Estudio y evaluación de alternativas para mejorar el proceso del tratamiento biológico en la estación depuradora de aguas residuales Palandacocha del Cantón Tena-Ecuador

Abstract

[ES] El agua es el recurso de mayor importancia para mantener la vida de todos los seres vivos del planeta, sin embargo debido a la contaminación del mismo, se estima que para el año 2050 al menos 1 de cada 4 personas estará afectada de manera directa por escasez de agua, una manera de solucionar este problema es mediante el tratamiento de las aguas residuales, que evita la contaminación de cuerpos receptores de los efluentes de estas aguas. En los procesos de tratamiento hoy en día es necesario reducir los parámetros que puedan alterar la calidad del agua natural, entre estos se encuentran los nutrientes como el fósforo y el nitrógeno presentes en el agua residual, el tratamiento de las aguas residuales no solo busca mejorar mínimamente las características de la misma, sino cumplir los límites de vertido exigidos por las autoridades encargadas del cuidado del medio ambiente y la salud pública de cada país.

El cantón Tena lugar de estudio, es la cabecera cantonal de la provincia de Napo que forma parte de la región amazónica de la Republica de Ecuador, país ubicado en América del Sur, según el censo realizado por el Instituto nacional de estadística y censos (INEC) en el año 2010 la población en el cantón Tena tenía un total de 60880 habitantes, con esta información y la tasa de crecimiento poblacional anual se estima que en la actualidad el número de habitantes es de 78589 distribuidos en la zona urbana y rural. El sistema de alcantarillado sanitario abastece a un 90% de la población urbana del Tena y la depuración de las aguas residuales se realiza mediante 2 estaciones depuradoras de aguas residuales que dividen la ciudad en el sector centro norte con la EDAR Tereré y en el sector centro sur con la EDAR Palandacocha.

Es importante mencionar la diferencia en las exigencias de cada país para el vertido de las aguas residuales, en el caso de la normativa en Ecuador el Texto Unificado de Legislación Secundaria del Ministerio del Ambiente en el libro VI se observa que los valores exigidos en parámetros que afectan de manera significativa el medio ambiente son muy permisibles, llegando así a valores en concentración de nutrientes 20 veces más altos que los exigidos en la normativa de Europa.

El presente proyecto busca plantear distintas alternativas de mejora en el proceso del tratamiento biológico que se da en la EDAR Palandacocha, poniendo un mayor énfasis en la eliminación de nitrógeno y fósforo, el objetivo es que las concentraciones de nutrientes presentes en el agua residual tratada cumplan con los límites de vertido exigidos en Europa, con el fin de preservar la calidad del cuerpo receptor del agua tratada, mismo que aguas abajo de la EDAR sirve como zona de recreación para habitantes de la ciudad, la idea de cumplir con los límites de vertido exigidos en Europa es que en un futuro inevitable las normas de países en vías de desarrollo con respecto a cuestiones de medio ambiente se deberán ajustar a normas más restrictivas que busquen preservar el ecosistema, ya que los medios hídricos en especial están sufriendo una grave afectación a nivel mundial.

La EDAR Palandacocha consta de un tratamiento primario con procesos de enrejado, desbaste, desarenado, desengrasado del agua residual y un tanque de homogeneización, un tratamiento secundario en base a procesos biológicos (anóxicos aerobios) y un tratamiento terciario con membranas de microfiltración. Según las características de la EDAR la eliminación del fósforo presente en el agua residual es mínima y cabe recalcar que la información que existe de los valores de concentraciones de los diferentes parámetros exigidos en el efluente es escasa y poco fiable, ya que en los casi 5 años de operación de las plantas de tratamiento, solo se cuenta con el registro de 4 análisis de laboratorio realizados. Por esto resulta indispensable simular los procesos y resultados que se obtienen en el efluente de la ED

[EN] This study seeks to evaluate different alternatives and propose the most efficient in terms of operation and lowest investment cost to improve the biological treatment process of the Palandacocha WWTP located in Ecuador, in order to comply with the discharge limits required by European regulations. The reason why it is proposed to comply with the European limits is because the current regulation in Ecuador is too permissible. The main purpose is to preserve the quality of the receiving body of the treated water, which downstream of the Palandacocha WWTP serves as a recreation area for the city's inhabitants. The canton of Tena, where the Palandacocha WWTP is located, is the cantonal capital of the province of Napo, which is part of the Amazon region of the Republic of Ecuador, a country located in South America. The proposals for the improvement of the wastewater treatment system at the Palandacocha WWTP will be carried out with a 20-year projection. The sanitary sewerage system supplies 90% of the urban population of Tena and the treatment of the wastewater is carried out through two treatment plants that divide the city into the north-central sector with the Tereré WWTP and the southcentral sector with the Palandacocha WWTP, the latter being the one on which the improvement proposals of this study will be focused. The methodology used for the development of the project starts with the characterization of the wastewater entering the Palandacocha WWTP. This characterization was made based on real data provided by the Municipality of Tena and hypotheses raised. The hypotheses used were based on typical ratios and typical bibliographic values and with real data from sites near the study site with similar climatological characteristics. The Palandacocha WWTP consists of a primary treatment with the following processes: grating, roughing, desanding, degreasing and a homogenisation tank. A secondary treatment with activated sludge that has a biological nitrogen removal scheme with a membrane bioreactor and sludge thickening and dehydration processes. Using the DESASS software (Design and Simulation of Activated Sludge Systems), the necessary schemes were made to optimise the current operation of the Palandacocha WWTP and reduce the operating costs being generated. This was achieved by finding the optimal solution together with values such as: cell retention time, reactor volume, recirculation flow, concentration and oxygen needs. By means of the simulations carried out in the DESASS software, two improvement alternatives were obtained for the operation of the Palandacocha WWTP. Both alternatives comply with the discharge requirements demanded by European regulations, both in COD, BOD5 NT and PT. In neither of the alternatives was it necessary to treat the sludge since in the dewatering of the thickener the sludge had a value of less than 35% in the two alternatives. With the results of the two alternatives, a technical-economic analysis was carried out to determine the most efficient in terms of operating costs, ease of implementation and workability. Through a comparative analysis it was determined that the selected alternative meets the objectives set out in the project, reducing the pollution produced to the body receiving the effluent and providing a better result in the cost-benefit ratio.

[CA] El present estudi busca avaluar diferents alternatives i proposar la més eficient quant a funcionament i menor cost d'inversió per a millorar el procés del tractament biològic de la EDAR Palandacocha situada a l'Equador, amb la finalitat de complir els límits d'abocament exigits en la normativa europea. La raó per la qual es planteja complir els límits europeus és pel fet que la norma vigent a l'Equador és massa permissible. El principal propòsit és preservar la qualitat del cos receptor de l'aigua tractada, mateix que aigües avall de la EDAR Palandacocha serveix com a zona de recreació per a habitants de la ciutat. El cantó Tena lloc on es troba la EDAR Palandacocha, és la capçalera cantonal de la província de Napo que forma part de la regió amazònica de la República de l'Equador, país situat a Amèrica del Sud. Les propostes de millora per al sistema de tractament de les aigües residuals en la EDAR Palandacocha es realitzaran amb una projecció a futur de 20 anys. El sistema de clavegueram sanitari proveeix a un 90% de la població urbana del Tena i la depuració de les aigües residuals es realitza mitjançant 2 estacions depuradores que divideixen la ciutat en el sector centre nord amb la EDAR Tereré i en el sector centre sud amb la EDAR Palandacocha, sent aquesta última en la qual seran enfocades les propostes de millora del present estudi. La metodologia utilitzada per al desenvolupament del projecte parteix en la caracterització de l'aigua residual d'ingrés a la EDAR Palandacocha, aquesta caracterització va ser realitzada sobre la base de dades reals facilitades per la Municipalitat de Tena i hipòtesis plantejades. Les hipòtesis utilitzades van ser sobre la base de ràtios típics i valors típics bibliogràfics i amb dades reals de llocs pròxims al lloc d'estudi amb característiques climatològiques similars. La EDAR Palandacocha consta d'un tractament primari amb processos de: enreixat, desbast, desarena, desgreixat i un tanc d'homogeneïtzació. Un tractament secundari amb fangs activats que té un esquema d'eliminació biològica de nitrogen amb bioreactor de membranes i processos d'espessit i deshidratació del fang. Utilitzant el programari DESASS (Design and Simulation of Activated Sludge Systems) es van realitzar els esquemes necessaris per a optimitzar el funcionament actual de la EDAR Palandacocha i reduir els costos de funcionament que es generen. Això es va aconseguir trobant la solució òptima conjunta de valors com: temps de retenció cel·lular, volum dels reactors, cabal de recirculació, concentració i necessitats d'oxigen. Mitjançant les simulacions realitzades en el programari DESASS es van poder obtindre dues alternatives de millora per a funcionament de la EDAR Palandacocha. Aconseguint complir en les dues alternatives amb els requisits d'abocament exigits per la normativa europea, tant en DQO, DBO5 NT i PT. En cap de les alternatives va ser necessari realitzar un tractament del fang ja que en la porga del espessidor el fang tenia un valor menor al 35% en les dues alternatives. Amb els resultats de les dues alternatives es va realitzar una anàlisi tècnicaeconòmica per a determinar la més eficient en quant a costos de funcionament, facilitat d'implementació i facilitat de treball. Mitjançant una anàlisi comparativa es va determinar que l'alternativa seleccionada compleix amb els objectius plantejats en el projecte, reduint la contaminació produïda al cos receptor de l'efluent i brindant un millor resultat en la relació cost-benefici.