Table of Content

tABLA DE CONTENIDOS
1. Introducción............................................................................................................................................................. 1-1
1.1 Propósito y alcance...................................................................................................................................................... 1-1
1.2 Autorización.................................................................................................................................................................. 1-2
1.3 Estudios previos........................................................................................................................................................... 1-2
1.4 Objetivos ambientales................................................................................................................................................. 1-3
1.5 Reconocimientos.......................................................................................................................................................... 1-4
2. EL ÁREA DE SERVICIO................................................................................................................................................. 2-1
2.1 Descripción del área de servicio................................................................................................................................ 2-1
2.1.1 Cuencas de captación........................................................................................................................................ 2-1
2.1.2 Topografía........................................................................................................................................................... 2-1
2.1.3 Suelos, geología y sismicidad........................................................................................................................... 2-1
2.1.4 Clima..................................................................................................................................................................... 2-2
2.1.5 Ambiente marino................................................................................................................................................. 2-2
2.2 Población, flujos actuales y flujos proyectados de aguas residuales.................................................................. 2-2
2.3 Características de las Aguas Residuales.................................................................................................................. 2-3
2.3.1 Características de las Aguas Residuales........................................................................................................ 2-3
2.3.2 Metales en las Aguas Residuales No Tratadas............................................................................................. 2-3
2.3.3 Programa de Monitoreo de Aguas Residuales.............................................................................................. 2-3
3. ALTERNATIVAS DEL EMISOR................................................................................................................................... 3-1
3.1 Estudios oceanográficos............................................................................................................................................. 3-1
3.1.1 Corrientes............................................................................................................................................................. 3-1
3.1.2 Modelos de Aguas Receptoras........................................................................................................................ 3-5
3.1.3 Temperatura y Densidad................................................................................................................................... 3-6
3.1.4 Investigaciones de la Calidad del Agua.......................................................................................................... 3-7
3.2 Metas Ambientales...................................................................................................................................................... 3-8
3.2.1 Sólidos Sedimentables (Precipitables)............................................................................................................. 3-8
3.2.2 Bacterias de Coliformes Fecales....................................................................................................................... 3-9
3.2.3 Oxígeno Disuelto y Demanda Bioquímica de Oxígeno................................................................................ 3-16
3.2.4 Materiales Flotantes......................................................................................................................................... 3-16
3.2.5 Materiales Tóxicos........................................................................................................................................... 3-16
3.3 Emisores Submarinos Alternativos......................................................................................................................... 3-17
3.3.1 Criterios de Diseño y Desempeño.................................................................................................................. 3-17
3.3.2 Ubicación del Emisor........................................................................................................................................ 3-21
3.3.3 Alternativas de modelamiento........................................................................................................................ 3-21
3.4 Consideraciones geotécnicas del emisor................................................................................................................ 3-21
3.4.1 Estudio geotécnico marino de 1999............................................................................................................... 3-21
3.4.2 Evaluación geotécnica de los emisores convencionales y tipo túnel...................................................... 3-21
3.5 Costos del emisor submarino................................................................................................................................... 3-22
3.5.1 Base para el cálculo del costo......................................................................................................................... 3-22
3.5.2 Costo de los Emisores Submarinos................................................................................................................ 3-23
3.5.3 Análisis del Valor Actual de la Alternativa de Emisor Submarino............................................................ 3-24
4. Alternativas de Tratamiento de las Aguas Residuales.............................................................. 4-1
4.1 Sitio de la Planta de Tratamiento................................................................................................................................ 4-1
4.1.1 Características del Sitio...................................................................................................................................... 4-1
4.1.2 Puntos de Conexión Sistema de Recolección................................................................................................. 4-2
4.1.3 Servicios existentes en el terreno..................................................................................................................... 4-8
4.1.4 Investigaciones Geotecnicas Hacia la Tierra................................................................................................ 4-10
4.2 Procesos Alternativos de Tratamiento de Aguas Residuales............................................................................. 4-11
4.2.1 Criterios de Diseño........................................................................................................................................... 4-11
4.2.2 Tratamiento Preliminar..................................................................................................................................... 4-11
4.2.3 Tratamiento Primario y Tratamiento Primario Avanzado............................................................................ 4-16
4.2.4 Tratamiento Secundario................................................................................................................................... 4-21
4.2.5 Reducción Patógena y Coliforme................................................................................................................... 4-30
4.2.6 Manejo de lodos............................................................................................................................................... 4-31
4.2.7 Recuperación De Energía Con Gas de Digestor........................................................................................... 4-35
4.3 Requisitos referidos al sitio...................................................................................................................................... 4-36
4.3.1 Requisitos de Terreno...................................................................................................................................... 4-36
4.3.2 Requisitos de Servicios Públicos................................................................................................................... 4-36
4.4 Costos Estimados de las Alternativas de Tratamiento de Aguas Residuales.................................................. 4-37
4.4.1 Costos Preliminares.......................................................................................................................................... 4-37
4.4.2 Costos de construcción................................................................................................................................... 4-38
4.4.3 Costos de Operación y Mantenimiento........................................................................................................ 4-38
4.4.4 Resumen de Costos de la Alternativa de Tratamiento de Aguas Residuales......................................... 4-39
4.5 Evaluación de las Alternativas de Tratamiento de Aguas Residuales.............................................................. 4-40
4.5.1 Criterios y Metodología de Evaluación......................................................................................................... 4-40
4.5.2 Evaluación de las Alternativas de Tratamiento de Aguas Residuales..................................................... 4-41
5. Evaluación de alternativas de tratamiento combinado y descarga.............................. 5-1
5.1 Las Alternativas........................................................................................................................................................... 5-1
5.2 Costos de las alternativas........................................................................................................................................... 5-1
5.3 Evaluaciones de Calidad de Agua............................................................................................................................. 5-1
5.4 El Sistema Recomendado............................................................................................................................................ 5-7
6. Diseño Preliminar de la Planta de Tratamiento.............................................................................. 6-1
6.1 Resumen de Facilidades de Tratamiento.................................................................................................................. 6-1
6.2 Rejas............................................................................................................................................................................... 6-1
6.3 Estación de bombeo................................................................................................................................................... 6-10
6.4 Remoción de arenas por aireación........................................................................................................................... 6-10
6.5 Clarificadores Primarios............................................................................................................................................. 6-12
6.6 Digestión de Lodos.................................................................................................................................................... 6-12
6.7 Manipulación de Sólidos.......................................................................................................................................... 6-17
6.8 Eliminación de Sólidos............................................................................................................................................... 6-17
6.9 Equipo de Suministro Químico................................................................................................................................. 6-17
6.9.1 Solución de Cloruro Férrico............................................................................................................................ 6-17
6.9.2 Polímero.............................................................................................................................................................. 6-20
6.10 Motores Generadores................................................................................................................................................ 6-20
6.11 Control de Olores....................................................................................................................................................... 6-20
6.12 Instrumentación y Sistemas de Control.................................................................................................................. 6-23
6.13 Trabajo en el Lugar.................................................................................................................................................... 6-23
7. Diseño Preliminar del Emisor Submarino.............................................................................................. 7-1
7.1 Resumen de las Facilidades del Emisor..................................................................................................................... 7-1
7.2 Estructura de Empalme................................................................................................................................................ 7-1
7.3 TUBERIA DEL EMISOR TERRESTRE...................................................................................................................... 7-1
7.3.1 Materiales de tubería.......................................................................................................................................... 7-3
7.3.2 Juntas................................................................................................................................................................... 7-3
7.3.3 Sistemas de Revestimiento y Recubrimiento.................................................................................................. 7-3
7.3.4 Estructuras Especiales....................................................................................................................................... 7-4
7.3.5 Requisitos Estructurales.................................................................................................................................... 7-4
7.3.6 Construcción....................................................................................................................................................... 7-4
7.4 TUBERIA DEL EMISOR SUBMARINO................................................................................................................... 7-5
7.4.1 Materiales de tubería.......................................................................................................................................... 7-5
7.4.2 Juntas................................................................................................................................................................... 7-7
7.4.3 Protección contra la corrosión.......................................................................................................................... 7-7
7.4.4 Estructuras Especiales..................................................................................................................................... 7-11
7.4.5 Consideraciones Geotécnicas......................................................................................................................... 7-11
7.4.6 Desplazamiento de Fallas................................................................................................................................ 7-12
7.4.7 Requisitos Estructurales.................................................................................................................................. 7-12
7.4.8 Construcción..................................................................................................................................................... 7-14
7.5 Estructura de la “Y” del Difusor............................................................................................................................... 7-19
7.5.1 Geometría de la “Y”.......................................................................................................................................... 7-19
7.5.2 Materiales de la “Y”......................................................................................................................................... 7-19
7.5.3 Recubrimiento y Protección Catódica de la “Y”.......................................................................................... 7-19
7.6 Difusores..................................................................................................................................................................... 7-19
7.6.1 Consideraciones de diseño de difusores...................................................................................................... 7-19
7.6.2 Diseño de orificios de difusor......................................................................................................................... 7-21
7.6.3 Estructuras de Transición del Difusor........................................................................................................... 7-21
7.6.4 Estructuras de extremo de difusor.................................................................................................................. 7-22
7.6.5 Protección del Difusor..................................................................................................................................... 7-22
7.6.6 Resumen de Diseño del Difusor..................................................................................................................... 7-22
7.7 Hidráulica del Emisor................................................................................................................................................. 7-22
7.7.1 Criterios de Diseño Hidráulico........................................................................................................................ 7-22
7.7.2 Hidráulica del Sistema...................................................................................................................................... 7-24
7.8 Cortes y Perfiles Preliminares................................................................................................................................... 7-25
8. Resumen de costos................................................................................................................................................. 8-1
8.1 Planta de Tratamiento.................................................................................................................................................. 8-1
8.2 Emisor Submarino......................................................................................................................................................... 8-1
9. factibilidad financiera...................................................................................................................................... 9-1
9.1 Introducción.................................................................................................................................................................. 9-1
9.2 Costo del Proyecto....................................................................................................................................................... 9-1
9.3 Estructura del Capital del Proyecto........................................................................................................................... 9-2
9.4 Riesgos Inherentes al Financiamiento del Proyecto............................................................................................... 9-4
9.4.1 Riesgo Político.................................................................................................................................................... 9-4
9.4.2 Riesgos Técnicos............................................................................................................................................... 9-4
9.4.3 Riesgos relativos al Patrocinador..................................................................................................................... 9-4
9.4.4 Riesgo de Financiamiento................................................................................................................................. 9-5
9.5 Estructura de Endeudamiento del Proyecto............................................................................................................. 9-5
9.5.1 Instrumentos Financieros.................................................................................................................................. 9-5
9.5.2 Alternativas de Financiamiento........................................................................................................................ 9-6
9.6 SEDAPAL: CAPACIDAD DE ENDEUDAMIENTO............................................................................................. 9-10
9.6.1 Comentarios Generales.................................................................................................................................... 9-10
9.7 MODELO DE PROYECCIONES FINANCIERAS SUPUESTOS BASICOS........................................................ 9-11
9.7.1 Ingresos Operativos......................................................................................................................................... 9-23
9.7.2 Egresos Operativos.......................................................................................................................................... 9-23
9.7.3 Participación de los Trabajadores e Impuestos........................................................................................... 9-24
9.7.4 Flujo de Caja...................................................................................................................................................... 9-24
9.8 PROYECCIONES FINANCIERAS............................................................................................................................ 9-24
9.8.1 ESCENARIO I.................................................................................................................................................... 9-24
9.8.2 ESCENARIO II.................................................................................................................................................. 9-26

LISTA DE REFERENCIAS
APENDICE A Programas de control de desechos industriales de ciudades mas representativas de los estados unidos
APENDICE B FOTOGRAFIA DEL LUGAR
APENDICE C TOPOGRAFIA DEL LUGAR
APENDICE D Hidáulica del Difusor a Flujo Máximo
APENDICE E BALANCE PRELIMINAR DE MATERIALES
APENDICE F COMPARACION DE EQUIPOS DE BOMBEO ALTERNATIVOS
APENDICE G SECCIONES DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO
APENDICE H COSTOS DE operación Y MANTENIMIENTO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO
APENDICE I FABRICANTES DE EQUIPOS Y CONTRATISTAS MARITIMOS
LISTA DE TABLAS

Tabla 1....... Cuencas de captación.................................................................................................. 2-1
Tabla 2....... Población, flujos actuales y flujos proyectados de aguas residuales.................................. 2-3
Tabla 3....... Concentraciones constituyentes en las Aguas Residuales y Cargas Estimadas................. 2-5
Table 4....... Concentraciones Estimadas de Constiuentes de Desagüe para el diseño preliminar.......... 2-6
Tabla 5....... Concentración de Metales Seleccionados en Aguas Residuales No Tratadas................... 2-7
Tabla 6....... Temperaturas Promedio del Agua en la Estación CM-2, 1995-1996................................ 3-7
Tabla 7....... Resultados de los Análisis de Coliformes Totales del Estudio de Calidad del Aguade Mar de Lima, Primavera de 1996........................................................................... 3-10
Tabla 8....... Resultados de los Análisis de Coliformes Fecales del Estudio de Calidad del Aguade Mar de Lima, Primavera de 1996........................................................................... 3-12
Tabla 9....... Normas de Calidad del Agua para Coliformes Fecales................................................. 3-16
Tabla 10..... Dilución Inicial Requerida para Satisfacer las Normas Peruanasde Agua receptorade Clase VI............................................................................................................... 3-18
Tabla 11..... Dilución Inicial Requerida para Satisfacer las Normas Peruanas................................... 3-18
Tabla 12..... Dilución Inicial Requerida para Satisfacer las Normas de California para Aguade Mar...................................................................................................................... 3-18
Table 13..... Eficiencias de Remoción Estimadas para Componentes Relevantes de AguasResiduales................................................................................................................. 3-19
Tabla 14..... Longitud de la Zona Sublitoral Externa para las Alternativas de Emisor Submarino......... 3-23
Tabla 15..... Resumen de Costos del Emisor Submarino.................................................................. 3-24
Tabla 16..... Valores Actuales de las Alternativas de Emisor Submarino........................................... 3-25
Tabla 17..... Conductores de Desagüe Propuestos............................................................................ 4-4
Tabla 18..... Criterios de Diseño Comunes a todos los Procesos de Tratamiento............................... 4-12
Tabla 19..... Criterios de Diseño para Militamices........................................................................... 4-16
Tabla 20..... Criterios de Diseño para el Tratamiento Primario......................................................... 4-17
Tabla 21..... Criterios de Diseño para Lodo Convencional Activado................................................. 4-22
Tabla 22..... Criterios de Diseño para Lodo Activado Convencional sin Clarificación Primaria........... 4-26
Tabla 23..... Comparación de Conceptos Alternativos de Tratamiento.............................................. 4-30
Tabla 24..... Rango de Organismos y Patógenos Indicadores en Efluentes Secudarios....................... 4-30
Tabla 25..... Concentraciones de Metales en Desagües y Lodos...................................................... 4-33
Tabla 26..... Carga admisible de contaminante acumulado............................................................... 4-33
Tabla 27..... Coeficiente de Absorción de Nutrientes para Cultivos Seleccionados............................. 4-34
Tabla 28..... Recuperación Típica de Energía en Gas de Digestor.................................................... 4-36
Tabla 29..... Requisitos de Terreno para la Instalación de Tratamiento............................................. 4-36
Tabla 30..... Requisitos estimados de energía y agua....................................................................... 4-37
Tabla 31..... Resumen de costos de las Alternativas de Tratamiento de Aguas Residuales................. 4-38
Tabla 32..... Valores actuales de las Alternativas de Tratamiento de Aguas Residuales..................... 4-39
Tabla 33..... Criterios de Evaluación y Factores de Ponderación de las Alternativas de Tratamientode Aguas Residuales.................................................................................................. 4-40
Tabla 34..... Criterios de Calificación para las Alternativas de Tratamiento de Aguas Residuales....... 4-40
Tabla 35..... Evaluación de las Alternativas de Tratamiento de Aguas Residuales sin Cloración......... 4-43
Tabla 36..... Evaluación de las Alternativas de Tratamiento de Aguas Residuales con Cloración........ 4-44
Tabla 37..... Alternativas de Tratamiento y Disposición..................................................................... 5-1
Tabla 38..... Resumen de Costos de las Alternativas de Tratamiento y de Disposición......................... 5-3
Tabla 39..... Resumen de la Evaluación de las Alternativas de Tratamiento y de Disposición............... 5-6
Tabla 40..... Criterios de Diseño de la Instalación de Tratamiento...................................................... 6-3
Tabla 41..... Necesidades de Equipo de Construcción del Emisor Submarino..................................... 7-17
Tabla 42..... Criterios de Diseño de Difusores................................................................................. 7-22
Tabla 43..... Detalles del Difusor................................................................................................... 7-24
Tabla 44..... Parámetros de Pérdida de Carga................................................................................ 7-25
Tabla 45..... Resumen Hidráulico del Emisor.................................................................................. 7-25
Tabla 46..... Resumen de Costo de Capital de la Planta de Tratamiento............................................. 8-2
Tabla 47..... Costos de Operaciones y Mantenimiento de la Planta de Tratamiento............................. 8-3
Tabla 48..... Costos de Construcción de la Instalación de Tratamiento (Fases).................................... 8-5
Tabla 49..... Resumen de Costos de Capital del Emisor Submarino.................................................... 8-7
Tabla 50..... Clasificación de Riesgo: Deuda Soberana a Largo Plazo (al 12.04.00)............................. 9-6
Tabla 51..... SEDAPAL Ganancias & Perdidas.............................................................................. 9-12
Tabla 52..... SEDAPAL Financiamiento & Aplicación de Fondos.................................................... 9-13
Tabla 53..... Programa de Inversiones............................................................................................ 9-14
Tabla 54..... Financiamiento........................................................................................................... 9-15
Tabla 55..... Proyecciones/Supuestos............................................................................................. 9-16
Tabla 56..... Ganancias & Perdidas................................................................................................ 9-17
Tabla 57..... Flujo de Caja............................................................................................................. 9-18
Tabla 58..... Balance..................................................................................................................... 9-19
Tabla 59..... Gastos Preoperativos................................................................................................. 9-20
Tabla 60..... Costos Operativos...................................................................................................... 9-21
Tabla 61..... Indicadores................................................................................................................ 9-22
Tabla 62..... Programa de Inversiones por Fase............................................................................ 9-300
Tabla 63..... Financiamiento........................................................................................................... 9-31
Tabla 64..... Proyecciones............................................................................................................. 9-32
Tabla 65..... Ganancias y Pérdidas................................................................................................. 9-33
Tabla 66..... Flujo de Caja............................................................................................................. 9-34
Tabla 67..... Gastos Pre-Operativos............................................................................................... 9-35
Tabla 68..... Costos Operativos...................................................................................................... 9-36
Tabla A-1... Categorías Industriales................................................................................................ A-2
Tabla A-2... Lista de Contaminantes Tóxicos del EPA..................................................................... A-3
Tabla A-3... Limitaciones Típicas del Efluente................................................................................. A-6
Tabla D-1... Hidáulica del Difusor a Flujo Máximo (n de Manning = 0.012)...................................... D-2
Tabla E-1.... Balance Preliminar de Materiales................................................................................. E-2
Tabla F-1.... Comparacion de Equipos de Bombeo Alternativos......................................................... F-2
Tabla H-1... Costos de Operación y Mantenimiento de la Planta de Tratamiento................................ H-2
Tabla I-2..... Información de Proveedores de Equipos de Aguas Residuales en los Estados Unidos....... I-3
Tabla I-3..... Información de Contratistas Marítimos en los Estados Unidos......................................... I-4

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Patrones de Flujo observados durante el Invierno de 1995.............................................. 3-3
Figura 2 Patrones de Flujo Observados durante el período deVerano a Invierno de 1996............... 3-4
Figura 3 Distribución espacial de coliformes totales en las aguas superficiales del OcéanoPacífico durante la Primavera de 1996........................................................................ 3-14
Figura 4 Distribución espacial de coliformes fecales en las aguas superficiales del OcéanoPacífico durante la Primavera de 1996, expresada en MPN/100 ml............................... 3-15
Figura 5 Mapa General de la Ubicación...................................................................................... 4-3
Figura 6 Cloacas maestras propuestas, Colector de Aguas Residuales y Terreno de la Plantade Tratamiento de Aguas Residuales............................................................................ 4-5
Figura 7 Plano y Perfil de la cloaca maestra desde el borde del terreno de la Planta deTratamiento a la Estructura de Recolección de Aguas Residuales................................... 4-6
Figura 8 Estructura de Recolección de Aguas Residuales............................................................ 4-7
Figura 9 Alternativas de Configuración de la Planta.................................................................... 4-9
Figura 10 Planta General, Planta de Tamices.............................................................................. 4-13
Figura 11 Diagrama de Flujo del Proceso, Planta de Tamices...................................................... 4-14
Figura 12 Detalles y Perfil Hidráulico, Planta de Tamices............................................................ 4-15
Figura 13 Primaria y Primaria Avanzada Distribución.................................................................. 4-18
Figura 14 Diagrama de Flujo del Proceso, Tratamiento Primario.................................................. 4-19
Figura 15 Perfil Hidráulico, Tratamiento Primario........................................................................ 4-20
Figura 16 Lodo Activado Convencional con Clarificación Primaria............................................... 4-23
Figura 17 Diagrama de Flujo del Proceso, Tratamiento Secundario con SedimentaciónPrimaria.................................................................................................................... 4-24
Figura 18 Perfil Hidráulico, Lodo Activado con Clarificadores Primarios...................................... 4-25
Figura 19 Lodo Activado convencional sin Clarificación Primaria................................................. 4-27
Figura 20 Diagrama de Flujo del Proceso, Tratamiento Secundario sin SedimentaciónPrimaria.................................................................................................................... 4-28
Figura 21 Perfil Hidráulico, Lodo Activado sin Clarificadores Primarios........................................ 4-29
Figura 22 Nodos de Control......................................................................................................... 5-5
Figura 23 Esquema del Proceso................................................................................................... 6-2
Figura 24 Perfil Hidráulico.......................................................................................................... 6-6
Figura 25 Plano General de la Obra............................................................................................. 6-7
Figura 26 Tubería de Planta........................................................................................................ 6-8
Figura 27 Obras de Cabecera...................................................................................................... 6-9
Figura 28 Edificio de Control de Operaciones............................................................................. 6-11
Figura 29 Plano de Clarificador Primario.................................................................................... 6-13
Figura 30 Corte de Clarificador Primario.................................................................................... 6-14
Figura 31 Planta Típica de Digestor........................................................................................... 6-15
Figura 32 Cortes de Digestor..................................................................................................... 6-16
Figura 33 Edificio de Desaguado de Sólidos................................................................................ 6-18
Figura 34 Ubicación del Relleno Sanitario................................................................................... 6-19
Figura 35 Edificio de Motores Generadores................................................................................ 6-21
Figura 36 Sistema de Control de Olores...................................................................................... 6-22
Figura 37 Estructura de Empalme................................................................................................ 7-2
Figura 38 Corte Típico de Emisor Terrestre.................................................................................. 7-6
Figura 39 Junta Típica de Tubo de Concreto Reforzado................................................................ 7-8
Figura 40 Conector de doble campana para tubo de acero............................................................. 7-9
Figura 41 Junta de Anillo Carnegie............................................................................................. 7-10
Figure 42 Corte típico cerca de la Costa y en Zona de Rompiente................................................ 7-15
Figura 43 Estructura de la "Y" del Difusor.................................................................................. 7-20
Figura 47 Planta y Perfil del Emisor, Estación 0+000 a 3+000...................................................... 7-30
Figura 48 Planta y Perfil del Emisor, Estación 3+000 a 6+200...................................................... 7-31
Figura 49 Planta y Perfil del Emisor, Estación 6+200 a 8+144...................................................... 7-32
Figura 50 Planta y Perfil del Difusor.......................................................................................... 7-33
Figura 51 Cortes y Detalles del Emisor....................................................................................... 7-34
Figure 52 Cronograma de Ejecución del Proyecto......................................................................... 8-4
Figura 53 Costos aproximados de O&M mediante Fases de Operación.......................................... 8-9
Figura 54 Cronograma de Ejecución del Proyecto del Emisor....................................................... 8-10
Figura C-1 Topografía.................................................................................................................. C-2
Figura C-2 Topografía.................................................................................................................. C-3
Figura G-1 Planta General............................................................................................................ G-2
Figura G-2 Secciones del Sitio...................................................................................................... G-3
Figura G-3 Secciones del Sitio...................................................................................................... G-4
Figura G-4 Secciones del Sitio...................................................................................................... G-5
Figura G-5 Secciones del Sitio...................................................................................................... G-6

Introduction

1. Introducción
1.1 Propósito y alcance
En 1996, Parsons Engineering Science International (Parsons) culminó un Estudio de Prefactibilidad de tratamiento y disposición de aguas residuales para el Área Metropolitana Norte de la Ciudad de Lima (Referencias 1 hasta 5). El estudio incluyó las siguientes tareas principales:

1. Proyección de los flujos futuros de aguas residuales para el año 2024, para la zona norte de Lima Metropolitana.
2. Medición de la calidad de las aguas residuales a fin de determinar los niveles de sus constituyentes.
3. Realización de estudios oceanográficos para determinar las corrientes y el parámetro de calidad del agua oceánica.
4. Desarrollo de un modelo computarizado usando datos elaborados a partir del programa de campo para predecir el destino de las aguas residuales descargadas desde un emisor submarino.
5. Realización de un diseño a nivel prefactibilidad para determinar la mejor ubicación y nivel de tratamiento de la nueva planta de tratamiento de aguas residuales.
6. Determinación de la ubicación de un difusor oceánico y realización de un diseño a nivel prefactibilidad a fin de determinar su tamaño, longitud y configuración.
7. Preparación de estimaciones de costos a nivel prefactibilidad para la planta de tratamiento de aguas residuales y el emisor submarino.
8. Preparación del Informe de Prefactibilidad.

Luego de culminar el Estudio de Prefactibilidad, se realizaron estudios ambientales adicionales en 1997 (Referencia 6) para los emisores de Oquendo y La Chira a fin de determinar los recursos biológicos oceanográficos básicos en las inmediaciones del emisor propuesto. El propósito del estudio ambiental era determinar las condiciones para los siguientes recursos biológicos: plancton, peces, comunidades bénticas, comunidades intermareales, operaciones de mariculura y zonas donde habitan los leones marinos.

Este proyecto representa la siguiente fase en la implementación de las mejoras en el tratamiento y descarga de aguas residuales para el Norte de Lima. El trabajo requirió la realización de investigaciones preliminares de ingeniería las cuales se centraron en la selección del proceso de tratamiento preferido y la longitud del emisor para lograr los estándares ambientales recomendados. Se preparó una serie de memorándums técnicos (MT), los cuales se han resumido en este informe final, sobre los siguientes asuntos:

· Estimación de los requisitos de terreno para la planta de tratamiento de aguas residuales y la configuración de los puntos de conexión del colector de aguas residuales (MT No.1).
· Caracterización de la calidad de las aguas residuales, incluyendo presencia de metales, y desarrollo de un sistema de monitoreo de aguas residuales (MT No. 2).
· Evaluación de las alternativas de tratamiento para las aguas residuales basándose en criterios ambientales y de costos, y en la identificación del sistema de tratamiento recomendado (MT No. 3).
· Determinación de la longitud requerida del emisor para satisfacer los estándares de calidad del agua recibida, utilizando técnicas de modelamiento por computadora ya establecidas. (MT No. 4).
· Diseño a nivel factibilidad de la alternativa de tratamiento seleccionada, incluyendo la preparación de planes preliminares y una estimación de costos (MT No. 5).
· Diseño a nivel factibilidad del emisor submarino recomendado, incluyendo la preparación de planes preliminares y estimación de costos (MT No. 6).
Al concluir el diseño preliminar a nivel factibilidad y la estimación de costos, se preparó un plan financiero para describir los posibles métodos financieros que SEDAPAL podría emplear para financiar el proyecto.

1.2 Autorización
En octubre de 1998, SEDAPAL autorizó a Parsons para que preparase este estudio de factibilidad. El estudio está financiado por la Trade Development Agency (TDA) de los Estados Unidos de América, en virtud de un subsidio a SEDAPAL. En respuesta a una autorización del Banco Mundial, Parsons preparó un estudio geotécnico marino preliminar para el emisor Norte de Lima (Referencia 7). Estos estudios proporcionan los datos geotécnicos y geofísicos necesarios para evaluar las alternativas del emisor y preparar el diseño preliminar del emisor submarino.

1.3 Estudios previos
El Estudio de Prefactibilidad determinó que la planta debería ser diseñada de tal forma que permitiese manejar los flujos promedio y máximos proyectados para el año 2024 de 14.9 y 22.4 m3/s, respectivamente. El sistema propuesto en el Estudio de Factibilidad incorporaba los siguientes elementos principales:

· Tamizado grueso utilizando rejillas de barras.
· Microtamizado utilizando aproximadamente 40 tamices giratorios cilíndricos, cada uno con una capacidad aproximada de 0.6 m3/s.
· Eliminación de las aguas residuales en el océano mediante un emisor.

En el Estudio de Prefactibilidad se evaluaron diversas áreas de la planta de tratamiento de aguas residuales y del emisor en la zona norte de Lima. Los criterios utilizados para evaluar las áreas alternativas incluyeron el costo del terreno, costo y dificultad de intercepción de los emisores existentes y los efectos ambientales y sociales de la ubicación y operación de una planta de tratamiento de aguas residuales en cada lugar. El área seleccionada fue la mejor de todas aquellas evaluaciones. La Gerencia de SEDAPAL estuvo de acuerdo con la selección en 1995 y 1996. Siguiendo el Estudio de Prefactibilidad, SEDAPAL llevóa cabo los diseños preliminares y finales de los principales interceptores, los que transportarán las aguas residuales al lugar.

Como parte del Estudio de Prefactibilidad, se recopilaron las mediciones de la corriente oceanográfica registradas tanto en verano como en invierno. Los resultados se utilizaron para desarrollar un modelo hidrodinámico para predecir el transporte y dispersión de aguas residuales descargadas a través de un emisor submarino. El modelamiento se basó en una concentración de coliformes fecales en el agua no tratada de 2 x 107 MPN/100ml. El principal criterio empleado para evaluar los requisitos para el emisor submarino fue la capacidad de eliminar la contaminación por coliformes fecales en las playas y en las zonas ecológicamente sensibles cercanas a la Isla San Lorenzo. La operación del modelo se efectuó utilizando una tasa de descomposición de coliformes fecales (valor T90) de 24 horas.

El modelamiento de los resultados para el Estudio de Prefactibilidad indicó que un emisor de 8 kilómetros de longitud y 3.65 metros de diámetro, que descargara a una profundidad de 45 m, sería suficiente para proteger las playas y las zonas ecológicamente sensibles. El emisor estaría provisto de un difusor de tipo horquilla, con una longitud aproximada de 970 metros en cada pata de la horquilla e incorporaría unos 200 a 300 orificios de descarga.

En el Estudio de Prefactibilidad se reconoció que las condiciones geotécnicas del fondo oceánico en la zona de Oquendo representarían un reto para la construcción de un gran emisor. En el transcurso del tiempo geológico, la deposición de materiales del río Rímac ha creado sedimentos finos y profundos. Los estudios geotécnicos preliminares indicaron que los sedimentos tienen poca densidad, gran compresibilidad y un alto potencial de consolidación (licuefacción) durante un evento sísmico. Tales condiciones podrían requerir un diseño especial de solera de fondo para el emisor, incluyendo una posible cimentación sobre pilotes o juntas especiales para un emisor situado en el fondo del mar.

Asimismo, existe un gran tráfico de barcos en la zona, ya que muchas embarcaciones mayores encallan en el Puerto del Callao, el principal Puerto del Perú. El área propuesta para el emisor es una zona de anclaje de barcos y esto hace posible que las anclas de los buques causen daños al emisor; este problema debe ser abordado en el diseño final del emisor.

Es posible adoptar dos métodos de construcción alternativos para los emisores submarinos de gran diámetro en las zonas de inestabilidad potencial del suelo oceánico tales como en Oquendo: excavación de fosas y túneles. Para el método de fosas, se excava una profunda fosa a lo largo del suelo oceánico y típicamente ésta se extiende desde la playa hasta un punto en el que el suelo oceánico natural puede soportar el peso del emisor. La tubería del emisor se coloca a todo lo largo del fondo de la fosa y se recubre con roca para lograr un blindaje de protección. La roca de protección por lo general se extiende 1 a 2 metros por encima de la parte superior de la tubería, y la parte superior de la roca está al ras del fondo oceánico natural contiguo.

Con este método de construcción, se reduce considerablemente la posibilidad de un asentamiento diferencial durante un movimiento sísmico. Asimismo, se mitiga el daño potencial al emisor causado por las anclas de los barcos, así como las fuerzas laterales causadas por la acumulación de sedimentos a un lado del emisor. Las desventajas principales con este método son el alto costo de la construcción relacionado con la excavación de una fosa larga y profunda, y las grandes cantidades de roca de protección que se requieren.

De otro lado, es posible construir un emisor haciendo un túnel por debajo del suelo oceánico. Para la construcción del túnel, existen dos opciones de difusores:

1. Se construye un túnel hasta un punto en la zona sublitoral externa en donde el suelo oceánico puede soportar el peso del difusor. En este punto, se construye un tubo ascendente que vaya desde el túnel hasta el fondo oceánico. El tubo ascendente se conecta con un difusor tipo horquilla en el lecho del mar, idéntico al difusor para un emisor submarino convencional.
2. A partir del túnel se construye una serie de tubos ascendentes verticales, cada uno de los cuales termina por encima del lecho marino y está provisto de una torre difusora de toberas múltiples.

1.4 Objetivos ambientales
El Estudio de Prefactibilidad recomendó el uso de normas ambientales como base para el diseño de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales y Emisor Submarino Norte de la Ciudad de Lima. Dichas normas se basaron en la revisión de las normas existentes de las siguientes fuentes:
· Perú
· Otros países latinoamericanos
· Estados Unidos
· Unión Europea
· Organización Mundial de la Salud
Estas normas propuestas fueron revisadas y aceptadas por PROMAR, SEDAPAL y una junta de evaluación integrada por expertos internacionales convocados por el Banco Mundial en Washington D.C. en mayo de 1996. Se establecieron metas para los siguientes criterios:
· Sólidos sedimentables
· Bacterias coliformes fecales
· Oxígeno disuelto y demanda bioquímica de oxígeno
· Materiales de flotación
· Materiales tóxico
En la sección 3.2 se presentan las normas específicas.
1.5 Reconocimientos
Durante el desarrollo de este estudio, Parsons recibió información y asistencia de una serie de personas y agencias. Parsons desea reconocer el apoyo de SEDAPAL, la Trade Development Agency de los Estados Unidos de América y el Banco Mundial por su valiosa ayuda en la culminación de este estudio.

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2. EL ÁREA DE SERVICIO
2.1 Descripción del área de servicio
2.1.1 Cuencas de captación
El área de servicio es la zona norte de Lima Metropolitana que desagua en el río Rímac e ingresa al océano desde Costanero hacia el norte. Pequeñas plantas de tratamiento de aguas residuales sirve (o podrán servir en el futuro) zonas del área de servicio –principalmente en las zonas superiores de las cuencas de captación. La Tabla 1 contiene una lista de las cinco cuencas de captación.
Tabla 1: Cuencas de captación
Área
Nombre de la descarga
Área (ha)
A
Comas
7,600
B
Centenario
5,135
C
Costanero
4,100
D
No. 6
5,635
F
Boca Negra
480


22,950
Cada uno de los sistemas colectores existentes en las cinco cuencas de captación descarga en el océano en la línea litoral o cerca de ésta. La cuenca Costanero descarga unos 6 kilómetros al oeste del Callao. Las otras cuatro cuencas descargan en diferentes puntos entre 1 y 4 kilómetros al norte de la desembocadura del río Rímac. Las descargas de aguas residuales no están tratadas.
2.1.2 Topografía
La mayor parte del área de servicio desciende suavemente hacia el oeste y el sur hacia el río Rímac y el océano. Los límites corriente arriba de las cuencas de captación son los cerros que limitan la ciudad por el norte y el este. Al norte del río Rímac, el terreno se eleva gradualmente desde el nivel del mar; hacia el sudeste del Callao, las playas terminan en acantilados de unos 30 a 50 metros de altura. Desde la cima de estos acantilados, el terreno se eleva en dirección tierra adentro.
2.1.3 Suelos, geología y sismicidad
Los suelos en el área de servicio son el resultado de la frecuente inundación y erosión provocadas por los ríos Chillón y Rímac y se ven afectados por éstas. La capa superficial del suelo por lo general es delgada y debajo de ella se encuentran capas de arena limosa y pedregosa. Existen grandes áreas con conglomerados de arenisca tales como los cerros interiores y los acantilados del litoral al sudeste del Callao.
La zona costeña del Perú es un área sumamente sísmica asociada con la subducción de la placa de Nazca bajo toda la costa oeste de Sudamérica. Los grandes terremotos de 1940, 1966, 1970 y 1974 causaron enormes daños en el área metropolitana de Lima. Para un período de retorno de 100 años, se ha calculado aceleraciones máximas del terreno de 0.36 a 0.38 g para la costa inmediata frente a Lima (Referencia 7). Los arenosos suelos aluviales y deltaicos bajo las áreas costeras cercanas a Lima son susceptibles de licuefacción. Durante el terremoto de 1970 (de una magnitud aproximada de 8.7 grados), muchas partes de la ciudad experimentaron licuefacción.
En la sección 3.4 se desarrollan las consideraciones geológicas marinas y geotécnicas.
2.1.4 Clima
El clima del área metropolitana de Lima es moderado y árido. Las temperaturas promedio varían desde 14°C durante el invierno (julio a setiembre) hasta 28°C en verano (diciembre a marzo). Hay muy poca lluvia: la precipitación anual promedio es de menos de 20 mm.
2.1.5 Ambiente marino
El fondo oceánico de la zona sublitoral externa de Oquendo es relativamente plano, uniforme y está compuesto principalmente de arena y limo. En los primeros 3.5 kilómetros de la playa, la profundidad alcanza los 10 metros y la inclinación promedio es de aproximadamente 0.3 por ciento. De allí hasta 10 kilómetros desde la orilla (aproximadamente 60 metros de profundidad), la inclinación promedio es de menos de 0.1 por ciento.
La temperatura del agua en el área varía a lo largo del año de 15° a 16° en la superficie y de 14° a 15°C en el fondo. La salinidad del agua, especialmente cerca a la superficie, puede verse muy afectada por la descarga del río Rímac, cuya desembocadura está a unos 3 kilómetros al sur de Oquendo.
El estudio de impacto ambiental realizado en 1997 para los Emisores de Oquendo y La Chira (Referencia 6) contiene una descripción exhaustiva de los recursos biológicos en las aguas marinas fuera de Lima. El informe describe lo siguiente: plancton, peces, comunidades bénticas, comunidades intermareales y comunidades sensibles (operaciones de maricultura y áreas en donde habitan los leones marinos).
Véase la Sección 3.1 para descripciones más detalladas sobre el ambiente marino.
2.2 Población, flujos actuales y flujos proyectados de aguas residuales
Los flujos promedio de aguas residuales que se usarán en el diseño de la planta de tratamiento Norte de la ciudad de Lima se basan en el Estudio de Prefactibilidad de 1995 y en la revisión del trabajo realizado para y por SEDAPAL desde que se concluyera el Informe de Prefactibilidad. Luego de la evaluación de las proyecciones de flujos contenidas en otros informes preparados para SEDAPAL, se acordó utilizar los resultados del estudio de 1995.
En la Sección 4.1.2 se describen las tasas punta de flujo de aguas servidas usadas en la planificación preliminar.
Las proyecciones de flujo de aguas residuales desarrolladas para el Informe de Prefactibilidad estuvieron basadas principalmente en anáilisis y proyecciones de consumo de agua preparados por SEDAPAL en 1993. Estas proyecciones fueron realizadas mediante los análisis distrito por distrito de la demanda y consumo de agua doméstica, no doméstica, proyecciones del uso de tierras y servicio, pérdida de aguas y reducciones programadas de aquellas pérdidas, etc. Durante el Estudio de Prefactibilidad, el trabajo de SEDAPAL fue revisado cuidadosamente. Luego de obtenerse una población y proyecciones unitarias satisfactorias del consumo de agua para cada distrito sobre el período de estudio, se aplicó un factor de 0.8 para calcular los flujos proyectados de aguas residuales de cada distrito (esto hace suponer que los flujos de desagüe de fuentes no domésticas, comerciales, industriales, institucionales, etc. podrían equivaler al 80 por ciento del uso de agua no doméstico respectivo).

2.3 Características de las Aguas Residuales
2.3.1 Características de las Aguas Residuales
La Tabla 3 muestra los resultados promedio de la calidad de aguas residuales y el programa de medición de caudal de las 4 cuencas consideradas las más importantes. Las concentraciones medias son concentraciones medias de flujo. La tabla muestra además las cargas estimadas para los parámetros químicos (en toneladas por día) para el caudal promedio combinado estimado en 1995 (10.35 m3/s) y para el caudal promedio de diseño 14.9 m3/s.
En general, el promedio de los constituyentes de concentración en aguas residuales es consistente con aquellas aguas residuales domésticas normales con la excepción de algunos metales. Estos son discutidos en Apéndice A.
Las concentraciones presentadas en la Tabla 4 fueron desarrolladas desde Tabla 3 para fines del diseño preliminar y representación de los niveles que pudieran ser esperados en las aguas residuales no tratadas que llegan a la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales al norte de Lima.
2.3.2 Metales en las Aguas Residuales No Tratadas
Los metales “problema” encontrados en el programa de muestreo de aguas residuales conducido en 1995 (Referencia 1) fueron: arsénico, cadmio, zinc, cobre, cromo, mercurio, níquel, plata, plomo. La medida de las concentraciones encontradas en cada una de las 4 descargass existentes sometidas a prueba se muestra en la Tabla 5. La Tabla 5 muestra además las concentraciones máximas encontradas durante el programa de muestreo y los colectores de donde se tomaron estas muestras.
No se han identificado las fuentes de las concentraciones relativamente altas de metales, particularmente en las descargas Comas y No. 6 y en los colectores No. 19 y Argentina. Se podría obtener presencia de metales por las descargas industriales, infiltraciones de aguas subterráneas o por los altos niveles en el abastecimiento de aguas. Un programa de monitoreo detallado será necesario previo al diseño final de la planta de tratamiento para determinar la fuente de metales; asimismo, la implementación de un programa efectivo de control de residuos industriales será necesario.
2.3.3 Programa de Monitoreo de Aguas Residuales
Una rutina de monitoreo en todos los aspectos del sistema de manejo de aguas residuales es esencial para que este opere eficientemente. Monitorear la calidad de las aguas residuales y los caudales es una parte importante del programa general de monitoreo. Los datos obtenidos del monitoreo de aguas residuales son necesarios para los siguientes aspectos del manejo del sistema de desagüe:
· Eficiente Operación de las instalaciones de tratamiento de aguas residuales
· Evaluación de los posibles efectos adversos de las descargas del efluente en el ambiente receptor
· Análisis de la capacidad y otros problemas actuales o potenciales en el sistema de recolección
· Planificación de futuras expansiones
El monitoreo de aguas residuales es además un elemento esencial del programa de control de desechos industriales.
2.3.3.1 Tratamiento de Aguas Residuales
Toda planta de tratamiento debe tener por lo menos un medidor de caudal de registro continuo para medir el caudal total que ingresa a la planta. Se requerirá de medidores de caudal adicionales dentro de la planta para monitorear el caudal en las unidades de proceso individuales (dependiendo de los procesos de tratamiento utilizados).
La línea del afluente o cámara deberá ser equipada con un analizador de vapor de hidrocarburo de operación continua operativo conectado a una alarma para alertar sobre concentraciones excesivas de gasolina u otro hidrocarburo inflamable que ingrese a la planta.
Los parámetros de calidad de aguas residuales que deberán ser monitoreados para un control operacional son dependientes en el proceso de tratamiento seleccionado. La frecuencia de toma de muestras debe ser determinada con la experiencia según la variabilidad de concentraciones en el afluente. Como un mínimo absoluto, las muestras deberán ser tomadas dos veces por día: durante los períodos de caudal máximo y una en períodos de caudal mínimo.
2.3.3.2 Calidad del Efluente
La calidad del efluente de la planta necesita ser controlada regularmente para proveer información para la evaluación de posibles efectos ambientales de las descargas del emisor. Los parámetros básicos a ser medidos incluyen los siguientes:
· pH
· Bacteria de coliforme total y fecal
· Oxígeno disuelto
· Demanda bioquímica de oxígeno
· Sólidos suspendidos y asentables
· Grasas y aceites
· Nitrógeno total
· Total fósforo
· Metales (arsénico, cadmio, zinc, cobre, cromo, níquel, plata, y plomo)
· Compuestos orgánicos tóxicos
Los cinco primeros parámetros listados anteriormente deberán ser medidos diariamente. El resto puede ser medido semanal o mensualmente dependiendo de la variación.
La información obtenida de dicho monitoreo (particularmente si se encuentra acoplada con un monitoreo regular de calidad de agua en las playas y cercanas al emisor) respaldará los análisis de efectos ambientales y el planeamiento de las futuras modificaciones del sistema de manejo de las aguas residuales.

2.3.3.3 Monitoreo del Sistema de Recolección
Los Objetivos de controlar el caudal y la calidad de las aguas residuales en el sistema de recolección son principalmente el de determinar problemas presentes y potenciales de la capacidad, para prevenir descargas o desechos industriales no controlados, y proveer datos para futuras modificaciones de los sistemas de tratamiento y recolección. No es posible planificar un programa específico de monitoreo sin estudios de preparación e información detallada sobre los presentes programas de control de residuos industriales de SEDAPAL y de sus reciente trabajo de recolección de datos. Los párrafos siguientes discuten los conceptos y procedimientos generales para el monitoreo del sistema de recolección.
2.3.3.3.1 Caudal de Aguas Residuales
El control del caudal deberá ser planificado en conjunto con el análisis de la población y de la densidad de la población en las cuencas de drenaje de las áreas de servicio. Debería incluso existir un inventario de los puntos de fuentes de descarga de aguas residuales tales como de instituciones (colegios, oficinas, edificios, hospitales, industrias, etc.). Estos datos ayudarán en la estimación de los caudales de aguas residuales esperados en cualquier punto del área servida grandes diferencias entre los caudales estimados y los caudales medidos pueden resaltar errores en las hipótesis de planificación o en las condiciones actuales que necesitan investigarse.
El nivel de esfuerzo para el monitoreo de caudales deberá concentrarse en las áreas con problemas de capacidad presentes y potenciales. Registros automáticos de caudales deberán ser operados durante por lo menos 24 horas en una localidad dada. Esto es particularmente importante en áreas industriales, donde grandes caudales deben ser descargados durante la noche en períodos de bajo caudal.
Una gran cantidad de esfuerzo y costos se gastarán en la primera parte del programa de monitoreo de caudales cuando la información básica de la capacidad del sistema sea obtenida. Más adelante en el programa, el análisis de la información permitirá un uso más racional de los esfuerzos y una reducción de costos.
2.3.3.3.2 Calidad de Aguas Residuales
Los constituyentes de las aguas residuales que deberán ser controlados en el sistema de recolección dependen de los objetivos del monitoreo. En áreas donde el agua residual proviene principalmente de fuentes domésticas, los constituyentes que deberán ser monitoreados regularmente son relativamente pocos: temperatura, pH, demanda bioquímica de oxígeno, y sólidos suspendidos. Esta información es muy útil para la planificación e identificación de las condiciones cambiantes. Ocasionalmente se deberán realizar análisis (físicos, químicos, bacteriológicos y de parásitos intestinales), para asegurar que no estén ocurriendo descargas inusuales.
En áreas que reciben desechos industriales, los requerimientos de monitoreo son mayores. Los constituyentes a ser monitoreados incluyen a aquellos listados a continuación para desagüe doméstico y otros que dependerán del tipo de industrias contribuyentes al sistema de recolección. Los constituyentes adicionales podrían incluir los siguientes:
· Demanda química de oxígeno
· Total de Carbono orgánico
· Varias formas de nitrógeno
· Metales
· Constituyentes halógenos clorados
· Solventes Orgánicos
· Toxicidad (medida por bioensayo)
En la planificación del programa de muestreo, se deberá hacer un compromiso entre la toma de algunas muestras aguas abajo del sistema recolector y la toma de muestras en los puntos aguas arriba. Las muestras de aguas abajo deben ser lejanas a la fuente y, en consecuencia los constituyentes particulares deben estar mas diluidos. Las muestras aguas arriba estarán más cercanas a la fuente, pero requerirán de mas puntos de muestreo. Sin embargo, si se encuentran concentraciones tóxicas o químicos nocivos, se deberá concentrar los esfuerzos para obtener muestras en puntos corriente arriba hasta localizar e identificar a la fuente.
El aspecto más importante de la planificación del programa de muestreo es el mantenerlo flexible. Los datos del monitoreo deberán ser analizados inmediatamente, y los resultados de dichos análisis deberán ser usados, donde sea apropiado, para modificar el programa y mejorar su efectividad.
2.3.3.3.3 Otro Monitoreo
Algunos de los más efectivos monitoreos resultán de la observación e inspección de campo. Inspectores experimentados pueden normalmente determinar si ha habido algún cambio observando el flujo de aguas residuales en los desagües. Los cambios de color y olor, aparición de espumas inusuales, o materiales inusuales flotando en el desagüe pueden indicar condiciones nuevas que necesiten ser investigadas. Las playas y orillas de los ríos deberán ser inspeccionadas regularmente para detectar descargas nuevas y posiblemente ilegales.

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3. ALTERNATIVAS DEL EMISOR
3.1 Estudios oceanográficos
3.1.1 Corrientes
Las mediciones de corrientes se efectuaron en un grupo de nueve puntos de amarre en aguas costeras vecinas a la bahía de Miraflores, durante un período de aproximadamente cuatro meses entre el verano y el otoño de 1996 (Febrero a Mayo). Estas mediciones, que complementan las realizadas en un grupo similar, pero más pequeño, durante el invierno de 1995 (Junio a Agosto), proveen la base para evaluar la factibilidad de cumplir con las restricciones de descarga mediante un emisor marino que descargue Aguas Residuales municipales tratadas.
3.1.1.1 Hallazgos Preliminares basados en el Estudio del Invierno de 1995
En el informe de las mediciones de invierno (Referencia 2), se presentó una descripción preliminar de la circulación en el mar costero frente a Lima, Perú. Las principales características de esta circulación, mostradas en la Figura 1, se resumen abajo:
· Una corriente costera que fluye hacia el norte, ocupa la región del litoral de Punta La Chira, Bahía de Miraflores, Isla San Lorenzo, y la Bahía del Callao.
· Durante los períodos de flujo hacia el mar, puede formarse un remolino circulando en sentido contrario al de las agujas del reloj, a sotavento de la Isla San Lorenzo y dentro de la Bahía de Miraflores.
· Un flujo neto a una profundidad de 3 a 10 m barre la Bahía de Miraflores, del sudeste al noroeste.
· Una circulación débil existe dentro de la Bahía del Callao, con un intercambio directo mínimo a los 10 m de profundidad con la Bahía de Miraflores vía el canal entre Punta La Punta y la Isla San Lorenzo. Las mediciones sugieren una circulación neta en la parte sur de la Bahía del Callao, que consiste en un remolino circulando en el sentido de las agujas del reloj al norte de la Isla San Lorenzo (impulsado probablemente por el flujo neto hacia tierra de la corriente costera que pasa por el litoral), y en un remolino circulando en sentido contrario al de las agujas del reloj en la región costera (tal vez impulsado por el remolino existente más afuera en el litoral).
3.1.1.2 Comprensión Modificada basada en el Estudio del Verano al Otoño de 1996
La comprensión del flujo costero se refinó sobre la base de la información adicional obtenida durante el estudio del verano al otoño de 1996. La principal corriente marina a lo largo de la costa occidental de Sudamérica, es la Corriente de Humboldt. Esta corriente fría, que fluye del sur hacia el ecuador, se hace inmediatamente evidente en las imágenes térmicas de la temperatura superficial del mar a lo largo de la costa frente a Lima. El flujo neto hacia tierra medido durante el verano y el invierno, era concordante con el flujo de la Corriente de Humboldt en el litoral, lo cual sugiere que las corrientes medidas durante esos dos estudios probablemente representan el borde costero de dicha corriente.
Con respecto a la circulación dentro de la Bahía de Miraflores, los resultados de las mediciones en invierno (ver Figura 2) llevan a la hipótesis de que el campo de flujo en la zona de estudio podría estar representado por dos patrones: (1) un flujo general hacia tierra desde el litoral y, (2) un flujo general hacia el mar desde tierra. Se predijo como hipótesis la existencia de un flujo neto hacia tierra dentro de la Bahía de Miraflores en presencia de cualquiera de los dos patrones. Esta hipótesis concordaba con las corrientes netas medidas en la mitad sur de la bahía durante el estudio de invierno.
Los flujos medidos en el interior de la Bahía de Miraflores, y mar adentro de la bahía y la isla San Lorenzo durante el estudio de verano, no concordaban con el flujo de hipótesis dentro de la bahía ni con el de la zona litoral. La corriente neta al interior de la mitad norte de la Bahía de Miraflores en el verano era hacia tierra, mientras que los dos flujos netos de la hipótesis previa en esta ubicación eran hacia el mar. Además, los flujos netos hipotéticos en el litoral (o sea, frente a Punta La Chira, la Isla San Lorenzo, y a lo largo del borde exterior de la Bahía de Miraflores) estaban en la misma dirección a todo lo largo del área de estudio (es decir, hacia tierra o hacia el mar). Sin embargo, durante el estudio de verano, el flujo neto hacia el mar en la parte norte del área de estudio se intensificaba a lo largo del borde exterior (60 m de agua), y había un flujo neto hacia el mar frente a la Isla San Lorenzo, mientras que los flujos netos al sur de Punta La Chira eran hacia tierra.
Esto sugiere que la circulación en el área de estudio es más compleja que las circulaciones representadas por los patrones conceptuales de flujo previos. En particular, los flujos netos medidos durante el verano sugerían un tercer patrón, consistente en un flujo neto hacia el mar desde el norte y un flujo neto hacia tierra desde el sur, combinado con un flujo neto mar adentro a lo largo del borde exterior de la mitad inferior del área de estudio. Los patrones anteriores no incluían este flujo curzado del litoral. Es difícil evaluar la circulación al interior de la Bahía de Miraflores asociada con este nuevo patrón de flujo en el litoral, pues la información se obtuvo de una sola ubicación. Por ejemplo, las mediciones de corrientes en invierno se efectuaron en el extremo norte. Por tanto, no es posible establecer si la circulación general al interior de la bahía cambió, o si realmente existen dos remolinos en esa zona (es decir, una bahía dividida en dos secciones por la cresta atravesada asociada con los Islotes Horadados).
Con respecto a la circulación dentro de la Bahía del Callao, las imágenes térmicas a gran escala disponibles de los satélites, proporcionan una indicación aproximada de la extensión espacial de la Corriente de Humboldt, que fluye hacia el norte a lo largo de la costa peruana hacia el ecuador. Estas imágenes indican que este flujo del litoral está presente en la región de Lima. Los flujos netos medidos tanto en invierno como en verano en la región sur del área de estudio, concuerdan con este flujo que se extiende hacia la costa.
Por otra parte, los flujos netos dentro de la mayor parte de la Bahía del Callao eran hacia el mar durante ambos estudios de invierno y verano (con un posible flujo neto hacia tierra cerca de la costa). En combinación con el flujo neto hacia tierra asociado con la Corriente de Humboldt, esto sugiere que el flujo al interior de la Bahía del Callao está asociado con el brazo costero de un giro relativamente de gran escala circulando en el sentido de las agujas del reloj, presente en la región al norte de la Isla San Lorenzo y Punta La Punta. La extensión espacial de este giro no puede determinarse con la información actual de mediciones (aparentemente se extiende tanto mar adentro como hacia tierra de los límites del área de estudio).
En conjunto, las propiedades de los flujos medidos sugieren una circulación costera con las características siguientes:
· Existe un flujo neto mar adentro dirigido hacia el ecuador, asociado con la Corriente de Humboldt. El lado costero de esta corriente probablemente llegue hasta la costa al sur de Punta La Chira.
· Las fluctuaciones de frecuencia de submareas, de magnitud mayor que el flujo neto, se superponen a este flujo neto y se propagan por el área de estudio (por ejemplo, las olas de plataforma atrapadas costeramente).
· Al interior de la Bahía del Callao existe una contracorriente que fluye hacia el mar – quizás con un flujo de retorno hacia tierra en la costa. La fuerza de este flujo neto hacia el mar puede, a veces, ser semejante a las fluctuaciones de frecuencia de submareas en las corrientes.
· Existe un flujo complejo y más débil al interior y mar adentro de la Bahía de Miraflores.
· Hay períodos de flujo importante mar adentro al norte de Punta La Chira y al sur de la Isla San Lorenzo.
Estas características tienen consecuencias potencialmente importantes para la descarga de Aguas Residuales municipales mediante emisores marinos sumergidos. El flujo neto del litoral frente a la Bahía de Miraflores que se infiere de las mediciones de corrientes en el verano, es especialmente importante porque es en la estación del verano cuando las playas costeras se usan más intensamente. Muchas de estas características de circulación parecen extenderse fuera de los límites del Área de Estudio.
3.1.1.3 Velocidades de la Corriente
Las velocidades medias promedio de la corriente en el Área de Estudio, durante el verano y otoño de 1996, fueron aproximadamente 7.5 cm/s, siendo la velocidad del 90 percentil 14.8 cm/s en promedio, y la velocidad del 10 percentil 3.4 cm/s en promedio; estas velocidades fueron un 20% menores que las corrientes medidas en el estudio del invierno de 1995. En general, las velocidades de la corriente eran significativamente más fuertes en la dirección predominante del flujo (costero), de lo que eran en la dirección de corrientes menos frecuentes.
3.1.1.4 Estudios de Difusión y Dispersión
En Octubre de 1995, se determinó el coeficiente de difusión y dispersión en un punto al oeste de Playa Oquendo, donde se esperaba que termine el emisor propuesto. El método usado fue el rastreo de cuatro señalizadores flotantes, soltados simultáneamente en cuatro puntos distintos, en un patrón cuadrado, para luego registrar las posiciones de cada señalizador cada 15 minutos mientras eran transportados por las corrientes. El coeficiente de difusión y dispersión fue determinado de la separación en el tiempo, entre cada par posible de señalizadores. El valor recomendado del coeficiente para esta ubicación, basado en esta prueba, fue de 2 m2/s.
3.1.2 Modelos de Aguas Receptoras
3.1.2.1 Modelo de Dilución Inicial (RSB)
El modelo de dilución inicial (RSB) a utilizarse en el presente estudio es una versión modificada del modelo computarizado RSB, que es el principal modelo de dilución recomendado por la Agencia de los EE.UU. de N.A. para la Protección Ambiental (USEPA). EL modelo, desarrollado por el Dr. Philip Roberts de Estados Unidos, se basa en los resultados experimentales. Parsons ha adaptado los algoritmos del modelo RSB para simular series que dependen del tiempo (corrientes variables, parámetros de calidad de agua, etc.), y para converger con más eficiencia. El modelo modificado ha sido totalmente probado y verificado por contratistas independientes que trabajan para la USEPA.
3.1.2.2 Modelo Hidrodinámico (RMA2)
La simulación hidrodinámica de las descargas de Aguas Residuales se logra usando el modelo RMA2, que resuelve la forma de promedio de profundidad de las ecuaciones de flujo de aguas bajas. El movimiento del agua es impulsado por las condiciones del límite aplicado (elevación o flujo de la superficie del agua, o alguna combinación de los dos, en los límites abiertos). Las condiciones del límite pueden variar con el tiempo, lo cual lleva a una simulación dinámica. Para este proyecto, el flujo al otro lado de los límites norte y sur se determinará por extrapolación de las corrientes marinas medidas.
3.1.2.3 Modelo de Calidad de Agua (RMA4 y RMA11)
Durante agosto y setiembre de 1999, Parsons realizó el modelaje preliminar del emisor marino para determinar la longitud de emisor adecuada. Este trabajo incluyó el establecimiento de un modelo que considere la dilución inical del campo de desecho y siga el destino del campo de desecho para un rango de longitudes de emisor. Al planear este trabajo, Parsons llegó a la conclusión de que para distinguir los impactos de niveles diferentes de tratamiento de Aguas Residuales asociados con longitudes discretas de emisor, era necesario emplear un modelo computarizado más sofisticado que el que se había utilizado para el Estudio de Prefactibilidad.
El modelo de Calidad del Agua RMA4 utilizado para el Estudio de Prefactibilidad, es un modelo bi-dimensional de calidad de agua que no puede manejar la interacción de transporte, mezcla, química y biológica de los componentes del efluente. Fue apropiado usar este modelo en el Estudio de Prefactibilidad, porque se disponía de información limitada. Con la información adicional de las campañas de invierno y verano, un modelo más detallado de la calidad del agua receptora fue desarrollado. El modelo, RMA11, es capaz de manejar componentes no conservadores (nitrógeno y fósforo en diferentes formas, oxígeno disuelto, BOD, algas), así como dar concentraciones de algas y coliformes fecales en el agua receptora.
El modelo RMA11 fue calificado antes de la evaluación de las diferentes longitudes de emisor (3 a 8 km, como se explica en la sección 4).
3.1.3 Temperatura y Densidad
El océano es un ambiente dinámico, con cambios en sus características, incluyendo la estructura de densidad de la columna de agua, que ocurren en minutos (olas internas) y hasta años (variabilidad interanual). El grado de estratificación de densidades de la columna de agua es un parámetro importante en la determinación de la dilución inicial alcanzada por un sistema de emisor y la posición del campo de desecho resultante en la columna de agua. Por ejemplo, durante épocas de estratificación débil, la dilución inicial generalmente aumenta y el campo de desecho se forma más arriba en la columna de agua, algunas veces incluso emergiendo a la superficie del mar.
Análisis previos de la información (Estudio de 1995) del registrador de conductividad-temperatura-profundidad (CTP), mostraron que los gradientes de salinidad eran generalmente menores en el Área de Estudio, y los gradientes de densidad estaban principalmente asociados a gradientes de temperatura en la columna de agua. En los estudios de 1996, un total de 44 registradores de temperatura in situ fueron distribuidos en seis boyas, desplegadas en el Área de Estudio. Tres de estas posiciones habían sido seleccionadas anteriormente como sitios potenciales de término de una emisor. Los sensores midieron temperaturas de agua a intervalos de 2 m, a profundidades desde 9 hasta 25 m, y a intervalos de 5 m, a profundidades mayores (máxima profundidad = 55 m). Las temperaturas del agua fueron medidas y registradas a intervalos de 10 minutos en el período entre Enero y Mayo de 1996.
El análisis de la información de temperatura recogida de los conjuntos de boyas, mostró que existían gradientes de temperatura (y por tanto, gradientes de densidad) en la columna de agua a través del período de medición. El grado de esta estratificación varió substancialmente, en períodos de tiempo que fluctúan desde las horas hasta los meses. Las diferencias sinópticas de temperatura entre profundidades de 11 y 55 m fluctuaron entre 0.100 y 6.450 oC; entre 21 y 55 m de profundidad, las diferencias de temperatura fluctuaron entre los 2.650 y 0.025 oC.
La Tabla 6 resume las principales temperaturas medias a profundidades de 10 y 40 m en la Estación CM-2, situada cerca al punto probable de Término del emisor.
Tabla 6: Temperaturas Promedio del Agua en la Estación CM-2, 1995-1996

Temperatura Promedio del Agua (oC) a la Profundidad Indicada
Período de Estudio
10 m
40 m
1995


Mayo 27
15.0
14.7
Julio 25
15.3
14.6
Agosto 2
14.9
14.5
Octubre 6
14.2
14.0
1996


Febrero
14.1
13.8
Marzo
14.7
14.2
Abril
15.4
14.8
Mayo
14.9
14.4

Como podría esperarse, hubo una reducción general en la estratificación total entre las profundidades de 9 hasta 55 m, con la progresión desde mediados del Verano hasta fines del Otoño. Parte de esta reducción estaba asociada con el enfriamiento de los 10 a 15 m superiores de la columna de agua. Sin embargo, la mayoría de la reducción estaba asociada con un incremento general en la temperatura en la porción inferior de la columna de agua. Estos cambios estacionales fueron disimulados con frecuencia por variaciones de corto plazo (de horas a unos pocos días) en la estructura de temperatura de la columna de agua.
Las fluctuaciones observadas en los gradientes de temperatura, sugieren que pueden ocurrir variaciones significativas en la dilución inicial alcanzada por un sistema de emisor y en la profundidad incial del campo de desecho. Adicionalmente, los movimientos verticales de las isotermas asociados con estas fluctuaciones, indican que una vez formado, el campo de desecho puede moverse arriba y abajo en la columna de agua, siguiendo superficies de densidad constante, a medida que las aguas residuales son alejadas del emisor por las corrientes oceánicas. Estas excursiones verticales pueden exceder en ocaciones los 10 m.
3.1.4 Investigaciones de la Calidad del Agua
En la Primavera de 1996 y Verano de 1997, se efectuó un extenso estudio de calidad del agua en el mar frente Lima. Se recogieron muestras en 58 estaciones, donde las profundidades del agua variaban hasta los 65 m. En total, cerca de 8000 muestras de agua de mar fueron recogidas y analizadas (Referencia 6). Los siguientes parámetros fueron analizados:
Parámetros Físicos:
· Temperatura
· Salinidad
· Transparencia
· pH
Parámetros Químicos:
· Oxígeno disuelto (en la columna de agua)
· Fosfatos (en la columna de agua)
· Sulfatos (en la columna de agua)
· Hidrocarburos (en los sedimentos)
· Metales pesados (en los sedimentos)
Parámetros Biológicos:
· Coliformes totales
· Coliformes fecales
· Salmonelas
· Vibrio Cólera
· Fitoplancton
· Zooplancton
El estudio reveló las siguientes condiciones:
· Las temperaturas del agua superficial variaban desde 16.6 hasta 22.5 oC. La salinidad superficial fluctuaba entre 34.75 y 34.90 partes por millar.
· Los sólidos suspendidos en la mitad de la Bahía de Miraflores mostraron valores de hasta 34 mg/l. En comparación, el agua de mar típica tiene un nivel de sólidos suspendidos de cerca de 20 mg/l. La transparencia del agua estuvo por debajo de lo normal en todas las áreas costeras, con la transparencia más baja de 0.3 m (según medición obtenida usando un disco Secchi) cerca de puntos de descarga principales de La Chira y Comas. Esta condición afecta seriamente la producción primaria de fitoplancton y puede tener consecuencias adversas para la vida marina en general.
· Las concentraciones de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), fluctuaron entre 1.7 y 1.9 mg/l, lo cual es más alto que lo encontrado típicamente en agua de mar no contaminada, y es indicativo de ingresos externos de materia orgánica del desagüe.
· Las concentraciones de oxígeno disuelto superficial fluctuaron entre 1.4 y 8.3 mg/l.
· Cerca de las desembocaduras de los ríos, se registraron valores de pH tan altos como 10.27, lo cual es hostil para la vida marina.
· Las concentraciones superficiales de fosfato fluctuaron entre 0.53 y 11.8 µg-at/l, mientras que el nitrato alcanzó 6.55 µg-at/l. El azufre fluctuó entre 0.27 y 22.8 µg-at/l.
· La materia orgánica en los sedimentos fluctuó entre 1.38 y 14.4%.
· Fueron encontrados altos niveles de cobre, plomo y mercurio a través de toda la porción norte del Área de Estudio, particularmente en los sedimentos. El cobre fue medido en niveles de hasta 230 mg/kg, y los hidrocarburos alcanzaron hasta 26.2 mg/kg de peso seco.
De particular interés son los resultados de análisis de coliformes totales y coliformes fecales en las aguas superficiales frente a Lima. La información, resumida en las Tablas 7 y 8, e ilustrada en las Figuras 3 y 4, revela que se encontraron niveles particularmente altos de coliformes junto a las desembocaduras del Río Rímac y en Punta La Chira.
3.2 Metas Ambientales
Las normas propuestas para el diseño de la PTAR (Planta de Tratamiento de Aguas Residuales) y Emisor de Lima Norte, son recomendadas en el Estudio de Prefactibilidad (referencias 5 y 15). Las recomendaciones, hechas después de detallados análisis de las normas existentes (incluidas las de Perú, entre otros países Latinoamericanos, los Estados Unidos, la Unión Europea, y la Organización Mundial de la Salud), fueron revisadas y aceptadas por SEDAPAL, el Banco Mundial, y una junta de evaluación de expertos internacionales reunidos por el Banco Mundial en Washington D.C. en Mayo de 1996. Los informes anotados arriba, proveen la justificación y bases para las normas recomendadas, las cuales cumplirán o superarán las Normas Peruanas actuales.
3.2.1 Sólidos Sedimentables (Precipitables)
La norma recomendada para deposición de sólidos sobre el lecho marino es como sigue:
Los sólidos sedimentables no deben acumularse sobre el lecho marino a una tasa que exceda los 0.5 kg/cm2 * año fuera de la zona de dilución inicial.
La zona de dilución inicial se define como el área centrada en el difusor, que tiene la misma longitud que el difusor y un ancho igual al doble de la profundidad del agua. Asumiendo que los sólidos sedimentables del desagüe están compuestos en un 75% por material orgánico y en un 25% por sólidos inertes (arena gruesa), la tasa de acumulación de 0.5 kg/cm2 * año corresponde a 1 cm por 30 años, asumiendo que no hay descomposición de la materia orgánica. En realidad, la porción orgánica sí se descompone, dejando esencialmente sólo la porción inerte. La tasa de deposición de 0.5 kg/cm2 * año es comparable al fenómeno de sedimentación natural que ocurre en el lecho marino.
3.2.2 Bacterias de Coliformes Fecales
En el estudio de prefactibilidad, el estándar recomendado de coliformes fecales fue como sigue:
La concentración de bacterias de coliformes fecales resultante de la descarga de aguas servidas, no debería ser mayor a 1000 MPN/100 en más de un 10 por ciento de las muestras tomadas en puntos alejados 500 m de la costa.
Esta norma es más restrictiva que la actual norma peruana para aguas de clase IV, la cual permite concentraciones de bacterias de coliformes fecales por encima de los 1000 MPN/100 ml en menos del 20 por ciento de las muestras tomadas en la playa. En áreas de recolección de mariscos, la Organización Mundial de la Salud recomienda que las concentraciones de coliformes fecales deberían limitarse a 10 MPN/100 ml en por lo menos 80 por ciento de las muestras, con una concentración máxima de 1000 MPN/100 ml en cualquier muestra.
La Tabla 9 resume las normas de coliformes fecales, incluyendo las normas peruanas existentes, las normas recomendadas en el Estudio de Factibilidad y las normas que podrían ser adoptadas en un futuro en el Perú. La Tabla 9 además identifica las normas utilizadas en la Sección 6 de este enforme.

Figura 4Distribución espacial de coliformes fecales en las aguas superficiales del Océano Pacífico durante la Primavera de 1996, expresada en MPN/100 ml.
Nota: Valores en MPN/100 ml

Tabla 9: Normas de Calidad del Agua para Coliformes Fecales
Norma
Recreación por Contacto
Cultivo de Mariscos
Perú (actual)
1000 NMP/100 ml (80%)
200 NMP/100 ml (80%)


1000 NMP/100 ml (máximo)
Perú (propuesta del Estudio de Prefactibilidad)
1000 NMP/100 ml (90%) (medidas a 500 m de la orilla)
-
Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, Japón y algunos Países de Sudamérica
200 NMP/100 ml (medio)
400 NMP/100 ml (medio en 7-días)
14 NMP/100 ml (medio)
43 NMP/100 ml (90%)
Organización Mundial de la Salud
-
10 NMP/100 ml (80%)100 NMP/100 ml (máximo)
Clave:

Usado para evaluar el cumplimiento de las alternativas con las normas actuales

Usado para evaluar el cumplimiento de las alternativas con las futuras normas
3.2.3 Oxígeno Disuelto y Demanda Bioquímica de Oxígeno
La norma recomendada para oxígeno disuelto y demanda bioquímica de oxígeno es:
La concentración de oxígeno disuelto debe mantenerse dentro de 1 mg/l del nivel ambiente.
Si, por ejemplo, la concentración de oxígeno disuelto en el agua cercana (pero no afectada por el emisor), es de 10 mg/l, entonces el nivel de oxígeno disuelto en la zona inicial de mezcla (en o cerca de la superficie) no debe ser menor de 9 mg/l. Con un emisor marino debidamente diseñado, esta norma puede cumplirse fácilmente.
No existe una norma recomendada explícita para demanda bioquímica de oxígeno, porque no debe haber problema con un sistema de emisor y difusor debidamente diseñados. Por ejemplo, consideremos una descarga de desagüe con una concentración de demanda bioquímica de oxígeno de 300 mg/l. Si la mínima dilución inicial del sistema de emisor/difusor es 150, la concentración de demanda bioquímica de oxígeno resultante al borde de la zona de dilución inicial, será 2 mg/l. Ésta no es suficiente para reducir significativamente la concentración de oxígeno disuelto.
3.2.4 Materiales Flotantes
La norma recomendada para materiales flotantes es como sigue:
No debe descargarse materiales flotantes visibles.
Existen varias razones para esta norma. La principal es que tales materiales permanecen en la superficie del agua después de la descarga y pueden ser rápidamente llevados por el viento hacia la playa. Esto ocasiona un severo problema de estética. Además, las bacterias tienden a acumularse en las superficies de los sólidos, incluyendo materiales flotantes (aceites y grasa).
3.2.5 Materiales Tóxicos
Los objetivos de calidad del agua están definidos en las normas peruanas para protección recreacional y ambiental (aguas Clase VI) y para recolección de mariscos (aguas Clase V). Dada la calidad anticipada de las Aguas Residuales peruanas sin tratar y la calidad esperada del efluente para un rango de alternativas de tratamiento, es posible estimar la tasa de dilución inicial requerida para alcanzar los objetivos prescritos de calidad de agua para materiales tóxicos. La siguiente ecuación puede ser usada para estimar la dilución inicial requerida:
Dm = (Ce - Co ) / (Co - Cs)
Donde:
Dm = mínima dilución inicial requerida
Ce = concentración de los componentes del efluente
Co = objetivo de calidad de agua para el componente, a alcanzarse al término de la
dilución inicial
Cs = concentración del componente en el agua marina circundante
Basados en esta relación, se desarrollaron las Tablas 10, 11 y 12 para mostrar la dilución inicial estimada para el efluente peruano, requerida para cumplir las normas Peruana y Californiana de agua receptora. Las tres tablas están basadas en las características de Aguas Residuales crudas y tratadas resumidas en la Tabla 13. En cada caso, un sistema convencional de emisor y difusor sería capaz de cumplir las normas Peruana y Californiana para metales pesados en el agua receptora.
3.3 Emisores Submarinos Alternativos
3.3.1 Criterios de Diseño y Desempeño
3.3.1.1 Vida Útil
Aunque muchos emisores existentes fueron originalmente destinados para una vida de 50 años de servicio, sobre la base de la experiencia consideramos que una vida de 75 años de servicio es una expectativa razonable para un emisor moderno, bien diseñado y construido. Por lo tanto, el sistema de emisor se diseñará para proporcionar una vida económica útil de 75 años.
3.3.1.2 Características de las Aguas Residuales
Las concentraciones de diseño para las Aguas Residuales sin tratar y para las tratadas se presentan en las Tablas 4 y 13.
3.3.1.3 Difusores
Para maximizar la mezcla del efluente con grandes volúmenes de agua ambiente, un terminal de tubería especial, comúnmente conocido como “difusor”, se instala típicamente al extremo de un emisor. La finalidad de los difusores es dispersar el efluente y facilitar el mezclado posterior. El difusor es un múltiple, cerrado en un extremo, y con agujeros especialmente diseñados en toda su longitud. La dimensión de los agujeros varía típicamente para compensar los cambios de presión, y proporcionar una descarga uniforme a lo largo del difusor. Con una presión casi uniforme a lo largo del difusor, se logran flujos casi iguales por los agujeros. Los chorros que salen de los agujeros crean un penacho turbulento, que se eleva hacia la superficie del agua bajo el efecto combinado de la flotación y la energía cinética del chorro. A medida que el penacho sube, se mezcla con el agua de mar circundante que es atraída hacia el penacho y diluye el efluente.

Notas:
1. Las eficiencias de remoción para BOD y coliformes fecales son de acuerdo a la Referencia 9.
2. Los Porcentajes de remoción para otros componentes mediante el tratamiento primario y secundario, han sido tomados de la Referencia 10.
3. Las eficiencias de remoción para el cribado se basan en estimados desarrollados específicamente para este proyecto basándose en literatura no publicada.
4. La concentración promedio de TSS en el afluente es el valor estimado para el año 2024, que considera los incrementos más grandes de flujo proyectados de las cuencas con las concentraciones más bajas de TSS.
Para este proyecto, se ha propuesto un sistema difusor en “Y” que consiste en dos brazos separados dispuestos en un arreglo de “Y”. Este arreglo permite una eficiente dilución inicial, y una operación y mantenimiento más flexibles que otras configuraciones de descarga, así como menores pérdidas de presión en el difusor.
Desde el punto de vista hidráulico, el difusor debe diseñarse para evitar pérdidas de presión excesivas en los períodos de alto flujo. Para evitar la sedimentación de sólidos en el difusor, debe reducirse el diámetro de tubería a lo largo de su longitud para compensar la reducción del flujo. Esto asegurará que no se llegue al umbral de sedimentación.
3.3.1.4 Dilución Inicial
Como el efluente que sale del agujero es menos denso que el agua de mar, sube a la superficie y se mezcla con el agua circundante. En muchos emisores, el efluente en realidad nunca llega a la superficie, al haberse mezclado eficazmente con aguas receptoras densas y profundas, y haber alcanzado un equilibrio de densidad a una profundidad intermedia.
Los parámetros que afectan la dilución inicial incluyen los siguientes, de los cuales los siete primeros están bajo el control del diseñador:
· Número de agujeros del difusor y tasa de flujo de la unidad difusora
· Diámetro de agujeros
· Separación de agujeros
· Profundidad del difusor
· Orientación de los choros del difusor
· Velocidad de chorros
· Geometría del difusor, y su orientación respecto a las corrientes marinas predominantes
· Densidad de la masa de agua con relación a las Aguas Residuales
· Variaciones en la densidad del agua receptora por la profundidad y la estación
Por regla general, los difusores bien diseñados pueden lograr una dilución mínima inicial de 100:1. Sobre la base de la evaluación preliminar realizada para el Estudio de Prefactibilidad, la dilución inicial promedio para descargas de Aguas Residuales al ambiente marino mediante un emisor de 8 km, sería por lo menos de 250:1.
3.3.1.5 Desempeño Hidráulico
Los emisores deben diseñarse para funcionar adecuadamente con la mínima presión hidráulica disponible a la entrada del emisor, la máxima marea prevista, y la presión de densidad asociada a la descarga de desagüe tratado – el cual tiene una densidad similar a la del agua dulce – en la profundidad del mar.
Con frecuencia hay preocupación respecto al desempeño hidráulico de un emisor en condiciones de flujos bajos extremos, momento en el cual – a menos que se tomen medidas apropiadas – algunos agujeros del difusor pueden estar descargando efluente mientras que otros están dejando entrar agua de mar al difusor. Esta situación, que es indeseable porque el agua de mar puede contener apreciables cantidades de sedimentos y vida acuática, puede evitarse. Si se esperan aumentos de flujo sustanciales durante la vida de un emisor, generalmente es posible cerrar algunos agujeros al comienzo de la operación, para asegurar el funcionamiento adecuado durante los flujos bajos.
3.3.1.6 Otras Consideraciones del Diseño
El emisor debe ser diseñado para ajustarse a lo siguiente:
· Movimientos sísmicos previstos durante la vida útil, incluyendo el movimiento relacionado con el desplazamiento de fallas, con la licuefacción y el asentamiento diferencial asociado, con la distribución lateral (movimiento cuesta abajo), asentamiento de consolidación.
· Variaciones hidráulicas transitorias
· Requisitos de presión interna y externa
· Sustentación y resistencia inducidas por las olas, incluyendo la licuefacción inducida por las olas
· Fuerzas de empuje en los cambios de dirección y diámetro
· Corrosión en el ambiente marino
3.3.2 Ubicación del Emisor
El emisor estará ubicado en la Playa Oquendo, al norte del Callao (véase la Figura 1).
3.3.3 Alternativas de modelamiento
Las alternativas para el emisor varían desde un emisor pequeño, de 3 kilómetros de longitud, que descargue a una profundidad de agua de unos 10 metros, hasta un gran emisor, de 8 kilómetros de longitud, que descargue a una profundidad de agua de aproximadamente 50 metros.
3.4 Consideraciones geotécnicas del emisor
3.4.1 Estudio geotécnico marino de 1999
Se realizaron investigaciones de reconocimiento del sitio tanto en la zona sublitoral externa como tierra adentro para apoyar la evaluación de las alternativas de emisores submarinos. Las investigaciones tierra adentro consistieron en una perforación avanzada hasta una profundidad de 210 metros por debajo del nivel del mar; se extrajeron materiales subsuperficiales en núcleos de este barreno y se llevaron a cabo pruebas de permeabilidad en el sitio. En las investigaciones en la zona sublitoral externa, se realizaron estudios marinos usando sondeos ultrasónicos, perfiles del fondo submarino, reflexión sísmica, sonar de barrido lateral, magnetómetros marinos y navegación de precisión, todos los cuales estuvieron enlazados a un sistema de posicionamiento geográfico diferencial. Asimismo, se recolectaron muestras de la superficie del fondo marino.
3.4.2 Evaluación geotécnica de los emisores convencionales y tipo túnel
Se preparó un informe (Referencia 7) que presentaba los resultados objetivos e interpretativos de las investigaciones geotécnicas sobre el emisor. El informe presentaba un resumen del entorno geológico y una revisión de los peligros sísmicos del lugar. Entre los principales hallazgos consignados en el informe relacionados con la tubería del fondo marino se incluyen los siguientes:
· Los sedimentos marinos sueltos encontrados entre 2.5 y 4 kilómetros de la zona sublitoral externa pueden ser susceptibles al asentamiento inducido por la licuefacción y necesitar pilotes de apoyo o juntas limitadas para permitir una tubería que corra por el fondo marino. El asentamiento debido a la consolidación puede ser del orden de 0.5 a 3 por ciento del espesor de la zona licueficada, dependiendo de la densidad inicial del suelo y la duración de la sacudida.
· Las excavaciones temporales en arcillas orgánicas pueden presentar dificultades para las construcciones que necesiten pendientes de corte relativamente planas (10° a 15° o más planas).
· A pesar del efecto protector de la Isla San Lorenzo, la construcción de una tubería en el fondo marino en la zona de rompientes requerirá estructuras y equipos provisionales especiales, incluyendo un armazón sobre pilotes, un tablestacado, barcazas autoelevables, grúas y equipos de dragado.
Con respecto a un túnel submarino, el informe geotécnico presentó los siguientes alcances:
· Un eje de caída vertical implicaría importantes retos para la construcción con respecto a la deshidratación y excavación.
· Se espera que las condiciones geológicas profundas en la zona sublitoral externa sean complejas. La superficie de la roca madre de la zona sublitoral externa puede estar cubierta por una secuencia gruesa de formación de Cascajo, un depósito aluvial local compuesto por arena, grava, guijarros y canto rodado. El contacto geológico entre la formación de Cascajo y la roca madre subyacente puede presentar profundas incisiones, o estar cortado por numerosas fallas, e incluir fallas volcánicas y una zona climática irregular. Puede haber una importante irregularidad en la parte superior de la masa de roca que está en contacto con la formación de Cascajo.
· El túnel puede encontrar zonas con fracturas o rocas débiles asociadas con diversas fallas de gran buzamiento que están cartografiadas a través del Cerro Chillón, que podrían proporcionar avenidas para los flujos entrantes de agua freática.
· Sería necesario un programa de sondeo en la zona sublitoral externa para planificar y diseñar un emisor tipo túnel en la zona sublitoral externa.
Basándose en estos hallazgos, la factibilidad de un emisor tipo túnel está en duda a falta de un programa integral de investigación geotécnica y geofísica. Para los fines de este informe, se hace énfasis en una tubería submarina convencional, que no presenta tales limitaciones graves.
3.5 Costos del emisor submarino
3.5.1 Base para el cálculo del costo
Los cálculos de los costos del emisor oceánico se desarrollaron para emisores con una longitud entre 2 y 8 kilómetros. Se desarrollaron estimaciones de costos sobre la base de los costos prevalecientes en 1999 para las construcciones en la zona sublitoral externa por parte de contratistas especializados expatriados. Para cada alternativa se desarrollaron estimaciones de costos para las siguientes zonas de construcción:
· Zona de rompientes. En la zona de rompientes (desde la línea litoral hasta 0.3 kilómetros de la orilla), se levantaría una estructura de soporte provisional para alojar la construcción del emisor. La estructura de soporte estaría montada sobre una tablestaca doble que ingrese hasta el lecho marino. La tablestaca se retiraría luego de la instalación de la tubería y la colocación de la protección de blindaje sobre la parte superior de la tubería. El emisor estaría totalmente enterrado en este tramo para protegerlo contra el rompimiento de las olas.
· Zona próxima a la orilla. En la zona cercana a la orilla (desde el final de la estructura de soporte hasta una distancia de aproximadamente 2.6 kilómetros de la línea de la orilla), se excavaría una zanja de modo que luego de colocar la solera de fondo, la tubería, la piedra machacada y de recubrimiento, la parte superior de la piedra de recubrimiento esté al ras con el lecho marino.
· Zona Sublitoral Externa. En la zona sublitoral externa (desde una distancia de 2.6 kilómetros de la orilla hasta la estructura en forma de horquilla de los difusores), la tubería se colocaría en una zanja excavada. La sección transversal de la piedra machacada y de recubrimiento encima de la parte superior de la tubería no estaría a más de 2 metros por encima del lecho marino. La longitud del tambor principal en la zona sublitoral externa variaría según las alternativas conforme se indica en la Tabla 14. Se proporcionaría protección contra la sedimentación relacionada con la licuefacción, usando conectores de doble campana y tuberías de acero especial, entre 2.8 y 3.8 kilómetros de la orilla.
· Difusores. Los difusores estarían parcialmente enterrados en una zanja excavada y protegidos con piedra machacada y de recubrimiento. Para emisores submarinos de 3 a 5 kilómetros de longitud, los difusores tendrán 3.1 kilómetros de largo, con diámetros que varían entre 1.2 y 2.7 metros. Para los emisores submarinos cuya longitud es entre 6 y 8 kilómetros, los difusores tendrán 2.3 kilómetros de longitud, con diámetros que varían entre 1.2 a 2.7 metros. Los difusores para los emisores submarinos de 3 kilómetros, debido a su ubicación dentro de una zona de sedimentación potencial, recibirían juntas especiales para permitir la sedimentación.


Tabla 14: Longitud de la Zona Sublitoral Externa para las Alternativas de Emisor Submarino
Longitud total del emisor submarino
(km.)
Longitud de la Zona Sublitoral Externa
(km.)
3
0.4
4
1.4
5
2.4
6
3.4
7
4.4
8
5.4

3.5.2 Costo de los Emisores Submarinos
La Tabla 15 resume los costos de construcción para emisores submarinos cuya longitud varía de 3 a 8 kilómetros. En cada alternativa, el costo para la construcción de la estructura de soporte a través de la zona de rompientes y el costo de la sección próxima a la orilla del tambor principal son idénticos. Los costos de construcción para la porción del tambor principal situada en la zona sublitoral externa varían en proporción a la longitud de esta sección. En forma similar, los costos del difusor varían en proporción a su longitud.
Tabla 15: Resumen de Costos del Emisor Submarino


Costos (millones de $US) para la longitud indicada del Emisor
Componentes de Costo
3 km.
4 km.
5 km.
6 km.
7 km.
8 km.
Movilización / Desmovilización en el Mar
3.6
4.4
4.4
4.4
4.4
4.4
Movilización / Desmovilización en Tierra
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
Construcción de la Estructura de Soporte:







Soporte temporal y apuntalamiento
5.7
5.7
5.7
5.7
5.7
5.7

Excavación desde la estructura de soporte
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3
0.3

Colocación de la tubería desde la estructura de soporte
2.8
2.8
2.8
2.8
2.8
2.8

Llenado con piedras desde la estructura de soporte
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
Construcción del Tambor Principal Próximo a la Orilla:







Excavación de la zanja
4.3
4.3
4.3
4.3
4.3
4.3

Colocación de la tubería
18.1
18.1
18.1
18.1
18.1
18.1

Solera de fondo, piedra machacada y de recubrimiento
17.4
17.4
17.4
17.4
17.4
17.4
Construcción del Tambor Principal en la Zona Sublitoral Externa:







Excavación de la zanja
0.2
0.9
1.5
2.2
2.8
3.5

Colocación de la tubería
4.4
17.7
25.6
33.4
41.3
49.0

Solera de fondo, piedra machacada y de recubrimiento
2.9
10.5
18.0
25.6
33.1
40.7
Difusores:







Excavación de la zanja
1.2
1.2
1.2
0.9
0.9
0.9

Colocación de la tubería
23.8
13.2
13.2
9.7
9.7
9.7

Solera de fondo, piedra machacada y de recubrimiento
9.5
9.5
9.5
7.0
7.0
7.0

Estructuras especiales
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
1.1
Total de Costos Directos
97.0
108.8
124.8
134.6
150.6
166.6
Gastos Generales del Contratista y Margen de Utilidad @ 30%
29.1
32.6
37.4
40.4
45.2
50.0
Costo Total antes de Contingencias
126.1
141.4
162.2
175.0
195.8
216.6
Contingencia al 10%
Costo Total Estimado de la Construcción
12.6
138.7
14.1
144.6
16.2
178.4
17.5
192.5
18.6
215.4
21.6
238.3
Ingeniería @ 8%
11.1
12.5
14.3
15.4
17.2
19.1
Interés durante la Construcción @ 6%
8.3
9.3
10.7
11.5
12.9
14.3
Costo Total del Proyecto
158.1
177.4
203.4
219.4
245.5
271.7








3.5.3 Análisis del Valor Actual de la Alternativa de Emisor Submarino
El análisis económico de las alternativas de emisor submarino se basa en los siguientes parámetros:
· Todos los costos están expresados en términos de precios constantes de 1999 y en Dólares de los Estados Unidos de América.
· El año base para el análisis es 1999 (es decir el año 0).
· El primer año de operación del emisor submarino será el año 2004.
· Se supone que el costo anual de operación y mantenimiento del emisor es igual al 0.5 por ciento del costo de la construcción. Los costos de operación y mantenimiento se calculan para un período de operación de 20 años (desde el año 2004 hasta el año 2023).
· El diseño de ingeniería se realizará en los años 2000 y 2001.
· La construcción del emisor submarino se efectuará en el año 2003.
· El método de amortización anual uniforme (depreciación de línea recta) se usa para determinar el valor de rescate del emisor al final del período de operación de 20 años. Se supone que el emisor submarino tendrá una vida de servicio de 75 años.
La Tabla 16 muestra los valores actuales de las alternativas de emisor submarino.