Análisis y selección de alternativas para el diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales urbanas en Tibú, norte de Santander, Colombia

Abstract

[EN] Tibu is town of Colombia in the department of Norte de Santander, located northeast of the country, with an urban population over 15,000. Sewerage coverage is about 80% and has a treatment system for urban wastewater type oxidation pond, the system is located in the lower part of town and its source of receiving is the river of Tibu. Currently the oxidation pond removes only 30% of organic matter, there¿s no removal of nutrients and odors occur around.

For the preservation of Tibu river it is important to control the discharge of organic matter and nutrients, since one of the main consequences is the eutrophication of the aquatic ecosystem, generating negative impacts that lead to the depletion of dissolved oxygen and therefore the suffocation of aquatic organisms and a decreased biodiversity.

In Colombia exists currently a decree 1594 of 1984 which defines the values of allowable discharge for liquid waste discharge into a water body, the compounds of phosphorus and nitrogen do not have a maximum allowable value, the requirements for discharges to surface bodies are organic matter, solids and fats and oils. However, should be take into account the possible eutrophication problems that generate nutrients, plus a possible change in the current regulations in which a regulation of discharge of nutrients is contemplated. this final project will be based on European wastewater laws, state, regional and local regulations, in order to include in the process the removal of nutrients.

Council directive 91/271/ EEC of 21 May 1991, which refers to the treatment of urban wastewater, indicates the permissible limit value for each parameter for the discharge from the wastewater treatment plant into the effluent.

In the present project it will be establish the most suitable alternative for the design of a wastewater treatment plant in Tibú, in order to reach water quality objectives and requirements of discharge established in the council directive 91/271/EEC of 21 May 1991.

For nitrogen removal it will be consider the classic scheme ¿predesnitrificación¿ and ¿nitrification-desnitrification simultaneously¿. For phosphorus removal, biological and chemical precipitation processes will be object of study. Besides two alternatives will be discussed, an anaerobic reactor with membranes, one with post-treatment for removing nitrogen and phosphorus and other without post treatment, assuming the effluent is rich nutrients and can be used for irrigation.

Using the simulation program DESSAS optimal operating conditions of each possible alternative will be established. This includes the design of the elements, and the main operating variables, such as the cell retention time, the flow of internal and external recirculation, concentration of dissolved oxygen, adding reagents, among others.

With the results of the different alternative designs will proceed to make a comparative study considering the analysis cost, which includes operation and maintenance of the wastewater plant. With the results of this comparison will proceed to select the most suitable alternative for the system.

[ES] Tibú es un municipio de Colombia ubicado en el departamento de Norte de Santander, situado al noreste del país, con una población urbana de más de 15.000 habitantes. La cobertura de alcantarillado sanitario es del 80% y cuenta con un sistema de tratamiento de agua residual urbana tipo laguna de oxidación. Este sistema se encuentra situado en la parte baja del municipio y su fuente receptora es el río Tibú. Actualmente, la laguna de oxidación elimina únicamente el 30% de materia orgánica, no hay eliminación de nutrientes y se presentan malos olores alrededor.

Para la preservación del río Tibú es importante controlar el vertido de materia orgánica y nutrientes, ya que una de las principales consecuencias es la eutrofización del ecosistema acuático, generando impactos negativos que conllevan al agotamiento del oxígeno disuelto y por tanto a la sofocación de los organismos acuáticos y disminución de biodiversidad.

En Colombia actualmente está vigente la resolución 631 de 2015 que define los valores de vertido permisibles para la descarga de residuos líquidos a un cuerpo de agua, en el decreto los compuestos de fósforo y nitrógeno no cuentan con un valor máximo permisible, se encuentran exigencias para el vertido a cuerpos superficiales de materia orgánica, sólidos y grasas y aceites. Sin embargo, se debe tener en cuenta los posibles problemas de eutrofización que generan los nutrientes, además de un posible cambio en la normativa vigente en la que se contemple una regulación de vertido de nutrientes. Este trabajo de fin de máster se basará en la normativa vigente de ámbito europeo de aguas residuales con el fin de incluir en el proceso la eliminación de nutrientes.

La directiva 91/271/CEE del consejo, de 21 de Mayo de 1991, que se refiere al tratamiento de aguas residuales urbanas, indica el valor límite permisible de cada parámetro para el vertido procedente de la depuración de aguas residuales en el efluente. En el presente trabajo de fin de máster se establecerá la alternativa más adecuada para el diseño de una planta de tratamiento de agua residual urbana en Tibú con el fin de cumplir con los objetivos de calidad de agua y los requisitos de vertido establecidos en la mencionada directiva.

Para la eliminación del nitrógeno se va a estudiar el esquema clásico de predesnitrificación y el proceso de nitrificación-desnitrificación simultánea. Para el fósforo se va a estudiar su eliminación mediante procesos biológicos y de precipitación química. Además, se analizarán dos alternativas con reactores de membranas anaerobios, una con post-tratamiento para la eliminación de nitrógeno y fósforo y otra sin postratamiento asumiendo que el efluente rico en nutrientes se puede utilizar para riego.

Mediante el programa de simulación DESSAS se establecerán las condiciones óptimas de operación de cada posible alternativa. Esto comprende el dimensionamiento de los elementos, y las principales variables de operación, como lo son el tiempo de retención celular, los caudales de recirculación interna y externa, la concentración de oxígeno disuelto, la adición de reactivos, entre otros.

Con los resultados de los diseños de las distintas alternativas se procederá a realizar un estudio comparativo teniendo en cuenta el análisis de costes, el cual incluye operación y mantenimiento de la EDAR. Con el análisis de dichos resultados se procederá a seleccionar la alternativa más adecuada para el sistema.