Section 4

4. Alternativas de Tratamiento de las Aguas Residuales
4.1 Sitio de la Planta de Tratamiento
4.1.1 Características del Sitio
4.1.1.1 Topografía del Sitio
Se realizó un levantamiento topográfico en el terreno propuesto para la planta de tratamiento y los alrededores. Los resultados de este levantamiento se muestran en Apéndice C, incluyendo las siguientes características del terreno:
· Curvas topográficas a intervalos de 0.25 m
· Líneas de propiedad
· Servicios existentes (cables de energía, postes de teléfono, tuberías de agua, tuberías de desagüe, tuberías de drenaje, postes de luz, señales de tránsito)
· Vías existentes y veredas
· Estructuras existentes, incluyendo edificios, paredes, pozos de agua, y servicios sobrenivel.
· Areas de relleno
La Figura C-1 muestra el terreno de la planta, y la Figura C-2 muestra el área inmediatamente al este próxima a la intersección de las Avenidas Nestor Gambeta y Elmer Faucett.
Las elevaciones del terreno de la planta fluctúan entre 3m sobre el nivel del mar (SNM) en la pared oeste del perímetro, hasta casi 7 m SNM en el este. El drenaje del terreno en la mitad sur del terreno es generalmente
4.1.1.2 Areas de Disposición
Pilas de desmonte compuestos por tierra, ladrillo, concreto, tubos y otros materiales de construcción existen a lo largo de todo el eje oeste del terreno, así como en el extremo sur del camino de tierra que va de este a oeste hacia el centro del terreno. Los desechos no aparentan ser basura doméstica u otra clase de material orgánico, sin embargo, el material debe ser propiamente identificado para asegurar que no hayan sido depositados desechos tóxicos en el terreno. Adicionalmente, se requieren investigaciones posteriores para determinar la profundidad y extensión del área de relleno. Se requerirá eliminar las pilas de desmonte antes de iniciar cualquier actividad de construcción.
Inmediatamente al este del terreno propuesto, a lo largo de la playa, existen acumulaciones significativas de escombros y desmonte similares.
4.1.1.3 Estructuras Existentes
Las estructuras existentes en el terreno consisten en lo siguiente:
· Tres estructuras abandonadas de adobe, localizadas inmediatamente al oeste del ingreso al terreno. Se requerirá la demolición de estas estructuras, previa al inicio de cualquier actividad de construcción en el terreno.
· Un pozo de agua adyacente a las tres estructuras de adobe al lado de la puerta de ingreso al terreno.
· El terreno esta cercado por un muro perimétrico de ladrillo, cuya altura varía entre 1.9 y 3.3m.
4.1.1.4 Vías Existentes
La vía de acceso al terreno es una vía angosta, no pavimentada y de aproximadamente 4 m de ancho. Para implementar una vía de construcción de doble tránsito, se requerirá de comprar terreno a lo largo de este corredor. Todas las vías del terreno son caminos de tierra. Hay un camino de tierra en el lado oeste del terreno, fuera de la propiedad del terreno y al oeste del muro perimétrico de ladrillo. El camino va en dirección norte/sur, generalmente paralelo a la playa.
4.1.1.5 Proximidad al mar y al aeropuerto
Como se muestra en la Figura 5, el terreno propuesto es adyacente al Océano Pacífico y al aeropuerto internacional. Por esta ubicación, las instalaciones de tratamiento deberán ser diseñadas y operadas previniendo la creación de molestias, o condiciones de potencial peligro, que incluyen aves dentro la trayectoria de vuelo. Las consecuencias del choque de un ave con el parabrisas de la nave, o de ingresar en un motor, pueden ser catastróficas. Los residuos sólidos deberán ser consecuentemente cuidadosamente tratados para evitar la atracción de aves al terreno, y algunas estructuras deberán ser cubiertas.
Si bien el aeropuerto internacional esta en el entorno inmediato al terreno propuesto para la planta de tratamiento, el terreno está fuera del corredor de aproximación del Sistema de Aterrizaje por Instrumentos. Este criterio definido por el Reglamento Federal de Aviación de los Estados Unidos, Parte 77, “Objetos que Afectan el Espacio Aéreo Navegable” esta siendo usado para el diseño de la nueva pista de aterrizaje (equivalente a los estándares de la organización internacional de aviación civil, que han sido adoptados por el Perú). Si el terreno estuviera dentro del corredor de aproximación a la pista de aterrizaje, la altura de las instalaciones de la planta no podrían ser mayores de 15.3 m (50 pies) sobre el nivel de la nueva pista, el cual está establecido a 10 msnm. Mientras que la altura de las estructuras de la planta no excedan los 25.3 m, no habrá conflicto con las operaciones del aeropuerto. Las instalaciones de tratamiento pueden acomodarse fácilmente a está restricción, dado que la máxima gradiente hidráulica en el centro de operaciones de la planta se calcula será de 12 msnm.
4.1.1.6 Evaluación General del Lugar
Las evaluaciones del lugar de este estudio que incluyen la topografía del lugar, condiciones geológicas locales y las proximidades de servicios (agua potable, electricidad y comunicaciones) revelaron que el lugar es muy apropiado para ubicar una instalación de tratamiento primario avanzada. Similarmente, el alineamiento del emisor (ver Sección 3) es también el ideal para la descarga del efluente de tratamiento. La única preocupación referente al lugar es el área total disponible para el tratamiento secundario (ver Seción 4.3).
4.1.2 Puntos de Conexión Sistema de Recolección
Los planes preliminares para la recolección de aguas residuales y el tratamiento al Norte de Lima fueron presentados en el Informe de Prefactibilidad preparado por Parsons ES en julio de 1996. Basado en este informe, se determinó que la capacidad de la planta de tratamiento es de 22.4 m3/s, para manejar los caudales máximos proyectados hasta el año 2024. Después de ser tratadas, las aguas residuales serán descargadas a una profundidad de 45 m bajo el nivel del mar a través de un emisor submarino de 3.65 m de diámetro y 8 Km de longitud.
Figura 5Mapa General de la Ubicación
La Figura 6 muestra el terreno del terreno en mayor detalle, incluyendo las tres tuberías de influencia propuestas (como recomendadas a SEDAPAL por la Asociación Haskening) en el terreno:
1. Interceptor Central. Hacia el este, el Interceptor Central, desagüe por gravedad de 2.4m de diámetro, está proyectada para ser construida en alineamiento oeste - noroeste hacia el centro del terreno de la planta. La construcción del interceptor en esta ubicación central tendrá implicaciones significativas en el arreglo de las instalaciones de la planta de tratamiento. La planta y perfil del interceptor propuesto, desarrollado para SEDAPAL, por la Asociación Haskoning están incluidos en la Figura 7.
2. Interceptor Sur. El Interceptor Sur, un conductor de 1.1 m de diámetro, se origina en el sur y sigue el borde oeste del terreno de la planta. Desde el punto final es bombeado a la planta de tratamiento a través de un conducto de impulsión.
3. Interceptor Norte. El Interceptor Norte, desagüe por gravedad, se origina en el norte y sigue el borde oeste del terreno de la planta.
Las tres tuberías han sido diseñadas, pero no se ha iniciado la construcción de ninguna. Los detalles disponibles de las tuberías de influencia se muestran en la Tabla 17.
Tabla 17: Conductores de Desagüe Propuestos
Tubería
Tipo
Capacidad Pico (m3/s)
Diámetro (m)
Pendiente o Gradiente Hidráulica (m/m)
Interceptor Norte
Desagüe por Gravedad

2.20
0.00810
Interceptor Central
Desagüe por gravedad
11.4
2.40
0.00214
Interceptor Sur
Línea de impulsión

1.10
-

El diseño original realizado por Association Haskening proporcionado para la estructura del colector de aguas residuales (ver Figura 8), proporcionada para la colección de todas las aguas residuales que ingresan y para la descarga de las aguas residuales no tratadas a la playa. El propósito de la estructura fue el de permitir al sistema de colección la operación de inicio previa la construcción de la planta de tratamiento de aguas residuales y del emisor submarino. Como parte del estudio, se ha propuesto un alineamiento revisado de los tres colectores a la planta de tratamiento de aguas residuales, lo que permitiría una utilización mucho más eficiente de lugar y facilitaría el diseño de la planta. Las distribuciones revisadas se muestran en la Sección 6
Bajo condiciones normales de operación, el caudal de aguas residuales no tratadas será interceptado desde los tres interceptores y dirigido al centro de operaciones de la planta de tratamiento. Para acomodar el caudal pico de 22.4 m3/s en una tubería de 8 km de longitud por 3.66 m de diámetro, la línea gradiente hidráulica en el ingreso del emisor deberá estar a 11.3 msnm. En el caudal máximo, la perdida de carga a través de la planta de tratamiento será de aproximadamente 3m, lo cual implica que la línea de gradiente hidráulica en el ingreso de la

Figura 6Cloacas maestras propuestas, Colector de Aguas Residuales y Terreno de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales
Figura 7Plano y Perfil de la cloaca maestra desde el borde del terreno de la Planta de Tratamiento a la Estructura de Recolección de Aguas Residuales
Figura 8Estructura de Recolección de Aguas Residuales
Planta de Tratamiento deberá ser de por lo menos 13.3 msnm. Dado que la elevación del terreno en la Planta es menor de 6 msnm, una estación de bombeo será requerida para elevar el agua residual lo suficiente para permitir un flujo por gravedad a través de la planta y del emisor. Este estudio contempla es uso de una cámara de rejas gruesas para proteger las bombas de turbina vertical que puedan manipular sólidos que levantará el agua residual a la requerida elevación. Una vez elevada, el agua residual será transportada, mediante un canal abierto a la planta de tratamiento.
Dos configuraciones generales para las conexiones del colector al terreno de la planta de tratamiento fueron evaluadas. El terreno sería nivelado y el proceso de tratamiento seria desarrollado de tal manera que permitiría una suficiente carga hidráulica en la estación de bombeo del efluente para flujo por gravedad a través la planta de tratamiento y el emisor baja todas las condiciones. Las dos alternativas de configuración de la planta, junto con la configuración provisional antes de la construcción de la planta y del emisor, están ilustradas esquemáticamente en la Figura 9 y son descritas a continuación:
1. Condición Provisional. La condición provisional considera la descarga de aguas servidas no tratadas en la orilla a través de la Estructura de Recolección de Aguas Residuales.
2. Configuración de Alternativa No. 1. Los flujos de la Estructura de Recolección serán conducidos por tubería una pequeña distancia hasta una Estación de Bombeo del Afluente, y luego conducidas por un una tubería de impulsión hacia el centro de operaciones localizado en el lado opuesto del terreno. El diseño de las instalaciones de tratamiento requerirá de la provisión de suficiente espacio para las tuberías dentro de la planta. Se harán provisiones en el diseño de la Estructura de Recolección de Aguas Residuales para acomodar la derivación del flujo para la Estación de Bombeo del Afluente.
3. Configuración de Alternativa No. 2. Los flujos de las tres tuberías de llegada serán derivados inmediatamente al llegar a los límites de la planta. Sujeto a confirmación de la hidráulica, los caudales serán derivados al lado este del terreno donde se construirá la Estación de Elevación del Afluente. Nuevamente el diagrama de la instalación de tratamiento tendrá que acomodar las tuberías dentro de la planta. Si esta alternativa es adoptada, será también prudente el incorporar estructuras de control y stub-outs en las tuberías de llegada para evitar la costosa necesidad de reparar las estructuras de derivación.
Los detalles de conexión a ser adoptados dependerán de los requerimientos hidráulicos del proceso de tratamiento y de las configuraciones espaciales. Basado en los resultados de la evaluación del proceso de tratamiento, en el movimiento de tierras requerido, y en los requerimientos espaciales para la planta, configuraciones alternativas para la planta son presentadas en la Sección 4.2.
4.1.3 Servicios existentes en el terreno
4.1.3.1 Servicios dentro del terreno
No existen servicios dentro del terreno.
Figura 9Alternativas de Configuración de la Planta
4.1.3.2 Servicios fuera del terreno
Los servicios existentes en los alrededores del terreno propuesto se muestran en la Figura C-2. Los servicios incluyen tuberías de desagüe, cableado aéreo de teléfono, tuberías de agua potable, cableado de energía eléctrica (aéreo y bajo tierra), y señales de tránsito.
Se contará con energía disponible en el terreno a través de la extensión de la línea de 10 kv., como se muestra en la Figura C-2 sobre los 50 m al este de la Avenida Nestor Gambeta y aproximadamente 350 m al norte de la intersección de la vía de acceso al terreno. Separadamente, se requerirá una fuente de energía similar como reserva, o de otra manera, se puede proveer de energía auxiliar a través de generadores de motor diesel.
Como se muestra en la Figura C-2, en el lado oeste de la Avenida Nestor Gambeta se localiza una tubería de agua potable de 10 pulgadas de diámetro. A pesar de que la capacidad de esta tubería no ha sido confirmada, es probable que esta tubería pueda abastecer toda el agua potable requerida en el terreno propuesto.
4.1.4 Investigaciones Geotecnicas Hacia la Tierra
Moriya Consultores condujo una investigación geotécnica en el terreno del proyecto (Referencia 8). El reporte provee información preliminar referente a los siguientes temas:
· Geomorfología y geología regional
· Sismicidad Regional
· Investigaciones de campo y de laboratorio
· Estratografía del terreno
· Capacidad portante para cimentación continua y rectangular
· Estimados de asentamiento elástico
· Coeficientes de presión lateral de la tierra
A continuación se muestran las conclusiones más significativas del informe geotécnico:
· El terreno propuesto para la planta de tratamiento esta localizado en un área aluvial, en el espacio en el intermedio entre los ríos Chillón y Rímac. Debido al origen de las formaciones de tierra, los suelos son típicamente heterogéneos.
· El terreno propuesto está localizado en una zona de actividad sísmica, con una historia de aceleraciones hasta de 0.25 g. Para propósitos de diseño se recomienda usar una aceleración de 0.50 g.
· Los suelos varían entre arcillas de baja plasticidad, limos sin plasticidad, arenas limosas y arenas limpias, hasta gravas mal graduadas. Los materiales predominantes en el suelo del terreno son granulares y arenosos.
· No se encontró agua subterránea en 3 m de profundidad de excavación.
· Las presiones laterales de tierra para el diseño deben ser calculadas usando los siguientes parámetros:
· El coeficiente de presión de tierra activo, Ka, es igual a 0.45.
· El coeficiente de presión de tierra en el resto, Ko, es igual a 0.55.
· El coeficiente de presión lateral pasivo en el resto, Kp, es igual a 1.80.
· La capacidad portante permisible para estructuras con una cimentación continua de 2 m bajo el nivel del terreno será de aproximadamente 1.80 kg/cm2. Para estructuras con 2 m de profundidad de cimentación, la capacidad portante permisible es de 2.50 kg/cm2. El asentamiento estimado usando estos parámetros estará dentro de los límites admisibles.
· Dada la proximidad al océano del terreno propuesto, el concreto debe estar adecuadamente protegido contra suelos agresivos.
· Los perfiles estratográficos en el terreno indican variaciones significantes. Se requerirá de estudios adicionales en el terreno para definir las características, variabilidad, y profundidad de finos, suelos compresibles y establecer con mayor certeza las capacidades portantes admisibles.
· Basados en nuestra revisión del estudio geotécnico, creemos que se requerirán de investigaciones adicionales para obtener un completo entendimiento de la geología local. Aparte de esta observación, creemos que desde una perspectiva geológica, el terreno es adecuado para la construcción de una instalación para el tratamiento de aguas residuales.
4.2 Procesos Alternativos de Tratamiento de Aguas Residuales
4.2.1 Criterios de Diseño
Los criterios de diseño para las alternativas de procesos de tratamiento, incluyen caudales, características de aguas residuales y los índices básicos de carga en cada unidad de procesos. Los caudales fueron determinados durante del estudio de prefactibilidad por mediciones de campo de los principales colectores y emisores que estarán conectados a la instalación propuesta. Las características de aguas residuales están presentadas en la Tabla 4.
Los índices de carga para los procesos unitarios están basados en prácticas actuales de tratamiento de aguas residuales obtenidas desde la literatura técnica. Las cargas relacionadas al proceso de diseño (por ejemplo, carga en la superficie del clarificador) están basadas en el caudal promedio. Los criterios de diseño para unidades comunes a todas las alternativas de tratamiento están listados en la Tabla 18. Los criterios usados para el desarrollo de las alternativas de tratamiento se muestran en las secciones en las que se describe dichas alternativas.
4.2.2 Tratamiento Preliminar
Tratamiento preliminar involucra el uso de militamices, conocidos también como rejas finas, que están diseñados para reemplazar a los clarificadores primarios donde las unidades de proceso o puntos de descarga corriente abajo puedan aceptar un grado menor de tratamiento. Típicamente, los militamices removerán aproximadamente la mitad de lo removido con clarificadores primarios. La hipótesis en el diseño preliminar de instalaciones con militamices es que el 25 por ciento de la remoción de los SST será obtenido por las rejas.
El diagrama del terreno, diagrama de flujo del proceso, y los detalles de la planta se muestran en las figuras 10, 11 y 12 respectivamente.
Tabla 18: Criterios de Diseño Comunes a todos los Procesos de Tratamiento
Parámetro
Criterio
Valor
Unidad

Caudal
Promedio
14.9
m3/s


Máximo Horario
22.4
m3/s

Parámetros de Calidad de Agua
Demanda Bioquímica de oxígeno
230
mg/l


Sólidos Suspendidos Totales
280
mg/l


Nitrógeno Kjeldahl Total (como N)
44
mg/l


Amonio (como N)
25
mg/l


Temperatura
20
°C


Fósforo Total (como P)
9
mg/l


Obras de Cabecera
Velocidad de aproximación para tuberías de gran diámetro
2
m/s

Rejas Gruesas
Ancho de abertura
25
Mm


Velocidad de Aproximación del flujo
1
m/s


Volumen de sólidos
28
m3/d

Los ingresos, los cuales son similares para cada una de las alternativas estudiadas en este reporte, consisten de una estructura de derivación desde los colectores. Los ingresos serán diseñados para hacer un bypass de la planta de tratamiento en caso de emergencias extremas.
Los diagramas flujo del proceso siguen las prácticas industriales estándar con rejas gruesas, 25 mm de abertura, delante de las rejas finas. Las rejas gruesas prevendrán del ingreso de objetos grandes en las bombas de cloración principales y son esperadas de remover 28 m3/dia de material. Las bombas elevadoras principales son bombas turbinas verticales que pueden manejar sólidos. Cada bomba descarga independientemente a un canal de recolección-distribución. No son necesarias válvulas check, de pie o de apagado. Siete de las catorce bombas estarán a una velocidad constante de 580 RPM, con una carga dinámica total nominal de 14 m. Las siete bombas restantes tendrán dispositivos de frecuencias variables para mantener un nivel constante en la estación de bombeo del pozo seco.
El agua residual es elevada a un canal de distribución el cual alimenta a 32 rejas. En periodos de caudal pico, estarán en operación 28 maquinas y 4 stand by. El canal de distribución tiene un borde libre nominal de 2-metros sobre la máxima profundidad de operación y será diseñado para hacer un bypass directamente al pozo seco de descarga.
Figura 10 – Planta General, Planta de Tamices
Figura 11 – Diagrama de Flujo del Proceso, Planta de Tamices
Figura 12 – Detalles y Perfil Hidráulico, Planta de Tamices
Las unidades de tamices están alimentadas a través de tuberías de 750-mm con válvulas de aislamiento de mariposa. El caudal es distribuido en el barril de la rejilla por dos vertederos internos montados en la caja de ingreso. Los barriles giran a 5 r.p.m. El agua residual pasa a través de aberturas de 1-mm entre los alambres y cae dentro del pozo húmedo de descarga. El pozo húmedo descarga en el área de tierra del emisor submarino. El nivel de líquido en el pozo húmedo se elevará y caerá con las mareas y variaciones del caudal que ingresa a la planta.
Los sólidos que son extraídos de las aguas residuales a través de las rejas son llevados a la salida del barril por paletas helicoidales colocadas en el perímetro interior del barril. El barril de rejas, el dispositivo de cadena, líquidos y sólidos están cubiertos con una cubierta de acero inoxidable y puertas de acceso
Dos barras rociadoras, una al interior y una al exterior del barril, están conectadas a un abastecimiento de agua de rocío a 2.8 bars de presión. Las barras rociadoras son operadas intermitentemente para limpiar las rejas del material atascado. Los alambres de las rejas son colocados para asegurar que el material que empieza a ingresar en el tamiz pueda continuar moviéndose a través de los alambres de los tamices. La caja de ingreso tiene un tapón en la base de modo que cualquier material sedimentado en la caja pueda ser retirado por los operadores de la planta. La operación de las barras rociadoras y la limpieza de la caja de ingreso son labores de mantenimiento diarias. Un abastecimiento adecuado de agua para la limpieza de las barras rociadoras requeridas.
El material retenido en la reja es descargado a través de una caída a una faja transportadora que moviliza el material a los contenedores. El material retenido está estimado en un promedio de 165m3/dia en el año 2024. El material retenido será depositado en rellenos sanitarios o incinerado.
Los criterios de diseño se resumen en la Tabla 19.
Tabla 19 Criterios de Diseño para Militamices
Parámetro
Valor
Unidades
Abertura entre alambres
1
mm
Indice de carga
21
L/s•m2
Volumen de retención de alambres finos
59,800
m3/yr
Eliminación de Sólidos
70
mg/L

4.2.3 Tratamiento Primario y Tratamiento Primario Avanzado
El tratamiento primario consiste de rejas gruesas en el ingreso, bombas elevadoras, remoción de arenas aireadas, cuencas de sedimentación, digestores de lodo, recuperación de energía, y deshidratación de lodos. El tratamiento primario avanzado incluye el uso de un coagulante, usualmente cloruro férrico, para aumentar la captura de sólidos y demanda bioquímica de oxígeno adicionales en los clarificadores. De otro modo, una planta primaria avanzada es idéntica a una planta primaria. El setenta y cinco por ciento de la remoción de sólidos suspendidos son típicos de un tratamiento primario mejorado. Un tratamiento primario mejorado, con cloruro férrico, tiene una ventaja adicional en que el sulfuro de hidrogeno en el gas de digestión puede ser reducido la niveles tolerables por el motor.
La figura 13 muestra el esquema del terreno para la planta de tratamiento primaria. El diagrama de proceso para ambos procesos se muestra en la figura 14, y la figura 15 muestra el perfil hidráulico, el cual es el mismo para ambos procesos. Los criterios de diseño usados para la alternativa de tratamiento primario son resumidos en la tabla 20.
Las rejas gruesas y bombas elevadoras están descritos en la sección 4.2.2. Las bombas descargan a un canal colector que conecta a los tanques desarenadores aireados.
Tabla 20: Criterios de Diseño para el Tratamiento Primario
Procesos Unitarios
Parámetro
Valor
Unidades
Desarenadores Aireadas
Tiempo mínimo de retención
3.4
Minutos

Indice de aire
26
L/min•m
Clarificadores Primarios
Indice de carga en la superficie
40
m/d

Tiempo de retención hidráulica
3
Horas

Indice de carga del vertedero
890
L/min•m
Adición Química
Cloruro férrico (como Fe3+)
5
mg/L
Lodos Primarios
Producción
180,200
kg/d

Contenido de Sólidos
4
%
Lodos Primarios Avanzados
Producción
296,100
kg/d

Contenido de Sólidos
4
%

Los dos desarenadores aireados tienen un tiempo de retención hidráulica de 3.4 minutos y están aireados a lo largo de la pared de división central. Los difusores de burbuja gruesa, generan una corriente de remolino en el tanque. La arena se asienta en la base del tanque y es arrastrada a la pared divisoria. La arena es cargada por colectores de paleta y de cadena al punto final de descarga del tanque donde es bombeada a un limpiador-clasificador. La bomba centrifuga de arenas tiene un impulsor en receso duro. La materia orgánica permanece en suspensión a través del desarenador y es descargada en los clarificadores primarios. Los desarenadores aireados tienen tres ventajas sobre otros sistemas de eliminación de arenas, el agua residual es aireada, la eliminación de aceites y grasas es más intensa, y las unidades sirven como tanques de coagulación - floculación si se usa un tratamiento más avanzado.
Los clarificadores primarios remueven sólidos por sedimentación por gravedad y por flotación. Los sólidos que se asientan en la base de los clarificadores, son eliminados por mecanismos de recolección de paletas y de cadena o puentes de transportación. El material flotante es eliminado a través de desespumadores. Los clarificadores primarios son diseñados en base a la carga de la superficie (promedio de caudal/área de superficie), tiempo de retención hidráulica (promedio de caudal/volumen de tanque), y promedio de caudal del vertedero/longitud del vertedero). De estos tres parámetros él más importante es la carga en la superficie. Estas unidades están diseñadas para una superficie de carga de 40m/d. Los tanques son de 5m de profundidad, lo cual es inusual en clarificadores primarios. Por las condiciones del terreno y los requerimientos de caída, los tanques que tienen la profundidad normal de agua (<3m) tendrían que ser construidos con relleno. Es mejor en costo y funcionalidad extender las paredes a los suelos nativos
Figura 13 – Primaria y Primaria Avanzada Distribución
Figura 14 – Diagrama de Flujo del Proceso, Tratamiento Primario
Figura 15 – Perfil Hidráulico, Tratamiento Primario
La carga en el vertedero es el parámetro menos importante. Tres ranuras de descarga en V son proporcionadas en el diseño, seguido por bateas, canales de colección, y el emisor submarino. No se provee de ningún tratamiento adicional de desinfección de aguas residuales.
Los sólidos producidos en ambas, planta primaria y primaria avanzada son procesados por digestión anaeróbica. La recuperación de energía es obtenida con motores de combustión interna cargados con gas de digestión y manejando generadores eléctricos. El lodo cloacal digerido y deshidratado es enviado como biosólidos, los cuales tienen fertilizadores y cualidades de mejoramiento de suelos las cuales pueden ser beneficiosas para la tierra en los ambientes de Lima. Se asume que los biosólidos pueden ser aplicados a la tierra sin costos de operación de tratamiento. Los costos de aplicación serán determinados por las personas que reciban el uso beneficioso del producto.
Las rejas protegen las válvulas de impulsión y los removedores de arenilla protegen las bombas de lodo y digestores. Los depósitos de sedimentación eliminan sólidos asentados y flotantes por gravitación. La captación típica es de 50 por ciento de sólidos suspendidos y 35 por ciento de demanda de oxigeno bioquímico.
4.2.4 Tratamiento Secundario
El tratamiento secundario envuelve el uso de microorganismos para eliminar o reducir la concentración de demanda de oxígeno bioquímico, sólidos suspendidos, fósforo, y nitrógeno en el agua residual. Hay muchas formas diferentes y sub-variaciones del tratamiento secundario. El proceso de lodo activado es casi el recurso universal para grandes plantas donde el requerimiento principal es un efluente de alta calidad. Este es el único proceso considerado en este estudio.
Lodo activado es un cultivo de microorganismos suspendidos que son simultáneamente oxigenados e íntimamente mezclados con el agua residual. El proceso procede en un caudal que atraviesa el tanque de aireación con un tiempo de retención hidráulica de 1 a 24 horas. Después del proceso de aireación, el lodo activado es asentado fuera en clarificadores secundarios y bombeado de vuelta al extremo frontal del tanque de aireación. Se produce un crecimiento en red del lodo activado en el proceso de aireación. Por lo tanto, una porción del cultivo es desechada para mantener el balance del sistema.
Esta sección considera 3 sub-alternativas: (1) el proceso convencional de lodo activado con clarificación primaria y secundaria, (2) lodo activado sin clarificación primaria, y (3) un extendido proceso aéreo con tiempo de residencia hidráulico (TRH) de 24 h. El proceso de lodo activado sin clarificación primaria es algunas veces usado para disminuir el tamaño y complejidad de la planta de tratamiento. Sin embargo esto es logrado a costo de incrementar el requerimiento de oxigeno y energía del proceso de aireación.
4.2.4.1 Lodo Activado Convencional con clarificación primaria
Las figuras 16, 17, y 18 muestran el esquema del terreno, diagrama de proceso del caudal y el perfil hidráulico respectivamente, para los procesos de lodo activado con clarificación primaria. Los criterios de diseño para este proceso se muestran en la tabla 21. (Los criterios de diseño para los Centros de Operación, cámaras de arenilla aireada, y clarificadores primarios son los mismos que los mostrados en las tablas anteriores 18 y 20.
La figura 16, el plano del terreno para la planta con clarificadores primarios, usa el terreno (tierra existente identificado como disponible para la adquisición de SEDAPAL) y los lotes adyacentes que han sido identificados como posiblemente disponibles. Estos terrenos no permiten lograr un bosquejo eficiente para las unidades de proceso necesarias. Si hay algún interés en el tratamiento secundario se debe investigar un terreno totalmente nuevo.
Tabla 21 Criterios de Diseño para Lodo Convencional Activado
Parámetro
Valor
Unidades
Relación de alimento a microorganismos (A:M)
0.3

Tiempo de Retención Hidráulica (TRH)
4.4
Horas
Tiempo de Retención de Sólidos (TRS)
6.8
Días
Relación de sólidos suspendidos mexclados en solución/sólidos suspendidos mezclados en solución volátil (SSMS:SSMSV)
0.8

Clarificador Secundario: Indice de carga superficial
32.6
m/d
El diseño de los procesos de lodo activado esta basado en una relación de alimento y microorganismos (A: M) de 0.30 kg. Esto es, que 0.30 kg de demanda bioquímica de oxigeno en el agua residual es eliminada diariamente por cada kg. de lodo activado. Este valor de A: M resulta en un tiempo de retención hidráulica de 4.4 horas y un tiempo de retención de sólidos de 4.1 días.
La aireación (oxigenación) y suspensión del lodo activado en el deposito de aireación es obtenido entregando aire comprimido al fondo del deposito. La Mayoría de las grandes y modernas plantas de lodo activado utilizan aireación con burbujas pequeñas porque la eficiencia de transferencia del oxigeno es casi el doble que la alternativa de aireación con burbujas grandes. La eficiencia de transferencia de oxigeno se asume sea del 10 por ciento en este análisis.
La aireación de burbuja fina es obtenida con difusores de cerámica o de membrana flexible. El aire comprimido es soplado a través de la cerámica porosa o a través de pequeños agujeros en la membrana flexible. Sopladores centrífugos multietapas son usados para comprimir el aire que es entregado a los difusores a través del sistema de tuberías. Catorce sopladores entregando 950 caballos son requeridos para la planta con clarificadores primarios. El aire debe ser filtrado para prevenir particulares atascamientos en los difusores de burbuja fina. Los sopladores están controlados por la concentración de oxigeno disuelto en el deposito de aireación, la cual es mantenida entre 1 y 2 mg/l.
Los clarificadores secundarios separan el lodo activado del agua residual por sedimentación gravitatoria. El lodo asentado es bombeado al interior del depósito de aireación y mezclado con agua residual cruda para iniciar nuevamente un ciclo de aireación. Debido a que el lodo activado es diez o quince veces la concentración de sólidos suspendidos que en clarificadores primarios, el proceso de sedimentación es considerablemente diferente. Por lo tanto, el diseño de la superficie de carga de los clarificadores secundarios es menor que el de los clarificadores primarios. La profundidad de los clarificadores secundarios es de cuatro a cinco metros para acomodar el volumen de lodo. Son preferibles los clarificadores circulares por operatividad y confiabilidad.
Figura 16 – Lodo Activado Convencional con Clarificación Primaria
Figura 17 – Diagrama de Flujo del Proceso, Tratamiento Secundario con Sedimentación Primaria
Figura 18 – Perfil Hidráulico, Lodo Activado con Clarificadores Primarios
4.2.4.2 Lodo Activado Convencional sin Clarificación Primaria
Las figuras 19, 20, y 21 muestran el esquema del terreno, diagrama de proceso del caudal, y el perfil hidráulico respectivamente, para el proceso de lodo activado sin clarificación primaria. Los criterios de diseño para este proceso se muestran en la tabla 22. (Los criterios de diseño para el centro de operaciones y cámaras de aireación de arenillas son los mismos mostrados en las tablas anteriores 18 y 20).
Tabla 22 Criterios de Diseño para Lodo Activado Convencional sin Clarificación Primaria
Parámetro
Valor
Unidades
Relación de alimento a microorganismos (A:M)
0.3

Tiempo Hidráulico de Retención (THR)
6.3
Horas
Tiempo de Retención de Sólidos
4.1
Días
Relación de sólidos suspendidos mezclados en solución/sólidos suspendidos mezclados en solución volátil (SSMS:SSMSV)
0.8

Clarificador secundario: Indice de carga superficial
32.6
m/d

La A:M de 0.30 resulta en un TRH en los depósitos de aireación de 6.3 horas para la planta sin clarificadores primarios. Como resultado, el depósito de aireación es más grande y la demanda de oxigeno es mayor para la planta sin primarios. Así como el caso mostrado en la figura 17, la figura 19 muestra un esquema de la planta que requiere mas área que la disponible en el terreno de SEDAPAL y que no permite una distribución eficiente de las unidades de procesos.
4.2.4.3 Lodo Activado con aireación extendida
Una tercera alternativa de lodo activado fue estimada en una propuesta para proveer equipo Danés usando un proceso de aire extendido (24hr TRH) (Referencia 13). La propuesta incluía dos alternativas. Ambas alternativas incluyeron dos plantas secundarias con 1.0 m3/s y tres plantas secundarias con 0.5 m3/s de capacidad. Una alternativa era proveer tratamiento primario de 10 m3/s con un emisor de 8 km. La segunda alternativa era la de proveer tratamiento secundario para 10 m3/s con un emisor de 0.5 Km.
Las plantas serian o podrían ser construidas en fases con una primera fase de tratamiento biológico siendo modelado en el sistema de “Bioabsorcion”. Bioabsorcion es una forma de proceso de lodo activado de alto índice y alta carga que no es conocida par un estable o particularmente buen efluente. La segunda fase es un lodo activado adicional con un índice estándar con la capacidad de control del nutriente biológico. Ambos, fósforo y nitrógeno pueden ser eliminados en la segunda fase. Sin embargo no hay necesidad de control de nutrientes para el reuso en irrigación o deposición en el océano. Un caudal de 3.5 m3/s del agua tratada seria reusado para irrigación, por lo tanto, la capacidad del emisor es reducida a 10.0 m3/s.
Las economías son disponibles si se construyen ambas fases simultáneamente. Con seis plantas de tratamiento el sistema total al ser construido tendría las características mostradas en la tabla 23. Además se muestran las características de la planta de lodo activado convencional.
Los costos estimados de la propuesta Danesa están provistos en Referencia 13.. Esta estimación incluye el costo de los digestores, recuperación de energía, filtración, y desinfección. El estimado aparentemente no incluye los costos de adquisición del terreno. No hay una explicación inmediata de la diferencia sustancial en los costos de mantenimiento y operación. Los costos de operación y mantenimientos para seis plantas deben ser mayores que el de una sola planta.
Figura 19 – Lodo Activado convencional sin Clarificación Primaria
Figura 20 – Diagrama de Flujo del Proceso, Tratamiento Secundario sin Sedimentación Primaria
Figura 21 – Perfil Hidráulico, Lodo Activado sin Clarificadores Primarios
Tabla 23: Comparación de Conceptos Alternativos de Tratamiento
Descripción
Propuesta Danesa
Lodo Activado Convencional
Numero de plantas
6
1
Area total de tierra requerida
89 ha
23 ha
Capacidad de tratamiento (promedio de caudal
13.5 m3/s
14.9 m3/s
Depósitos de aireación
54
12
Clarificadores
101
8
Digestores
6
6
Costo estimado de construcción (1996 EEUU)
$ 510 millones

Costo estimado de construcción (1999 EEUU)

$351 millones
Costos estimados de operación y mantenimiento anual (sin recuperación de energía)
$1.9 millones
$ 14 millones

Generalmente, ambos procesos, de aire extendido y bioabsorcion son usados para pequeñas plantas de tratamiento. No hay un beneficio discernible en usar el proceso de aire extendido en esta aplicación.
La propuesta danesa sugiere que se necesita un emisor de 8 km. de longitud para un tratamiento primario y un emisor de 0.5 km. para un tratamiento secundario. En la sección 5 se evalúan las diversas combinaciones de los niveles de longitud y tratamiento del emisor. Será mostrado que para el tratamiento secundario, una longitud mínima de 3 km. será necesaria para cumplir con los requerimientos ambientales. El costo de esta alternativa es significativamente alto, comparada con las alternativas que proponen emisores de longitudes superiores y niveles reducidos de tratamiento. Es por ello que, los costos presentados en la propuesta danesa son considerados como significativamente menores comparados con los gastos requeridos para alcanzar los requerimientos ambientales. La siguiente sección trata este tema.
4.2.5 Reducción Patógena y Coliforme
Ninguna de las alternativas de tratamiento de aguas residuales discutidas anteriormente (que eliminar sólidos y materiales intolerables que ocasionen demanda de oxigeno) son específicamente aplicadas para la reducción de microorganismos en el agua residual. La reducción de la bacteria coliforme y organismos patógenos en el proceso de tratamiento es incidental y no fácilmente predecible. La tabla 24 indica el rango probable de organismos y patógenos indicadores en efluentes secundarios, previo a la desinfección.
Tabla 24: Rango de Organismos y Patógenos Indicadores en Efluentes Secudarios
Parámetro
Mínimum MPN/100 mL
Máximo MPN/100 mL
Coliformes totales
45,000
2,020,000
Coliformes fecales
11,000
1,580,000
Streptococos fecales
2,000
146,000
Salmonella sp.
12
570
Viruses
0.05
1,000

La Reducción de coliformes fecales es de 50 por ciento para el tratamiento secundario y 10 por ciento para el tratamiento primario y plantas de rejas. Uno de los objetivos ambientales del proyecto es lograr no más de 1000 coliformes fecales por 100ml en el 10 por ciento de las muestras recolectadas dentro de 500 m de orilla. Con 500 m de emisor, la disolución inicial requerida seria 1580:1 para el valor máximo listado en la tabla 24. Esta disolución inicial seria muy difícil de obtener (sino imposible), y se requerirá de la desinfección del efluente tratado. Con una continua desinfección del efluente secundario, el objetivo del coliforme puede ser logrado sin ningún emisor. Sin embargo, si la declorinación del efluente desinfectado no es proporcionada, se podrían producir serios impactos a los organismos marinos.
4.2.6 Manejo de lodos
4.2.6.1 Introducción
Los tres procesos alternativos de tratamiento producen sólidos que requieren ser desechados. Los sólidos producidos por rejas finas o de malla gruesa no son receptivos a ningún tipo de proceso y son desechados en rellenos o incinerados. Los sólidos producidos por plantas primarias, primarias avanzadas y secundarias son receptivos a los procesos que convierten el material en biosólidos.
Los biosólidos tienen el valor de ser fertilizantes y mejorar el suelo. La digestión aeróbica, anaeróbica y tratamiento de cal son procesos aceptables para convertir el lodo en biosólidos. La digestión Aeróbica para la cantidad indicada de lodo consumiría grandes cantidades de energía. Similarmente, el tratamiento de cal consumiría grandes cantidades de cal viva. La digestión anaeróbica es una red productora de energía y consume una relativamente modesta cantidad de polímero usado en adelgazar el lodo y deshidratar los biosólidos.
Los sólidos son procesados en digestores anaeróbicos. Los digestores convencionales de índices altos, con un tiempo hidráulico de detención de aproximadamente 20 días podrían ser utilizados. La primera fase, con un tiempo de retención hidráulica de 2 días, es dominada por la bacteria herotrópica que produce ácidos grasos, por ejemplo, ácido acético y ácido butírico. La segunda fase, con un tiempo de retención hidráulica de 13 días, es dominada por la bacteria-metano que convierte los ácidos en metano y dióxido de carbono. El proceso procede mas rápidamente dividiéndolo en fases con lo cual se usaría un menor volumen total de tanque, sin embargo, este es un método de tratamiento relativamente nuevo y posee costos elevados de operación y mantenimiento que hace y demanda un elevado nivel de atención del operador, comparado con el proceso convencional de digestión de indice alto.
El gas producido en la fase metano es combustible para los motores que operan los generadores eléctricos. El valor de la energía generada compensa una porción considerable de los costos de operación y mantenimiento.
4.2.6.2 Utilización del Lodo Cloacal Digerido en la tierra
4.2.6.2.1 Regulaciones del Uso del Lodo Estados Unidos
Las Regulaciones hechas por U.S. Environmental Protection Agency (EPA) en Estados Unidos en la parte 503 del título 40 del Code of Federal Regulation (CFR) establece estándares nacionales para aplicaciones en tierra del lodo de desagüe. La parte 503 además incluye requerimientos para reducciones patógenas y atracción vectorial en el lodo aplicado a la tierra.
Las siguientes subsecciones describen la parte 503, los requerimientos para la reducción patógena y reducción de atracción vectorial, y los límites de concentración de contaminantes para el lodo aplicado en la tierra. La descripción no es un resumen de todos los aspectos de la parte 503. Esta mas bien limitada a la descripción de aquellas secciones de la parte 503 relacionadas con el proceso del lodo y las opciones de desecho que serán usados para Lima Norte. Por supuesto otros países han desarrollado regulaciones para la aplicación en la tierra de biosólidos.
4.2.6.2.2 Reducción de Patógenos Clase B
La reducción de patógenos se refiere al proceso del lodo para reducir la concentración de bacterias, virus, y otros organismos causantes de enfermedades. La parte 503 de las regulaciones establece 2 niveles de reducción de patógenos: Clase A y Clase B. La reducción de patógenos Clase A requiere la pasteurización de los sólidos de lodo o algún proceso de tratamiento que produzca un resultado casi estéril y, si las concentraciones de metal alcanzan niveles severos, el producto puede ser usado indiscriminadamente por el público en general. El volumen de lodo a producirse en Lima Norte excluye cualquier intento de crear un producto clase A. Las regulaciones ofrecen cinco alternativas de proceso para la reducción patógena Clase B. La alternativa 3, digestión anaeróbica, es el proceso de reducción patógena escogido para la PTAR Lima Norte. El proceso de digestión debe proveer un significativo tiempo de residencia de célula de 15 días a 35-55°C.
4.2.6.2.3 Reducción de Atracción Vectorial
La atracción vectorial se refiere a la tendencia del lodo de desagüe de atraer roedores, moscas, mosquitos u otros organismos transportando agentes infecciosos del lodo. Con la intención de ser aplicado en la tierra, el lodo debe ser procesado para reducir la tendencia a atraer vectores por uno de los 12 métodos de reducción de atracción vectorial especificados en 40 CFR 503. Nuevamente, la digestión anaeróbica es la elección para el proceso de reducción de atracción vectorial. Se requiere por lo menos de una reducción del 38 por ciento en el proceso de digestión para calificar dentro de las regulaciones establecidas.
El lodo puede ser aplicado a la tierra provisto de concentraciones de metal por debajo de las concentraciones tope mostradas a continuación en la tabla 25. La tabla 25 además muestra el promedio de valores de metales medidos en los Emisores del Norte de Lima durante el estudio de prefactibilidad. El valor promedio es usado para calcular la concentración potencial en el lodo asumiendo una eliminación de 50 por ciento de sólidos suspendidos, 80 por ciento de sólidos volátiles, 50 por ciento de sólidos volátiles destruidos en digestión, y 100 por ciento de eliminación del metal por la matriz de lodo.
Suposiciones conservativas fueron usadas en el desarrollo de la tabla 25 para calcular el potencial de concentración de metales en el lodo. La tabla 25 provee datos cualitativos de las posibilidades de una sería contaminación de metal en el lodo digerido.
4.2.6.2.4 Limitaciones de Concentración de Metales
Conforme a las regulaciones 503 aparecen el arsénico y el plomo como inhibidores para la aplicación de biosólidos en la tierra. El Arsénico es el más serio indicador de la concentración potencial de biosólidos cuatro veces mas de lo admisible. Se requiere de datos adicionales para disminuir la probabilidad de una seria contaminación de arsénico y plomo. Los datos adicionales deben incluir muestras de las reservas públicas de agua, área de los pozos, y aguas superficiales en adición a las aguas residuales.
Tabla 25: Concentraciones de Metales en Desagües y Lodos
Metales
Promedio de Concentración en Desagües (mg/L)
Concentración Potencial en Lodo (mg/kg)
Concentración Tope en Lodo (mg/kg)
Eliminación Reportada (%)
Arsénico
0.075[PNS1]
893
75
34
Cadmio
0.015
179
85
38
Zinc
0.493
5,869
7,500
36
Cobre
0.172
2,048
4,300
49
Cromo
0.298
3,548
NRE
44
Fierro
1.865
22,203
NRE
43
Manganeso
0.054
643
NRE
20
Mercurio
0.001
12
57
11
Niquel
0.023
274
420
NRP
Plata
0.027
321
NRE
55
Plomo
0.203
2,417
840
52
Selenio
NRP
***
100
0
Molibdeno
NRP
***
75
NRP
1Concentración máxima definida en 40 CFR 503
2Fuente: Referencia 10
NRE – no regulado, NRP – no reportado
Para no exceder el tope de concentración de biosólidos, la concentración máxima permisible de arsénico es 0.006 mg/L. Los ejemplos de regulaciones en el pretratamiento limitan las concentraciones de arsénico a 3 mg/L. Un efluente en conformidad con las regulaciones del pretratamiento debería ser diluido de 500 a 1 con arsénico libre de agua par alcanzar el ideal de 0.006 mg/L.
Los Biosólidos que exceden los límites definidos en la Tabla 25 pueden seguir siendo aplicados a tierras provistas de un total de carga de metales que no exceda los valores dados en la Tabla 26. Por ejemplo 46,000 kg. de biosólidos con una concentración de arsénico de 893 mg/kg podría ser aplicado a una hectárea. Sin embargo, una vez aplicado, la tierra podría nunca mas ser tratada con biosólidos. Los biosólidos de una planta primaria consumirían dos hectáreas por día. Bajo este panorama la aplicación de biosólidos no es práctica.
Tabla 26: Carga admisible de contaminante acumulado
Metal
Indice de Carga (kg/ha)
Arsénico
41
Cadmio
39
Cobre
1,500
Plomo
300
Mercurio
17
Níquel
420
Selenio
100
Zinc
2,800

4.2.6.2.5 Prácticas de Manejo
Adicionalmente a los requerimientos generales descritos anteriormente, la aplicación a la tierra de lodo de desagüe está sujeta a un numero de prácticas reguladas de manejo. Sólo una de las prácticas aplicaría para Lima como sigue:
La Aplicación de lodo de desagüe en tierras está prohibida a coeficientes mayores que el agrónomo a menos que, en el caso de un terreno en reclamo, se especifique una coeficiente mayor por la autoridad competente.
El Coeficiente agrónomo referido a las últimas prácticas de manejo muestra que el lodo no es aplicable a un coeficiente que exceda la pérdida anual de nutrientes por el crecimiento de cultivos en el terreno de aplicación. Usualmente el nutriente que controla el coeficiente agrónomo es el nitrógeno. Es importante que el nitrógeno no sea excedido por el coeficiente de aplicación porque este exceso sería cargado en las aguas de tierra como nitrato. El nitrato en agua para beber está limitado a 10 mg/l como N (estándar de agua bebible para EEUU) por el efecto potencial en bebes. La tabla 27 presenta los coeficientes de perdida de nutrientes para pastos y cultivos que podrían ser apropiados para los ambientes de Lima.
Tabla 27: Coeficiente de Absorción de Nutrientes para Cultivos Seleccionados

Indice de Carga (kg/ha•año)
Cultivo
Nitrógeno
Fósforo
Potasio
Pasto Bermuda
400-675
35-45
225
Ballico
200-280
60-85
270-325
Tall fescue
150-325
30
300
Cebada
125
15
20
Maíz
175-200
20-30
110
Algodón
75-110
15
40
Papas
230
20
245-325
Trigo
160
15
20-45
Fuente: Referencia 11
Los niveles característicos de los nutrientes principales en el lodo cloacal digerido son presentados a continuación:
NUTRIENTE
RANGO
TIPICO
Sólidos Volátiles, %
30 a 60
40
Nitrógeno (N), % sólidos totales
1.6 a 6.0
3.0
Fósforo (P2O5), % sólidos totales
1.5 a 4.0
2.5
Potasa (K2O), % sólidos totales
0.0 a 3.0
0.5
Fuente: Referencia 14
El lodo anaeróbicamente digerido generalmente tiene 12 kg de nitrógeno (el cuál está disponible para las plantas en el primer año después de su aplicación) por 1000 kg de sólidos secos. De cualquier modo, hasta que el contenido de metal en los biosólidos sea reducido en Lima, la aplicación del terreno no es una alternativa factible.
4.2.6.2.6 Indice de Evaporación en la Red de Suelos
Existe un método diferente para el cálculo del área de tierra requerida para depositar el lodo el cual va a maximizar las ventajas obtenidas a través del clima de Lima. Este método (presentado en Process Design Manual - Surface Disposal of Sewerage Sludge and Domestic Septage, USA EPA/625/R-95/002) esta basado en el índice de evaporación de la red de suelos. En consecuencia, no se considera la contaminación de las aguas de tierra o la necesidad de una carga agronométrica. El método, considerado conservador en las regiones temperadas de Estados Unidos, resulta en el uso de una mínima cantidad de tierras para depósito. Los cálculos proceden como sigue:
EN=ES-P
Donde: EN = evaporación de red de suelosES = evaporación de sueloP = Precipitación
ES = f*EL
Donde: f = factor, usualmente 0.7EL = Evaporación de Lago
La evaporación de lagos en Lima es 147 cm anualmente con un mes máximo (Febrero) de 17 cm y u mes mínimo (julio) de 7 cm, ver sección 3.5. Precipitación en Lima, 3 cm por año, puede no tomarse en cuenta. Por tanto, el índice de carga mensual de lodo, R, es:
R = 100•EN•TS/(100 – TS)
Donde: R = carga de lodo en m3/ha•mo.TS = total de sólidos contenidos en el lodo, en porcentaje.
El lodo deshidratado será transportado al terreno de aplicación, esparcido con un cargador o paleta, y precipitado en la tierra con equipo agrícola ordinario. El terreno de aplicación sería dividido en sub áreas para recibir aplicaciones periódicas de lodo.
Después de la digestión y decante en el digestor secundario habrá sólidos húmedos(6 por ciento) en lodo utilizable. La utilización del lodo húmedo aplicándolo en tierras es posible y es practicada en muchos sitios de Estados Unidos. Sin embargo, la deshidratación reduce los costos de transportación y la cantidad de tierra requerida para depositarlo. La deshidratación del lodo para una planta de estas dimensiones será económicamente factible. Es importante que la ubicación del terreno de aplicación sea establecida para optimizar el sistema de utilización del lodo.
La deshidratación puede ir acompañada por adelgazadores de tambor rotatorios, centrifugueo, y presas de filtro de fajas. Los adelgazadores son menos caros y más fáciles de operar y mantener pero solo pueden deshidratar aproximadamente 10 por ciento de los sólidos. Las centrífugas y presas son mas caras, más difíciles de operar y mantener pero pueden lograr de 18 a 20 por ciento en el lodo deshidratado. La factibilidad, económica de la inversión en los equipos mas caros depende de los costos de transportación y el costo de la tierra usada para la aplicación.
4.2.7 Recuperación De Energía Con Gas de Digestor
La cantidad de energía que puede ser recuperada usando gas de digestión en la planta de tratamiento primario depende de varias variables como se muestra en la tabla 28.
Tabla 28: Recuperación Típica de Energía en Gas de Digestor
Parámetro
Valor
Total de sólidos suspendidos (TSS) en aguas residuales
280 kg/m3
Eficiencia de captura de TSS en los clarificadores primarios
50%
Materia volátil en TSS capturados
70%
Fracción de materia volátil destruida
64%
Gas producido por unidad de materia volátil destruida
1.12 m3/kg
Valor del calor en el gas producido
22,500 btu/m3

TSS es la única variable en la lista superior que fue medida en el Estudio de Prefactibilidad. Los otros valores están basados en la experiencia y datos desde la literatura técnica.
Con la planta de tratamiento secundario el lodo de desecho activado es digerido con el lodo primario y es una fuente de combustible.
El valor de inversión en la recuperación de energía es determinado por los costos de capital y gastos operativos del equipo, los ingresos por venta de energía o los costos evitados al no tener que comprar energía, y el índice de descuento aplicado a ingresos futuros. Estos aspectos de recuperación de energía están dirigidos para tratamientos primario, primario avanzado y ambas variaciones del secundario. Se asume que todos los costos relacionados a los digestores están asignados al manejo de biosólidos. El agua de enfriamiento del motor es usada para calentar los digestores.
4.3 Requisitos referidos al sitio
4.3.1 Requisitos de Terreno
Los requisitos aproximados de terreno para las instalaciones alternativas de tratamiento (para un flujo de diseño promedio de 14.9 m3/s) se indican en la Tabla 29.
Tabla 29: Requisitos de Terreno para la Instalación de Tratamiento
Proceso de Tratamiento
Requisito aproximado de terreno (ha)
Tratamiento Preliminar
3
Tratamiento Primario
8.5
Tratamiento Primario Extendido
8.5
Tratamiento Secundario (lodos activados convencional sin clarificadores primarios)
22
Tratamiento Secundario (lodos activados convencional con clarificadores primarios)
31
Existe suficiente espacio disponible en el lugar propuesto de 10 ha de extensión para la instalación de plantas de tratamiento preliminar, primario y primario extendido; sin embargo, será necesario adquirir terrenos adicionales para alojar a las plantas de tratamiento secundario.
4.3.2 Requisitos de Servicios Públicos
En la Tabla 30 se indican los requisitos estimados de servicios públicos para los procesos alternativos de tratamiento de aguas residuales.
Tabla 30: Requisitos estimados de energía y agua
Proceso de Tratamiento
Energía
(kVA)
Agua Potable
(L/s)
Tratamiento Preliminar
7,020
1.6
Tratamiento Primario
7,040
1.6
Tratamiento Secundario (con clarificadores primarios)
25,600
1.6
Tratamiento Secundario (sin clarificadores primarios)
29,900
1.6

Page: 23 [PNS1] Fill in column

Nota: Los requisitos de energía suponen un factor de energía de 0.8.

La energía eléctrica para la planta se recibiría a un régimen de 10 kV. Dependiendo de la distribución de las plantas en el lugar de ubicación propuesto y el nivel de tratamiento dado, la energía eléctrica probablemente se distribuiría con un voltaje reducido a las subestaciones situadas en todo el emplazamiento de la planta. Debido a que los requisitos de corriente eléctrica para una alternativa de tratamiento secundario serían grandes, probablemente se distribuiría la corriente eléctrica para la alternativa según el régimen original de 10 kV para minimizar las pérdidas en la línea y luego este régimen se reduciría en las subestaciones de la planta.
Entre los requisitos adicionales de servicios públicos para el lugar propuesto se incluirían los siguientes: teléfono, sistema contraincendios y eliminación de aguas pluviales. No se requerirá gas natural para la operación de la planta.
4.4 Costos Estimados de las Alternativas de Tratamiento de Aguas Residuales
4.4.1 Costos Preliminares
La Tabla 31 contiene un resumen de los costos preliminares de las alternativas de tratamiento de aguas residuales. Entre los costos preliminares se incluye la adquisición de terrenos, levantamientos topográficos, estudios geotécnicos, ingeniería e intereses durante la construcción. Algunos de los costos preliminares (adquisición de los terrenos para las obras, topografía y estudios geotécnicos) son costos iniciales no recurrentes para las opciones de tratamiento primario y tamizado.
Para la opción de tratamiento secundario, se tendría que adquirir áreas adicionales para la construcción de la planta de tratamiento. Los costos adicionales de la adquisición de terrenos se estiman en aproximadamente US$ 10 millones para la alternativa de tratamiento secundario con clarificadores primarios.

No se hacen estimaciones ni se incluyen los costos de las opiniones legales y financieras o de la venta de bonos. Los honorarios de los ingenieros por concepto de diseño y administración de la construcción se estiman en un 8 por ciento del costo de la construcción. El interés durante la construcción se estima en 6 por ciento del costo de la construcción para las alternativas de tratamiento primario y tamizado y en 12 por ciento del costo de la construcción para las alternativas de tratamiento secundario.
4.4.2 Costos de construcción
Los costos de construcción estimados para las instalaciones de tratamiento de aguas residuales se encuentran resumidos en la Tabla 31 y se basan en los precios unitarios del concreto, tuberías, las obras en el lugar de la obra, etc. en el Perú. Los costos de los equipos se basan en las cotizaciones de precios proporcionadas por los proveedores e incluyen una provisión por flete y costos de instalación.
Los costos de los equipos importados se incrementan en un 30 por ciento adicional debido a los derechos de importación que gravan los equipos fabricados fuera del Perú. Los derechos de importación se aplican a los tamices para la alternativa de tamizado, aunque es posible fabricar los tamices en Lima.
Se ha estimado que los costos para el servicio eléctrico en la planta, es decir, la distribución de electricidad y la iluminación, equivaldrán al 35 por ciento del costo base de la construcción. Los costos en instrumentación se han estimado en 15 por ciento del costo base de la construcción. No se incluyen los costos del suministro de servicios públicos al emplazamiento de las obras, si bien se reconoce que es muy probable que haya un costo mayor para la transmisión eléctrica y la transformación de la tensión dado que sólo las bombas de la estación de impulsión tendrán una carga conectada de 6300 caballos de fuerza. Se calcula que las contingencias serán del orden del 35 por ciento del costo de la construcción.
4.4.3 Costos de Operación y Mantenimiento
Los costos estimados de operación y mantenimiento para las alternativas de tratamiento de aguas residuales están resumidos en la Tabla 31. La estimación de los costos de operación y mantenimiento se basa en los niveles mínimos de personal para las operaciones de la planta, el transporte y disposición de sólidos, los análisis de laboratorio y la gestión del proyecto. Los costos de los productos químicos consumibles (cloruro férrico, polímeros, etc.) se han estimado a partir de los niveles de dosificación usados en plantas de tratamiento similares. Los costos de energía se han calculado sobre la base de las tarifas vigentes en mayo de 1999.
El costo de la disposición de los desperdicios del tamizado y biosólidos en los rellenos sanitarios se ha calculado en US$ 10 por tonelada, dicha tarifa se considera debido a que el volumen de los desperdicios del tamizado y los biosólidos probablemente haga necesario el desarrollo de un nuevo relleno sanitario. Los costos de transporte se basan en el precio unitario de 0.30/m3/km. usado en el proyecto Lima Sur. Se supone que la ruta del acarreo será de 40 kilómetros.
4.4.4 Resumen de Costos de la Alternativa de Tratamiento de Aguas Residuales
Tomando como punto de partida los costos presentados en la Tabla 31, se elaboró un análisis de valores actuales para facilitar la comparación económica de las alternativas. El análisis económico 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 de la planta de tratamiento será el año 2004. Los costos de operación y mantenimiento así como las ganancias de la recuperación de energía de la digestión de lodos se calculan para un período de operación de 20 años (desde el año 2004 hasta el 2023).
· El diseño de ingeniería se realizará en los años 2000 y 2001.
· La construcción de una planta de tamizado se efectuará en el año 2003. Las otras alternativas de tratamiento se construirán desde el 2002 hasta el 2003.
· El índice de descuento utilizado en estimaciones de valores actuales es de 9.16%.
· Las mejoras civiles y estructurales tendrán una vida de servicio de 50 años.
· El 50% de los sistemas mecánicos, eléctricos e instrumentales tendrán una vida de servicio de 50 años; el 50% restante de los sistemas mecánicos, eléctricos e instrumentales tendrán una vida de servicio de 15 años.
· Los valores netos al final del período operativo de 20 años son calculados basados en la contabilidad de depreciación lineal.
Tal como se indica en la Tabla 32, la planta preliminar es claramente superior en términos del valor neto actual de los costos. Las alternativas de tratamiento primario son de cierta forma más costosas y los costos de las alternativas de tratamiento secundario son sustancialmente mayores.

4.5 Evaluación de las Alternativas de Tratamiento de Aguas Residuales
4.5.1 Criterios y Metodología de Evaluación
Esta sección describe la metodología usada para evaluar las alternativas de tratamiento de aguas residuales con respecto a los aspectos no económicos que implican consideraciones ambientales, técnicas y de otro tipo. Las consideraciones ambientales incluyen el impacto en la tierra, mar, aire y salud pública.
En las tablas 33 y 34 se establece la base de la metodología usada para evaluar las consideraciones ambientales, técnicas y de otro tipo. La metodología implica el desarrollo de una matriz que establezca un puntaje numérico para cada alternativa, en la cual se asigne el mayor puntaje a la alternativa preferida basándose en aspectos extra económicos. La metodología global implica la siguiente secuencia de actividades:
· Definición de los criterios de evaluación.
· Asignación de un “peso” para cada criterio de evaluación, desde 1 hasta 5, que refleje la importancia relativa del criterio.
Tabla 33. Criterios de Evaluación y Factores de Ponderación de las Alternativas de Tratamiento de Aguas Residuales

Criterios
Factor de Ponderación
Comentarios
Remoción de DBO5
1
No tan importante en lo que respecta a satisfacer los requerimientos de descarga
Remoción de SST
2
Tiene impacto en los estándares de descarga pero no se trata de un gran impacto
Remoción de Microorganismos
5
Requerimiento muy importante para la salud pública
Reducción del Consumo de Energía
3
Importante para reducir las operaciones globales y los costos de mantenimiento
Disposición de Sólidos
3
Impactos importantes en el medio ambiente y los costos
Requerimientos de Terrenos
4
Muy importante debido a la disponibilidad de terrenos
Confiabilidad del Tratamiento
4
Muy importante en lo que respecta a satisfacer los requerimientos
Complejidad del Proceso
3
Importante
Seguridad de los Trabajadores
3
Muy importante
Olores
3
Importante
Uso de Sustancias Químicas
2
El costos es un factor que debe considerarse en el uso de sustancias químicas
Toxicidad del Efluente
2
Particularmente importante para los compuestos orgánicos clorinados
Tabla 34. Criterios de Calificación para las Alternativas de Tratamiento de Aguas Residuales
Clasificación
Comentarios
5
Excelente
4
Buena
3
Promedio
2
Regular
1
Mala
· Determinación de una “calificación” para cada criterio de evaluación y para cada alternativa, lo que hace que la alternativa se considere desde mala (con un valor de 1) hasta excelente (con un valor de 5).
· Cálculo del producto de la calificación y el peso para cada criterio y para cada alternativa.
· Cálculo de la suma de los puntajes para cada alternativa.
Los factores de ponderación se establecieron sobre la base de las siguientes consideraciones:
· La remoción de DBO, SST y elementos flotantes por lo general es buena. Si la descarga de aguas residuales se hace a través de un emisor en el océano diseñado adecuadamente, habrá muy poco beneficio en la remoción de DBO dada la gran capacidad de dilución de oxígeno del océano y la oxigenación.
· La remoción de los organismos patógenos es muy importante si la descarga de las aguas residuales se realiza en tal forma que hace posible que éstos entren en contacto con las personas. Mediante el adecuado diseño de un emisor submarino, es posible reducir las poblaciones de bacterias resultado de los procesos naturales de dilución, dispersión y descomposición, hasta niveles seguros.
· La deposición de sólidos para la alternativa de tamizado y la alternativa de tratamiento primario será mayor que para las alternativas de tratamiento secundario. Esto se debe al hecho de que los SST se reducirán en un 25 por ciento para el proceso de tratamiento con militamices, en un 60 por ciento para el tratamiento primario y en un 80 por ciento para el tratamiento secundario. Además el proceso con militamices producirá SST que se sedimentarán más rápido que el tratamiento primario o secundario, debido al mayor contenido inorgánico en los sólidos para este proceso de tratamiento.
· La cantidad de sólidos que se depositarán en el suelo oceánico, en los alrededores de los difusores está en función del nivel de tratamiento, las corrientes oceánicas y el diseño de los difusores del emisor submarino. El valor límite seleccionado se basa en el impacto potencial en los organismos bénticos en la zona en donde se produce la deposición. Si se revisa los resultados de los estudios ambientales marinos básicos realizados por Parsons luego del Estudio de Prefactibilidad, en 1997, queda claro que el área propuesta para la descarga tiene una baja diversidad de especies en las profundidades de descarga que se han considerado. Ello se debe a las condiciones hipóxicas presentes a profundidades por debajo de los 20 metros y hasta 700 metros mar adentro de Lima. Parsons no prevé impactos significativos generados por la deposición de sólidos inorgánicos en el lecho marino para un emisor submarino bien diseñado. Sin embargo, es cierto que la alternativa de tamizado causará las mayores tasas de deposición de sólidos.
· Los procesos de tratamiento de aguas residuales eliminan los metales pesados de las aguas servidas transfiriéndolos a los residuos sólidos (lodos) en diversos grados. Se debe evaluar el impacto relativo de los metales pesados en los ambientes marítimo y terrestre, así como los usos benéficos de los biosólidos (lodos tratados) o la disposición de lodos en los rellenos sanitarios. Los costos que figuran en las Tablas 31 y 32 incluyen una provisión para la disposición de biosólidos en rellenos sanitarios.
· La recuperación de energía, como beneficio secundario de la producción y tratamiento de lodos, por lo general es provechosa desde el punto de vista ambiental y porque reduce los costos de operación y mantenimiento.
4.5.2 Evaluación de las Alternativas de Tratamiento de Aguas Residuales
Las matrices de evaluación fueron desarrolladas para comparar las alternativas de tratamiento en cuanto a los aspectos no monetarios. Las tablas 35 y 36 presentan las evaluaciones del tratamiento con y sin cloración, respectivamente. A cada alternativa de tratamiento se le dio una calificación de 1 a 5 para cada uno de los criterios de evaluación señalados en la Tabla 33. Tal como aparece en la Tabla 35, el tratamiento primario es ligeramente superior a la alternativa de tamizado. Debido al puntaje relativamente bajo asociado con la disposición de sólidos, los requerimientos de terrenos, la confiabilidad y la complejidad del tratamiento secundario, éste constituye la alternativa con menor calificación.
La comparación de las Tablas 35 y 36 muestra que los impactos asociados con la cloración (aumento en el uso de sustancias químicas, menor seguridad para los trabajadores, mayor toxicidad del efluente) no garantizan la reducción de los niveles de microorganismos en el efluente alcanzada por la desinfección.