que es en promedio de 277 mg/l según estudios realizados por Empresas Públicas de Medellín E.S.P. para el diseño de la planta de tratamiento de Aguas Residuales de Bello. Como se puede observar, el parámetro que mayor impacto genera en las aguas recirculadas para la planta de potabilización es el de SST con unas concentraciones mucho mayores que las de DBO5. 9.3

MONTO A PAGAR DE TASA RERIBUTIVA.

En la gráfica 8 se observa el monto teórico a pagar mensualmente de tasa retributiva por concepto de vertimiento de las aguas de lavado de los filtros. Como se puede observar en la gráfica, los montos a pagar debido a las concentraciones de DBO5 son insignificativas en relación al monto a pagar que corresponde a SST debido a las mayores concentraciones que se presentan de este parámetro y, a pesar de que la tarifa mínima de este es menor a la correspondiente para la DBO5. El monto a pagar por DBO5 oscila entre $2.134 para el mes de marzo y $1’503.176 en octubre. Para el caso de los SST, el costo varió desde $80.089 en marzo y $27’970.862 en octubre. En esta gráfica se puede observar que la tendencia no sólo es determinada por la concentración de cada uno de estos parámetros sino que mas bién es halonada por el volumen de agua recirculada como tal según se puede advertir al comparar las gráficas 8 y 5. Por lo tanto, el volumen de agua reciclada se 69   

convierte en el factor más importante al momento de determinar la viabilidad económica del sistema. GRÁFICO N°8. Monto a pagar mensual por concepto de vertimiento de acuerdo a los parámetros de DBO5 y SST.

Por último, se presenta un diagrama donde se observa la distribución mensual del monto a pagar en el año 2009 la cual indica que los meses que registran un mayor costo son octubre y septiembre respectivamente y de menor costo los meses de marzo y abril que son insignificativos en el valor total del año.

70   

GRÁFICO N°9. Monto a pagar por concepto de tasa retributiva durante el año 2009.

71   

10.

CONCLUSIONES

Cuando se diseñaron los sistemas de potabilización convencionales el agua se consideraba un recurso vital pero infinito e inagotable, por lo que no se consideraba el gasto de esta como limitante en los diseños. La mirada actual es completamente diferente y el estudio realizado expresa el valor intangible que puede tener las aguas de lavado desechadas sin ningún tipo de tratamiento en fuentes superficiales cercanas por parte de las plantas de potabilización convencionales. Dicho valor se expresa en los gastos que este tipo de vertimiento generan por concepto de pago de tasa retributiva a la Autoridad Ambiental competente en la jurisdicción respectiva. Aunque los costos iniciales de construcción de las estructuras y la instalación de los elementos requeridos para el sistema de recirculación son altos, el costo de operación y mantenimiento no son significativos por lo que la inversión inicial puede ser recuperada a mediano y largo plazo. Por el contrario, el gobierno ha diseñado el pago de las tasas retributivas de modo que se incentive a las empresas y demás generadores de vertimientos a construir sistemas de tratamiento o para que reduzcan los volúmenes de vertimientos, aumentando paulatinamente el costo de dicha tasa a través del incremento de las tarifas en relación al IPC y al cumplimiento de metas de descontaminación de la cuenca correspondiente. Luego de realizar la evaluación económica de la recirculación de aguas de lavado proveniente de las unidades de filtración de la planta de potabilización Manantiales la cual es operada por las Empresas Públicas de Medellín E.S.P., se puede constatar que la instalación de estos tipos de sistemas son 72   

definitivamente viables debido a la reducción de costos administrativos provenientes del pago de tasa retributiva por vertimientos puntuales los cuales son muy altos en relación a los costos de mantenimiento y operación del sistema como tal. En el caso de la planta de potabilización de Manantiales, los altos costos de instalación se pueden ver recuperados al onceavo año de operación lo que hace manifiesto la viabilidad en obras que son pensadas a largo plazo. Además de lo anterior, se debe considerar que el retorno de las aguas de lavado de los filtros al sistema de tratamiento, reduce la afectación ambiental de la fuente superficial que recibiría dichos vertimientos, mejorando las condiciones de los habitantes ribereños de las mismas aguas abajo y que en el caso de presentarse generaría inconformidades con la planta de potabilización.

73   

11.

PROPUESTAS DE INVESTIGACIÓN

Se sugiere realizar estudios de viabilidad económica para plantas de potabilización con un caudal de diseño inferior ajustado a las características de los municipios de niveles de complejidad inferiores de acuerdo al nivel contemplado en el RAS. Este estudio permitiría considerar la construcción y operación de sistemas de recirculación que reduzcan el costo administrativo de las empresas operadoras de dichas plantas. Otro aspecto digno de evaluar en los sistemas de recirculación es la composición requerida en las aguas de desecho para ser recirculadas sin afectar los procesos de tratamiento que se realizan en las plantas de potabilización. Acerca de este tema de recirculación de aguas de lavado provenientes de las unidades de filtración se puede investigar el impacto generado en la dosificación de químicos requeridos en el tratamiento del agua cruda y por último, es posible considerar las reducciones de captación de agua cruda para sitios con escasos volúmenes de aguas en fuentes o concesiones restringidas.

74   

12.

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en

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78   

13.

ANEXOS

ANEXO A. Imágenes del sistema filtración rápida y de recirculación de la planta de potabilización Manantiales

1. Panorámica de la Planta de potabilización Manantiales.

79   

2. Panorámica de las unidades de filtración de la Planta de Potabilización Manantiales.

 

3. Filtro en operación. 80   

4. Filtro en mantenimiento, permitiendo ver su estructura.

5. Imagen de control del sistema de filtración de la planta.

81   

 

6. Panorámica del tanque de recirculación.

 

7. Imagen de control del sistema de recirculación de la planta. 82   

8. Imagen del canal de entrada de las aguas de lavado de filtros al tanque de recirculación.

 

9. Imagen del canal de entrada de las aguas de lavado de filtros al tanque de recirculación. 83   

10. Imagen del sistema de bombeo para la recirculación desde el tanque de recirculación hacia el canal de entrada de la planta.

11. Sistema de bombeo de aguas de lavado recirculadas.

84   

12. Válvula de cheque requerido para evitar el contraflujo de las aguas recirculadas.

13. Medidor de caudal de aguas de lavado recirculadas. 85   

14. Imagen del sistema de entrega de las aguas recirculadas al canal de entrada de la planta.

15. Imagen del canal de entrada de la planta de potabilización. Se puede observar la entrada de agua de la conducción y la de recirculación. 86   

ANEXO B. Tarifa mínima de tasas retributivas según Corantioquia.

87   

ANEXO C. Decreto 3100 de 2003. "Por medio del cual se reglamentan la tasas retributivas por la utilización directa del agua como receptor de los vertimientos puntuales y se toman otras determinaciones".

ANEXO D. Decreto 3440 de 2004. "Por el cual se modifica el Decreto 3100 de 2003 y se adoptan otras disposiciones".

ANEXO E. Resolución 1433 de 2004. "Por la cual se reglamenta el artículo 12 del Decreto 3100 de 2003, sobre Planes de Saneamiento y Manejo de Vertimientos, PSMV, y se adoptan otras determinaciones".

88