EMISARIOS SUBMARINO: ALTERNATIVA DE TRATAMIENTO TRATAMIEN TO DE AGUAS RESIDUALES EN CIUDADES COSTERAS
Definición
El emisario submarino El Emisario Submarino es un sistema de tratamiento por dilución, que conduce las aguas residuales mar adentro hasta cierta profundidad y distancia de la costa, de forma tal que la carga orgánica y contaminante no provoca daños sanitarios y/o ecológicos a los ecosistemas marinos y terrestres ni a las poblaciones coster cos teras as cir circun cundan dantes tes..
Principio
El mar como cuerpo receptor
Conceptos
Concepto CEPIS-OPS “Solo algunos parámetros son importantes y aplicables cuando los efluentes son descargados al mar abierto, incluyendo la protección a la salud pública, consideraciones estéticas, particularmente relacionadas con materia flotante, y sustancias tóxicas tales como Metales Pesados, DDT, PCB, etc., que persistirán y pueden causar daño ecológico. Estas últimas sustancias no son usualmente un factor típico de efluentes municipales de aguas negras.”
Conceptos
Concepto CEPIS-OPS Todos los demás constituyentes de aguas negras, tales como DBO, sólidos suspendidos, oxígeno disuelto, salinidad, nutrientes, no son significativos cuando los efluentes son descargados al mar abierto a través de emisarios submarinos diseñados apropiadamente y equipados con sistemas difusivos adecuados, en los que se alcanzan inmediatamente valores de la dilución inicial de un mínimo de 100 a 1.
Conceptos
Concepto CEPIS-OPS En realidad el mar funciona como una instalación de tratamiento similar al uso de un área de tierra con lagunas de estabilización o procesos mecánicos. La diferencia esencial es que los recursos relativamente ilimitados de oxígeno disuelto y las grandes cantidades de energía están disponibles en forma natural para proporcionar el tratamiento requerido”.
Comparativos con otros sistemas
El emisario submarino Emisario vs. Otros sistemas Los emisarios submarinos brindan tecnología eficiente, segura y relativamente económica para la disposición final de aguas residuales en ciudades costeras. Cuando este sistema es combinado con tratamiento preliminar o primario, es excelente para alcanzar objetivos de calidad del agua y minimizar impactos negativos sobre el ambiente y la salud pública
Comparativos con otros sistemas
Análisis De Alternativas A. Tratamiento secundario convencional, 90% de eliminación de contaminante, descarga cerca de la costa, dilución promedio 10. B. Tratamiento intermedio, 75% de eliminación, descarga a cierta distancia de la costa, dilución promedio 70. C.
Tratamiento primario, 35% de eliminación, descarga fuera de las costas con una alta dilución promedio de 150.
D. Tratamiento preliminar, 10% de eliminación, punto de descarga profundo y dilución promedio de 150.
Comparativos con otros sistemas
Análisis De Alternativas
SITUACIÓN DE LA DESCARGA
Proceso de tratamiento Dilución inicial (Valor supuesto) % de eliminación supuesto (Dilución equivalente) Contaminantes en la fuente Tiempo de transporte supuesto (h) Dilución por dispersión horizontal Decaimiento bacteriano (T90=1,25) Conc. final de contaminantes
A
Secund. 5 - 20 (10) 90 (10) Co/100 0 0 0 Co/100
B
C
D
Interm. Primario Prelim. 60 - 90 (70) 100 - 200 (150) 100 - 200 (150) 75
(4)
Co/280 2 1,5 40 Co/16800
35
(1,54)
Co/230 4 2,4 1580 Co/872160
10
(1,11)
Co/167 4 2,4 1580 Co/633264
Manejo de aguas residuales
Experiencias internacionales EMISARIOS CONSTRUIDOS
País No.
En Latinoamérica los Emisarios Submarinos representan la mejor solución técnica y económica para la disposición final de aguas servidas en ciudades costeras.
Venezuela Cuba Puerto Rico Brasil México Chile Colombia Ecuador Uruguay Martinica
39 17 12 12 9 8 1 1 1 1
Total 101
Diseño
Parametros de diseño preliminares Características del efluente y su variabilidad. Características de las aguas receptoras y su variabilidad Datos geológicos y geotécnicos de la ruta del emisario Vientos, mareas, olas y corrientes de diseño
Diseño
Estudios previos al diseño Calidad del agua residual PARÁMETRO
INTERVALO (Mg/L)
VALOR MEDIO (Mg/L)
pH
:
6,80 - 7,60
7,13
Alcalinidad Total
:
186 - 276
235
Sólidos disueltos totales
:
711 - 1463
1017
Sólidos suspendidos totales
:
38 - 93
63
Demanda Bioquímica de Oxigeno
:
143 - 266
180
Demanda Química de Oxigeno
:
163 - 381
232
Relación DQO/DBO
:
1,16 - 1,55
1,32
Nitrógeno Total Kjeldahl
:
17 - 38
28
Ortofosfatos
:
0,8 - 2,8
1,8
Diseño
Estudios previos al diseño Metales pesados SUSTANCIA
PLOMO HIERRO CROMO COBRE ZINC MANGANESO ANTIMONIO ARSENICO BARIO CADMIO SELENIO MERCURIO NIQUEL PLATA
PROMEDIO AGUA RESIDUAL
LIMITE PERMISIBLE PARA CONSUMO HUMANO PREVIA DESINFECCIÓN (DEC. 1594/84)
0.001
0.05
1.19
0.000
0.05
0.009
1
0.2
15
0.31 0.000 0.002
0.05
0.422
1
0.001
0.01
0.004
0.01
0.000
0.002
0.004 0.003
0.05
Diseño
Estudios previos al diseño Batimetría en los alrededores de la Bahía de Santa Marta
Diseño
Estudios previos al diseño CORRIENTES Y MAREAS N
O
N
S SEP - 0CT
OLAS
E
E D IC - A B R
4 - 6 m 1 - 2 % In c id e n c ia
S
156m 6 4 .5 K m /h o r a N.M.M.
0 1m
O
E
0.06m/seg
S O
E
0.5m/seg
O
E
0.15m/seg
6m 15m Mareas
I n f lu e n c i a d e Mareas
A m p l it u d n o r m a l : 0 . 3 - 0 . 5 m t s
Diseño
Estudios previos al diseño Distribución de corrientes en los alrededores de la Bahía de Santa Marta
Diseño
Estudios previos al diseño DISTRIBUCION MENSUAL DE ESTRATIFICACION 3.00
) 3 2.00 m / g 1.00 K (
0.00
N E E
A R M
A M Y
U L J
MES
E P S
O V N
Diseño
Estudios previos al diseño Perfil de diseño del trazado del Emisario
0,0 -5,0 -10,0 D-15,0 A D I -20,0 D N-25,0 U F-30,0 O R-35,0 P -40,0 -45,0 -50,0
0
0 2
0 4
0 6
0 8
0 0 1
0 2 1
0 4 1
0 6 1
0 8 1
0 0 2
0 2 2
ABSCISA
0 4 2
0 6 2
0 8 2
0 0 3
0 2 3
0 4 3
0 6 3
0 8 3
0 0 4
0 2 4
Diseño
Parámetros de diseño Consideración de pretratamiento Profundidad de descarga Diámetro del emisario Dilución Sistema de difusores Funcionamiento hidráulico del sistema
Diseño
Parámetros de diseño AÑO
POBLACIÓN
DEMANDA PROM. DIARIA (M³)
COBERTURA (%)
CAUDAL VERTIDO (L/S)
1,995
330,011
1,146
70
642
2,000
375,568
1,304
80
835
2,005
423,678
1,471
90
1,059
2,010
474,231
1,647
95
1,252
2,015
527,192
1,831
95
1,392
2,020
583,205
2,025
95
1,539
2,025
641,385
2,227
95
1,693
2,030
702,604
2,440
95
1,854
2,035
767,402
2,665
95
2,025
2,040
836,530
2,905
95
2,208
2,045
910,989
3,292
95
2,502
Diseño
Parámetros de diseño El tipo de tratamiento que reciben las aguas residuales vertida al mar mediante emisarios submarinos es la dilución, cuyas tres fases son: La dilución inicial (D1). La dispersión en el transporte hacia la costa (D2) La muerte o decrecimiento de bacterias coliformes (D3). La dilución total resultante (Dt) será el producto de D1 x D2 x D3.
Diseño
Parámetros de diseño La dilución inicial (D3): D3 = 10 (Tr / T90) = 753,65 Tr = X / Vc = es el tiempo de recorrido de la trayectoria contaminante X = la distancia a la zona a proteger Vc = vector de velocidad de la corriente en la dirección de la zona a proteger T90 = 1,2 horas
Diseño
Parámetros de diseño La dilución inicial (D2): D2 = { [ (1 + 13 Tr / b 2/3)3 - 1 ] / 1 , 5 }1/2 Tr : Tiempo de recorrido (3,45 h) b : Longitud del difusor proyectada normal a la dirección de la corriente , = 120 m.
D1 = D t / ( D 2 x D 3 ) = 3 x 1 0 5 / (3,83 x 753,65) = 103,9
Diseño
Parámetros de diseño Parámetro
Simb.
Diámetro de los orificios DO Cantidad de orificios NoO Área orificios / Área Emisario Q. por orificio QO Velocidad en los orificios VO Distancia entre orificios DeO Y/DeB Longitud del difusor Ld Q. por metro lineal de difusor q No. de Froude F Coef. de Roberts C1 Elevación de tanteo de la Yp1 pluma Delta Sigma DSG Elevación de la pluma Yp Dilución inicial (Roberts) D1
U
Formula
Est Min Est.Max
m u
0,15 31 (Pi x De 2 / 4) / NoO x (Pi x DO 2 / 4) 0,73 m3 /s Qe / NoO 0,083 m/s 4 x QO / (Pi x DO 2) 4,72 m 4 Y / DeO 7,50 m NoO x DeO 120 3 m /s Qe / Ld 0,0208 Vc 3 / (0.251 x q) 1,06 144,2 x F -1/3 141,41 m 29,85 m
( Yp1 / Pmax ) x DSGMax C1 x q 2/3 / DSG 2 1/2 x 52 / DSG
0,36 29,89 205,30
0,15 31 0,73 0,083 4,72 4 7,50 120 0,0208 1,06 141,41 14,90 0,72 14,97 102,82
Diseño
Parámetros de diseño DISTRIBUCION M ENSUAL DE DILUCION INICIAL
1 D
300.00 200.00 100.00 E
N
E
A
B
R
U J
L
O
C
T
M ES
Simb. Dispersión Horizontal (Brooks) Decaimiento bacteriano (Brooks) Dilución total
D2 D3 Dt
U
Formula 2/3 3
RAÍZ( ( (1+13.36 x Tr / b ) -1 ) / 1.5) 10Tr / T90 D1 x D2 x D3
Es. Min Est.Max 3,94 753,65 6,1E+05
3,94 753,65 3,1E+05
Diseño
Parámetros de diseño DISTRIBUCION MENSUAL DE DILUCION TOTAL t D
7.0E+05 5.0E+05 3.0E+05
N E E
A
B
R
U J
L
T O C
M ES
Simb. Conc. final de coliformes.
Ct
U
Formula
Es. Min
Est. Max
Co / Dt
4,9E+02
9,8E+02
Diseño
Parámetros de diseño Q (m3/s)
V. en Emisario (m/s)
V. en orificios (m/s)
0,85
1,08
1,603
1
1,27
1,886
1,5
1,91
2,829
2
2,55
3,773
2,5
3,18
4,716
Tratamiento preliminar de aguas residuales
Compresor deaire
0 2 . 0
Compuerta decierre
0.60
0.43
45.00°
C
D
2.80
B
0.40
Vigaenconcreto perimetral
3.50
Compuerta decierre
0 2 . 0
0.20
2.00
1.15
0.20
0.40
2.10
TuboØ75mm PVC
6.21
1.25
0.40
0.25
DISEÑO DEL DESARENADOR TIPO CANAL DE FLUJO HORIZONTAL
Tratamiento de aguas residuales
SISTEMA DE MILITAMICES AUTOLIMPIANTES
Construcción
Proceso constructivo TERMO FUNDIR TRAMOS DE TUBERIA
FUNDIR LASTRES PERFORAR DIFUSORES MONTAR LASTRES EN TRAMOS DE TUBERIA
CONSTRUCCION DEL MANIFOLD DE INTERCONEXION
INSTALACION DEL MANIFOLD DE INTERCONEXION
FONDEAR LOS TRAMOS DE TUBERIA ARMADOS LANZAMIENTO DE LOS TRAMOS DE TUBERIA ARMADOS AL LECHO MARINO EMPALME DEL EMISARIO CON EL MANIFOLD DE INTERCONEXION
CONSTRUCCION DE REJILLAS PARA CONTROL DE SOLIDOS INSTALACION DE REJILLAS PARA CONTROL DE SOLIDOS
ENTRADA EN OPERACIÓN DEL EMISARIO
Manejo de aguas residuales
Vertimiento Hasta hace tres años se arrojaba al mar a la altura de la caleta boquerón un caudal de 700 litros/segundo de aguas residuales en forma indiscriminada sin ningún tipo de tratamiento.
Las descargas de aguas servidas al mar ocasionaban problemas de carácter estético, presentaban riesgos a la ecología y a la salud pública e implicaban consecuencias económicas al restringir el turismo.
Manejo de aguas residuales
Vertimiento Toma panorámica del punto de vertimiento superficial en la Caleta “Boquerón”.
Se presentaba un aspecto de degradación medioambiental de los ecosistemas terrestre y marino
Construcción
Tubería
La tubería (polietileno de alta densidad) conduce las aguas residuales hasta la profundidad de diseño.
Construcción
Termofusión La termofusión es el sistema de unión de la tubería la cual utiliza una plancha a una temperatura de 230 º C y gatos hidraulicos para generar presición
Construcción
Ficha técnica de la tubería FICHA TECNICA DE LA TU BERIA ORIGEN: TEHM CO® S.A., CHILE TUBERÍA PECC Diámetro exterior Espesor de pared Diámetro interior Area del tubo Polietileno de alta densidad Tensión de diseño M ateria prima Peso por metro lineal Norma de fabricación ISO 4427
100 (PE100) 1000 mm 42.7 mm 914.6 mm 0.79 m 2 A lto peso m olecular 80 kg/cm 2 Borealis 123.28 kg/metro Cálculo espesor pared ISO 161 – 1
CARACTERISTICAS: • • • • • • • •
•
GRAN RESISTENCIA A LOS AGENTES CO RROSIVOS GRAN RESISTENCIA A LOS FLUÍDOS QUÍMICOS ESCASA PÉRDIDA DE CARGA POR ROZAM IENTO ATÓXICO BAJO EFECTO DE INCRUSTACIÓN FLEXIBILIDAD FÁCIL DE TRANSPORTAR POR SU BAJO PESO GRAN RESISTENCIA Y ESTABLE A LA RADIACIÓN ULTRAVIOLETA INSOLUBLES A TODOS LOS SOLVENTES ORGÁNICOS E INORGÁNICOS
Construcción
Lastres Los lastres son estructuras en concreto cuya función es dar el peso requerido a la tubería para su hundimiento, y la estabilidad necesaria en el lecho marino, lo cual protege a la tubería de cambios bruscos de intensidad de las corrientes marinas de la zona.
Construcción
Etapas de construcción de los lastres
Construcción
Esquema de diseño de los lastres
Construcción
Ficha técnica de los lastres LOS LASTRES CONSTITUYEN UNA DE LAS PARTES FUNDAMENTALES DEL EMISARIO SUBMARINO AL PROPICIAR A LA TUBERÍA: •
•
EL PESO REQUERIDO PARA SU HU NDIMIENTO. NDIMIENTO. LA ESTABILIDAD NECESARIA DE LA TUBERÍA EN EL LECHO MARINO ANTE LOS CAMBIOS BRUSCOS Y/O DE INTENSIDAD DE LAS CORRIENTES MARINAS DE LA ZONA.
CARACTERISTICAS: PESO V O LU M EN C A N T ID A D COEFICIENTE DE FLOTABILIDAD TU B O LLEN O COEFICIENTE DE FLOTABILIDAD T U B O V A C IO R E S IS T E N C IA D E L C O N C R E T O A D IT I V O S U S A D O S
: 2916 K g : 1 .22 M 3 : 72 : 1 .29 : 0 .67 : 3500 PS I : P L A S T I F I C A N T E , IN C L U S O R D E AIRE, ACELERANTE E INHIBIDOR INHIBIDOR DE CO RROSION
Construcción
Difusores Son 31 orificios circulares ubicados alternadamente a cada lado de los últimos 120 metros de la tubería, desde donde sale el agua residual y se mezcla con la del mar, prod pr oduc ucie iend ndo o la dilución. Actualmente la velocidad de salida del agua es de 1.6 m/s.
Construcción
Etapas de la construcción Tendido de la tubería Adosamiento de los Lastres
Traslado del sistema al mar
Construcción
Etapas de la construcción Coeficiente de flotabilidad = (W tubería + W Lastres)
Transporte desde el punto de construcción hasta el punto de instalación (3 kilómetros por mar)
Construcción
Etapas de la construcción Desviación del agua residual para facilitar las labores de instalación
Construcción
Etapas de la construcción
Instalación de un Manifol o torre de aireación para conectar las tuberías de impulsión
Construcción
Etapas de la construcción
Adecuación de área e instalación del Emisario en la caleta “Boquerón”.
Construcción
Etapas de la construcción
Hundimiento por tramos de 100 metros de longitud en promedio
Construcción
Perfil longitudinal del sistema LONGITUD: 427 M PROFUNDIDAD: 57 M No. DIFUSORES: 31 No. LASTRES: 72
La ventaja topográfica obtenida del encuentro de la Sierra Nevada con el mar, hace que se puedan alcanzar grandes profundidades a poca distancia de la costa, con lo cual la descarga se realiza mucho más alejada de las playas a proteger.
Construcción
Tratamiento preliminar Se compone de unas rejillas autolimpiantes en las cuales se retienen sólidos gruesos y flotantes, con lo cual se vierte básicamente materia orgánica, la cual bien diluida, es asimilada y aprovechada por el ecosistema marino. Adicionalmente, en los pozos húmedos se remueven cantidades importantes de arenas y SSS.
Construcción
Costos de inversión METROAGUA $ 600 Millones
• Gerencia del Proyecto • Plan de Seguimiento Ambiental • Interventoría
FINDETER - FIU DISTRITO $ 3.400 Millones
• Construcción: Consorcio Equipo Universal Panamerican Dredging & Surveys
INVERSIÓN EMISARIO: $ 4.000 Millones Obras complementarias: Colector Libertador y Optimización Estación de Bombeo Norte :$ 12.000 Millones
Monitoreo
Programa de Monitoreo General
Monitoreo
Programa de Monitoreo General
Monitoreo
Resultados del monitoreo DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO 180 160 140 ) 120 l / g m100 ( r o l a V
Linea Base Estación Norte (Agua Residual)
80 60 40 20 0
Mar Caribe (Area de influencia directa) Mar Caribe (Area de influencia indirecta) DBO
En el 98% de las muestras tomadas en el mar la DBO ha sido menor de 2 mg/l
Monitoreo
MONITOREO EMISARIO SUBMARINO Variación de Escherichia coli en dirección a la Bahía de Santa Marta
Resultados del Programa de Monitoreo General
6000 i l ) 5000 o l c m a 0 4000 i h 0 c 1 i r / 3000 e C h F c U2000 s ( E
1000
MONITOREO EMISARIO SUBMARINO Variación de Escherichia coli en dirección al Boquerón
Límite permisible contac to
0 E3A
E7A
B5A
B1A
B6A
Estación
B2A
B3A
B4A 2500 i l ) o l 2000 c m a i 0 h 1500 c 0 i 1 r / e C h 1000 c F s U E (
500
Límite permisible contacto
0 E3A
Estación
C
Monitoreo
Resultados del Programa de Monitoreo General MONITOREO DEL EMISARIO SUBMARINO MUESTREO LINIAL (MAR CARIBE) EN LOS PUNTOS "T" VARIACION DE LOS COLIFORMES TOTALES Fecha ( d-m -a) 28-04-04
MONITOREO EMISARIO SUBMARINO Variación de Escherichia coli en dirección a Taganga
20 18
700
16
600
14
i l ) l o c m a i 0 h c 0 i 1 r / e C h c F s U ( E
) l 12 m 0 0 1 / 10 C F U ( 8
6
500 400 300 200
Límite permisible contacto
100
4
0 E5A
2 0 T1
T2
T4
PUNTOS DE MUESTREO SU PER FIC IE
FON DO
T3
E9A
T1A
T2A
Estación
T3A
T4A
Monitoreo
Programa de monitoreo en el área de influencia directa en la zona de Difusores
Monitoreo
Resultados del Monitoreo de Influencia Directa MONITOREO DEL EMISARIO SUBM ARINO VARIACION DE LOS COLIFORMES TOTALES
MONITOREO DEL EMISARIO SUBMARINO VARIACION DE LOS COLIFORMES TOTALES
MUESTREO PARA LELO A 50 mts EN LA FRANJA ALEDAÑA A LA BAHIA
MUESTREO PA RALELO A 50 mts EN LA FRANJA ALEDA ÑA A TAGANGA
0 mts
0 mts
10 mts
10 mts
20 mts
20 mts
30 mts
30 mts
40 mts
40 mts
50 mts
50 mts 0
420 mts
1000
2000
370 mts
3000
320 mts
4000
5000
270 mts
0 420 mts
200 370 mts
400
600 320 mts
800 270 mts
Monitoreo
Programa de monitoreo de características bióticas
Manejo de aguas residuales
El Boquerón
ESTADO ACTUAL
ANTES DE LA CONSTRUCCIÓN DEL EMISARIO
Manejo de aguas residuales
Asimilación del ecosistema marino
Manejo de aguas residuales
Resultados
Con el primer Emisario Submarino de Colombia, Santa Marta es la única ciudad que logró dar una solución adecuada de tratamiento y disposición para LA TOTALIDAD de sus aguas residuales e incluso con capacidad de diseño para 3 veces el caudal actual.
