Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz Iniciativa Piloto Gestión de lodos fecales domiciliarios en áreas periurbanas de la ciudad de Santa Cruz, Bolivia Diseño preliminar de sistemas independientes de tratamiento de Lodos Fecales Ministerio de Medio Ambiente y Agua (MMAyA) Viceministerio de Agua Potable y Saneamiento Básico (VAPSB) Preparado con el apoyo del Grupo Banco Mundial, y la Agencia de Cooperación Alemana (GIZ) Estudio preparado por: Ernesto Espino de la O, Consultor 30 de enero de 2018 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz Resumen ejecutivo La práctica actual de manejo y disposición de los lodos fecales domiciliarios (LFDs) de 152,000 viviendas de Santa Cruz que utilizan saneamiento in situ, en ausencia de servicio de alcantarillado sanitario, ocasiona un problema de sobrecarga orgánica en la Planta de Tratamiento Industrial (PI) que recibe los LFDs, vía el transporte con camiones cisterna, la situación se agravará en el futuro de no tomarse las medidas procedentes. Las autoridades locales y centrales a cuyo cargo está la gestión ambiental y sanitaria han tomado cartas en el asunto y, con el apoyo del Banco Mundial y la Agencia de Cooperación Alemana (GIZ) tienen en proceso una Iniciativa Piloto para la mejor gestión de los LFDs. Como parte de este esfuerzo el gobierno, con el apoyo del Banco Mundial, acordaron la realización de un estudio con el fin de analizar alternativas de tratamiento de los LFDs y realizar el diseño preliminar y la ante- presupuestación de dichas alternativas, los resultados de esta tarea son el objeto del presente informe. La producción actual de LFDs es de 679 m³/día con un factor de carga, k, según lo define SAGUAPAC de 12, correspondiente a un agua con una concentración de contaminantes 12 veces más alta que la de las aguas residuales municipales. El 45 % de la generación actual de LFDs se origina en el área industrial colindante con la PI, es de esperarse que el incremento futuro en producción de LFDs provenga, sustancialmente, del área periurbana de Santa Cruz y no del área industrial. A nivel conceptual, las opciones de manejo de los lodos, no necesariamente excluyentes, son continuar con la práctica de descargar los LFDs en alguna, o algunas, de las siete plantas de tratamiento con que cuenta actualmente la ciudad, previo tratamiento de ser necesario, y/o construir una planta ex profeso para el tratamiento de los LFDs. El análisis de la información disponible sugiere que una solución combinada podría ser la mejor opción: a) Continuar descargando LFDs a la PI, pero sólo los generados en la zonas industrial contigua a la PI y con un tratamiento previo que remueva el 75% de la carga contaminante, la opción más económica de tratamiento sería un sistema de tratamiento en lagunas anaerobias, su factibilidad depende principalmente de la disponibilidad de terrenos, con este esquema la carga a la PI se reduciría en un 90%. b) En relación con los LFDs de las áreas periurbanas de la ciudad, existe considerable incertidumbre sobre los volúmenes que se generarán a futuro, pues dependen en buena medida de las políticas que al respecto tomen las autoridades, pero aún las opciones sí pueden ser identificadas y son dos:  descargar los LFDs a alguna otra de las seis plantas municipales y, al respecto se identificaron como opciones viables las plantas: Norte1, Norte 2, Sur y COOPAGUAS, en todos los casos un tratamiento previo a la descarga se considera necesario. Para las cuatro opciones identificadas hay obstáculos que superar antes de poder descargar los LFDs, aún con tratamiento previo, y los obstáculos son de tres tipos: (i) la mayor longitud de los recorridos que tendrían que hacer los camiones cisterna, y su consecuente incremento en costo, (ii) las objeciones de la comunidad al tránsito de camiones por vías urbanas, y (iii) las dificultades de acceso por la estreches de las vias. Estos obstáculos podrían ser solventados si el transporte de LFDs en camiones se complementa con el transporte en líneas a presión.  Construir una nueva planta exclusiva para los LFDs, bien una planta mecanizada dentro de los límites de la ciudad o un sistema lagunar de tratamiento, posiblemente en las afueras de la Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz ciudad por las extensiones relativamente grandes de terreno que se requieren para la construcción de las lagunas. Con fundamento en el análisis anterior, se consideró que tres deberían de ser las alternativas de plantas de tratamiento pre-diseñadas y ante-presupuestadas: A. La alternativa A con un sistema de lagunas anaerobias seguida de lagunas facultativas, B. La alternativa B con un sistema tecnificado en la línea de agua y un sistema de lagunas para la estabilización de los lodos producidos en al línea de agua, y C. La alternativa C con un sistema tecnificado para la línea de agua residual y para la estabilización de lodos en digestores anaeróbicos, con dos variantes para la disposición final de los lodos: C.1, con deshidratado de lodos estabilizados en lechos de secado, y C.2 con deshidratado en equipos mecánicos. Los resultados del trabajo arrojan, bajo las premisas financieras del análisis (25 años de recuperación de la inversión y 12.5% anual de tasa de retorno) que los costos de tratamiento para una planta de tratamiento, con un caudal de diseño de 10 l/s, para cada alternativa son los siguientes: Construc Amorti- Operación Costo Costo Valor Concepto ción zación y Mant. anual total unitario presente M Bs M Bs/año M Bs/año M Bs/año Bs/m³ M Bs A.- Lagunas 5.2 0.69 0.20 0.89 2.81 6.7 B.- Línea de agua mecanizada 8.4 1.10 0.66 1.77 5.60 14.3 y lagunas para los lodos C 1.- Mecanizada con lechos 25.6 3.38 1.15 4.53 14.37 35.7 de secado C 2.- Mecanizada con filtros 27.1 3.57 1.17 4.75 15.05 37.5 de banda Como puede observarse en el cuadro anterior, la componente más importante (62% a 77%) del costo de tratamiento corresponde al costo de capital, si las obras fuesen financiadas, no a un alta tasa de interés comercial, sino a un tasa más baja, los costos de tratamiento se podrían reducir sustancialmente. La alternativa A, que es la más económica en lo que a tratamiento se refiere, puede no ser la mejor a nivel de proyecto completo si se incorporan los costos de transporte de LFDs al sitio de la planta, sobre todo si los LFDs se transportan en camiones cisterna. Las ETRL reportan, a nivel verbal, experiencias en otras ciudades de países vecinos, por ellos conocidas, de transporte de LFDs por medio de estaciones de transferencia que reciben los LFDs en pozos de descarga conectados a un cárcamo de bombeo que eleva la presión y traslada los LFDs al sitio de tratamiento y disposición final por medio de una tubería a presión. La incorporación de estaciones de transferencia de lodos es una opción que se recomienda sea analizada para el caso de Santa Cruz, pues puede reducir significativamente los costos de traslado de lodos y volver viable la alternativa A. Las mismas ETRL podrían ser parte del proyecto de la unidad de transferencia. La calidad de los efluentes de las alternativas estudiadas es la correspondiente a un factor de carga, k, de 2.5 o menos, o lo que es lo mismo su concentración de contaminantes es no más 2.5 veces más alta que la de las aguas residuales municipales; de requerirse una mejor calidad de efluentes, por condiciones particulares del lugar donde se descarguen los LFDs tratados, es fácilmente alcanzable con procesos Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz complementarios a los incluidos en los anteproyectos: lagunas de maduración y microcribado para las lagunas y procesos aeróbicos para las alternativas B y C. Muchas tareas quedan pendientes de realizar para poder hacer un análisis técnico-económico completo de alternativas y falta también incorporar los factores ambientales y sociales en la evaluación de alternativas, los resultados de este estudio se presentan con el propósito de que ayuden a las autoridades en la toma de decisiones sobre la gestión de LFDs de Santa Cruz que sean lo mejor para sus habitantes. Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz Contenido Lista de cuadros............................................................................................................................................0 I. Introducción ..................................................................................................................................1 I-1.- Antecedentes ....................................................................................................................1 I.2.- Objetivos y alcances ..........................................................................................................1 II. Análisis conceptual........................................................................................................................1 II.1.- Tratamiento .....................................................................................................................1 II.2.- Traslado de lodos .............................................................................................................2 III. Generación y características de LFDs ............................................................................................2 II.1.- Caudales...........................................................................................................................2 III.2.- Características de los LFDs ..............................................................................................5 IV. Criterio de evaluación de alternativas de sitios descarga .............................................................9 IV.1.- Plantas separadas ...........................................................................................................9 IV.2.- Accesibilidad y distancia .................................................................................................9 IV.3.- Capacidad de recepción de cargas de contaminantes ..................................................10 IV.4.- Aceptación social, restricciones ambientales y urbanísticas. ........................................10 V. Alternativas de sitios de disposición ...........................................................................................10 V.1.- Plantas existentes: características y eficiencias .............................................................10 V.2.- Diagnóstico: viabilidad de recepción de LFDs ................................................................14 VI. Alternativas de tratamiento ........................................................................................................15 VI.1.- Definición de alternativas .............................................................................................15 VI.2.- Alternativa A: Lagunas de estabilización .......................................................................15 VI.3.- Alternativa B: Planta mecanizada en línea de agua y lagunas para lodos .....................16 VI.4.- Alternativa C: Planta mecanizada .................................................................................18 VII. Anteproyectos y antepresupuestos ............................................................................................18 VII.1.- Alternativa A: Lagunas de estabilización ......................................................................18 VII.2.- Alternativa B: Planta mecanizada en línea de agua y lagunas para lodos ....................21 VII.3.- Alternativa C: Planta mecanizada ................................................................................24 VII.4.- Resumen de alternativas .............................................................................................27 VIII. Conclusiones ...............................................................................................................................27 IX. Recomendaciones .......................................................................................................................30 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz Lista de cuadros Cuadro 1.- Generación de LFDs y condiciones de funcionamiento de la Planta Industrial ...........................3 Cuadro 2.- Proyección de generación de LFDs, escenario programado .......................................................4 Cuadro 3.- Características medias de los LFDs..............................................................................................5 Cuadro 4.- Características y condiciones de operación de plantas existentes ............................................11 Cuadro 5.- Calidad de los efluentes y factor de carga de las plantas de tratamiento .................................13 Cuadro 6.- Eficiencias de remoción de contaminantes de las plantas de tratamiento ...............................14 Cuadro 7.- Precios unitarios e índices de costos ........................................................................................17 Cuadro 8.- Costos de unidad de pretratamiento ........................................................................................19 Cuadro 9.- Dimensiones, costos y características de las lagunas de estabilización, alternativa A ..............19 Cuadro 10.- Calidad del agua a lo largo del proceso, alternativa A ............................................................19 Cuadro 11.- Dimensiones de las unidades de proceso de la línea de agua, alternativa B ..........................21 Cuadro 12.- Costos desagregados por proceso de la línea de agua, alternativa B .....................................21 Cuadro 13.- Producción de lodos en la línea mecanizada de tratamiento de agua ....................................22 Cuadro 14.- Dimensiones, costos y características de las lagunas de estabilización, alternativa B ............22 Cuadro 15.- Costos desagregados por proceso de la planta mecanizada, alternativa C.1 ..........................24 Cuadro 16.- Costos desagregados por proceso de la planta mecanizada, alternativa C.2 ..........................26 Cuadro 17.- Calidad del efluente, alternativas C.1, C.2 ..............................................................................26 Cuadro 18.- Generación de lodos a relleno sanitario en alternativas C.1 y C.2 ..........................................26 Cuadro 19.- Resumen económico de alternativas ......................................................................................27 Lista de figuras Figura 1.- Evolución en la generación de LFDS, escenario inercial de crecimiento .......................................4 Figura 2.- Evolución en concentración de DBO y DQO .................................................................................6 Figura 3.- Evolución en la concentración de SSV, SSF y SST ..........................................................................6 Figura 4.- Evolución en el factor de carga “k”...............................................................................................7 Figura 5.- Evolución en la carga másica de DBO y DQO ................................................................................7 Figura 6.- Evolución en la carga másica de SSV, SSF y SST ............................................................................8 Figura 7.- Valores mínimos y máximos de pH en los LFDs ............................................................................8 Figura 8.- Centros de transferencia de LFDS a emisarios existentes o a líneas de presión .........................10 Figura 9.- Ubicación de las siete plantas existentes de tratamiento ..........................................................11 Figura 10.- Calidad del efluente de la PI: DBO, DQO y SST .........................................................................12 Figura 11.- Calidad de los efluentes de las plantas municipales: DBO, DQO y SST .....................................12 Figura 12.- Calidad de los efluentes de las plantas municipales: sólidos suspendidos ...............................13 Figura 13.- Calidad de los efluentes de las plantas municipales: sólidos disueltos .....................................13 Figura 14.- Alternativas de tratamiento .....................................................................................................15 Figura 15.- Acomodo de las lagunas sobre el terreno, alternativa A ..........................................................20 Figura 16.- Costos y resultados de lagunas para LFDs, alternativa A ..........................................................20 Figura 17.- Tren de procesos de la alternativa B ........................................................................................21 Figura 18.- Acomodo sobre el terreno de las lagunas de lodos, alternativa B ............................................23 Figura 19.- Costos y resultados de lagunas para lodos, alternativa B .........................................................23 Figura 20.- Tren de procesos para la alternativa C.1 ..................................................................................24 Figura 21.- Tren de procesos para la alternativa C.2 ..................................................................................25 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 0 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz I. Introducción I-1.- Antecedentes A iniciativa del Viceministerio de Agua Potable y Saneamiento Básico (VAPSB) y la Autoridad de Fiscalización y Control Social de Agua Potable y Saneamiento Básico (AAPS), con el apoyo del Banco Mundial, se llevó a cabo el diseño de la Iniciativa Piloto para la Gestión de Lodos Fecales Domiciliarios (LFDs) en áreas periurbanas de la ciudad de Santa Cruz – Bolivia, los resultados de este trabajo se consignan en el informe final fechado en junio de 2017 que incluye una amplia y documentada descripción de los antecedentes y situación actual de producción y gestión de LFDs en la ciudad de Santa Cruz; a manera de introducción se presenta en esta sección un breve resumen de la información antes mencionada. En el año 2016, en la ciudad de Santa Cruz, 151,948 viviendas dependían de cámaras sépticas y pozos para la disposición de sus desechos, y de ellas sólo 22,792 realizaban su vaciado y limpieza en forma periódica a través de los servicios de Empresas de Transporte y Recolección de Lodos (ETRL). El lugar de descarga de los lodos es el sistema lagunar de tratamiento de aguas residuales industriales, Planta Industrial, administrador por la Cooperativa de Servicios de Agua Potable y Alcantarillado, SAGUAPAC. Entre marzo de 2015 y febrero de 2017 la Planta industrial recibió un promedio de 660 m3/día de LFDs con una carga másica de 3 t/día de sólidos en suspensión y 2.1 t/día de demanda bioquímica de oxígeno, lo que limita la capacidad de la planta para dar tratamiento a las descargas de la zona industrial, qué es para lo que la planta fue concebida, la magnitud del problema tiende a crecer y para atenderlo se requiere identificar y evaluar otras alternativas de manejo, tratamiento y disposición final de los LFDs. I.2.- Objetivos y alcances El objetivo principal del presente estudio es el diseño preliminar de, al menos, dos sistemas independientes de tratamiento de los LFDs, dentro y/o fuera de las instalaciones de la Planta Industrial o en los terrenos de las plantas de la Cooperativa de Servicios Públicos de Agua Potable y Alcantarillado Sanitario, COOPAGUAS. El análisis incluirá: (i) pretratamiento, tratamiento y disposición final de los LFDs, (ii) estimación desglosada de los costos de construcción, operación y mantenimiento de las plantas de tratamiento, (iii) croquis de distribución de unidades en el terreno, (iv) especificaciones técnicas de las plantas y (v) entrenamiento de recursos humanos para la administración de las plantas. Los alcances del estudio incluyen, entre otros, los siguientes: a) Recopilación y análisis de las características y condiciones de operación de la Planta Industrial, b) Visitas de campo a las instalaciones de la Planta Industrial y demás sitios probables para la ubicación de los sistemas de tratamiento, c) Participación en talleres con los responsables e interesados en el proyecto para discutir pros y contras de las alternativas, d) Preparación de informe detallado del diseño preliminar de las plantas. II. Análisis conceptual II.1.- Tratamiento Las cargas másicas de sólidos y de materia orgánica son la causa principal de los problemas que causa la descarga de LFDs en las lagunas de la Planta Industrial y para resolver el problema las alternativas son: a) Remover los sólidos y la materia orgánica de los LFDs antes de su descarga a la Planta Industrial y/o a alguna otra de las plantas de tratamiento con que cuenta la ciudad de Santa Cruz, 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 1 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz b) Construir un nuevo sistema de tratamiento específico para los LFDs sin descargar, necesariamente, a las plantas existentes. ´Los resultados de la evaluación de alternativas dependerán necesariamente de la disponibilidad y costos de terrenos para la construcción de las plantas. Para la remoción de sólidos y materia orgánica se considera que dos son las alternativas más apropiadas para las condiciones de Santa Cruz (altitud, clima, tipo de suelos, desarrollo tecnológico, etc.): a) Sistemas lagunares donde los sólidos se depositan en el fondo de las lagunas y pasan por un proceso de estabilización y mineralización y la materia orgánica disuelta se metaboliza por procesos biológicos en agua, metano, bióxido de carbono, etc. b) Plantas convencionales mecanizadas para el tratamiento de aguas residuales y sus lodos producidos. La estabilización mecanizada de los sólidos que se purgan de la línea de agua puede ser por digestión aerobia, con bajas inversiones iniciales pero altos costos de energía en su operación, o digestión anaerobia, con mayores costos de inversión inicial pero bajos costos de operación y mantenimiento. La alternativa aeróbica es preferible cuando hay escasez de recursos y las tasas de interés son altas y la alternativa anaeróbica es preferible si hay disponibilidad de recursos, o créditos, o subsidios, y el costo del capital es bajo. Para el caso de Santa Cruz se considera que la opción anaeróbica es la indicada. Para la deshidratación de los lodos estabilizados las alternativas son (i) vía lechos de secado, que son económicos, pero requieren de extensiones relativamente grandes de terreno, o (ii) procesos mecanizados, como filtros de banda, filtros prensa, centrifugas, etc., que son más compactos, pero más caros. Para el caso de Santa Cruz ambas opciones fueron analizadas. c) Una alternativa mixta es con tratamiento mecanizado convencional para el tratamiento del agua y un sistema lagunar para la estabilización y disposición final de los lodos. II.2.- Traslado de lodos En caso de reubicación del sitio de tratamiento y disposición final de los LFDs a algún otro de los sistemas lagunares con que cuenta la ciudad de Santa Cruz o a una planta construida ex profeso fuera de la ciudad para el tratamiento y disposición final de los LFDS, las alternativas de traslado de los LFDs son tres: a) Traslado con camiones tanque, como es la práctica actual, b) Traslado a través de un emisario existente o un nuevo emisario, c) Traslado vía una estación de bombeo y una línea de presión. La mejor alternativa dependerá de la ubicación del nuevo sitio y sus características específicas, como distancia, altitud, accesos vehiculares, geotecnia, etc. La viabilidad de reubicación de la descarga a alguna otra de las plantas existentes dependerá de la capacidad actual y futura de dichas plantas para recibir los LFDs, y con qué normas de calidad, la accesibilidad del sitio para los camiones cisterna, su distancia y a la aceptación social de las comunidades al tránsito de camiones. III. Generación y características de LFDs II.1.- Caudales SAGUAPAC y el estudio de la Iniciativa Piloto (IP) analizaron los datos de generación de LFDs y las condiciones de funcionamiento la Planta Industrial (PI) para el año 2016, cuadro 1, con resultados que arrojan información importante para el análisis de la gestión de los LFDs. El horario de trabajo de los camiones cisternas que trasladan los LFDs a la planta es de 8 horas por día, con un factor de caudales 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 2 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz pico de 1.5, bajo estas condiciones el caudal pico de LFDs es 4.5 veces más grande que el caudal medio (tres veces más grande por descargar sólo 8 de las 24 horas del día y 1.5 veces más grande por el factor de gasto pico durante esas 8 horas); para un sistema lagunar, con tiempo de retención hidráulica (TRH) y que recibe un caudal sustancialmente mayor de aguas residuales procedentes de la red de alcantarillado este incremento transitorio en caudal de llegada no afecta en forma significativa el funcionamiento de la planta, pero para una planta mecanizada, que sólo maneje los LFDs, si afectaría sustancialmente el buen funcionamiento de la planta, lo que obliga a poner un tanque de regulación antes de la planta. El volumen requerido para la regulación del caudal de entrada, considerado un factor razonable de seguridad, es del orden de 1.5 veces el caudal medio diario de agua residual y, para evitar el azolve de sólidos en el tanque de regulación será necesaria la instalación de mezcladores mecánicos que provoquen una turbulencia en el tanque lo suficientemente grande para evitar la decantación de los sólidos suspendidos presentes en los LFDs, obras que tiene un costo considerable de construcción y de consumo de energía. En términos porcentuales la aportación carga orgánica de los LFDs a la planta es de 8.8% del total, que puede parecer baja, pero también aporta un porcentaje importante en términos de sólidos en suspensión que contribuyen a un azolvamiento acelerado de las lagunas anaerobias, todo lo cual compromete la capacidad del PI para tratar los efluentes industriales que se generen en el futuro próximo. Cuadro 1.- Generación de LFDs y condiciones de funcionamiento de la Planta Industrial Datos SAGUAPAC, año 2016 Parámetro Valor Unidades Aportación de LFDs Caudal promedio 679 m³/día 8 l/s Factor pico 1.5 Horas de descarga por día 8 hr Caudal pico 35 l/s DBO 3,913 mg/l Carga de DBO 2,657 kg/día Red de alcantarillado de la zona industrial afluente a la PTAR Caudal 128 l/s DBO 2,500 mg/l Carga DBO 27,600 kg/día Sobrecarga por LFD Carga total 30,257 kg/día Aportación de LFDs 8.8% % DBO afluente a PTAR 2,582 mg/l Para este estudio se analizó la información disponible de generación de LFDs en los últimos tres años (de marzo 2015 a febrero 2017) con los resultados que se muestran en la figura 1. La curva de generación, muestra marcadas fluctuaciones en caudal medio mensual, de las cuales no se conoce una explicación, y se observa, además, una ligera tendencia de incremento en caudales a través del tiempo. Bajo un escenario inercial, en el año 2030 el caudal medio se incrementaría a sólo 12 l/s. Sin embargo, el crecimiento en caudales puede ser resultado de la implementación de nuevas políticas públicas sobre cobertura de las obras de drenaje y saneamiento, lo que afectaría la generación futura de LFDs, a este respecto es importante mencionar que los LFDs tiene dos orígenes claramente diferenciados: (i) los LFDs que proviene de las áreas industriales contiguas a la PI y (ii) los LFDs que proviene de las áreas periurbanas de la ciudad, y es razonable suponer que la generación de LFDs en el grupo (i) permanecerán constantes o crecerán a un ritmo muy bajo, en tanto que las provenientes de las áreas periurbanas 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 3 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz pueden crecer sustancialmente, sobre todo porque actualmente sólo 15 % de las viviendas con saneamiento in situ dan servicio periódico a sus fosas sépticas. Bajo estas condiciones se puede estimar la generación futura de LFDs bajo distintas suposiciones de incremento en la cobertura de los servicios de limpieza a las viviendas con saneamiento in situ, los resultados de un ejercicio de este tipo se presentan en el cuadro 2 bajo la suposición de que la cobertura de servicio de limpieza llegará al 100% al año 2030 (cuadro 2). 10 9 8 Caudal, l/s Promedio 7 2015-2017 660 m³/día 7.6 l/s 6 5 4 jun.-16 jun.-17 jun.-18 jun.-19 mar.-16 mar.-18 mar.-17 mar.-19 dic.-15 dic.-16 dic.-17 dic.-18 dic.-19 sep.-15 sep.-16 sep.-17 sep.-18 sep.-19 Figura 1.- Evolución en la generación de LFDS, escenario inercial de crecimiento Cuadro 2.- Proyección de generación de LFDs, escenario programado Año Parámetro Unidades 2016 2030 Población 1.6 2.2 M hab No. de viviendas 396,000 545,000 viv Cobertura de alcantarillado 51% 73% % Población con alcantarillado 0.8 1.6 M hab Viviendas con saneamiento in situ 152,000 147,000 viv 2,500 2,400 m3/día LFDs generados en áreas periurbanas 29 28 l/s 15% 100% % LFDs recolectados de áreas periurbanas 375 2,409 m3/día 4.3 27.9 l/s 304 304 m3/día LFDs de zona industrial 3.5 3.5 l/s 679 2,713 m3/día Caudal total de LFDs 7.9 31 l/s La comparación de los resultados de los dos escenarios refleja la incertidumbre que existe sobre la generación futura de LFDs y su dependencia en las políticas de gestión de residuos que adopten las autoridades, es de esperarse que los resultados de este estudio ayuden a las autoridades a tomar las decisiones sobre gestión de residuos más convenientes para la población. 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 4 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz III.2.- Características de los LFDs Las concentraciones medias de contaminantes en los LFDs para el período analizado, 2015 a 2017, (cuadro 3) son considerablemente más altas que las de las aguas residuales municipales (ARM). SAGUAPAC desarrolló un parámetro para comparar la carga contaminante de aguas residuales, en general con la carga contaminante de ARMs, la ecuación desarrollada es la siguiente: k = (DBO + DQO + SST) / 1,250 dónde: k = factor de carga, adimensional DBO = demanda bioquímica de oxígeno, en mg/l DQO = demanda química de oxígeno, en mg/l SST = sólidos suspendidos totales, en mg/l Para las ARMs las concentraciones medias de estos tres parámetros son 300, 650 y 300 mg/l, respectivamente, por lo que el factor de carga k es igual a 1. Para los LFDs, el factor de carga es 15.7, o sea que los LFDs son 15.7 veces más contaminantes que las ARMs Cuadro 3.- Características medias de los LFDs Parámetro Concentraciones Medias Masas Valor Unidades Valor Unidades Caudal 660 m³/día SST 4,579 mg/l 3.02 t/día SSF 1,729 mg/l 1.14 t/día SSV 2,849 mg/l 1.88 t/día DQO 7,675 mg/l 5.06 t/día DBO5 2,822 mg/l 1.86 t/día Factor de Carga "k" 12.06 DBO/DQO 0.35 SSV/SST 0.64 Los promedios, sin embargo, no reflejan los cambios que han tenido las concentraciones de contaminantes en los últimos tres años. Tanto la DBO como la DQO muestran ligeras tendencias de crecimiento en sus concentraciones; en la figura 2 se muestra la evolución de la DBO y la DQO y en la figura 3 el incremento en concentración de sólidos suspendidos volátiles (SSV) y sólidos suspendidos fijos (SSF), la suma de los dos es la concentración en SST. 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 5 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz 20,000 DQO Promedios DBO = 2,822 mg/l DBO DQO = 7,675 mg/l 15,000 Lineal (DQO) DBO y DQO en mg/l Lineal (DBO) 10,000 5,000 0 may.-… may.-… may.-… mar.-… mar.-… mar.-… jul.-15 ene.-16 jul.-16 ene.-17 jul.-17 sep.-15 sep.-16 sep.-17 nov.-15 nov.-16 Figura 2.- Evolución en concentración de DBO y DQO 10,000 Sólidos suspendidos fijos Promedio SSV = 2,849 mg/l Sólidos suspendidos volátiles SSF = 1,730 mg/l 8,000 SST = 4,579 mg/l Lineal (Sólidos suspendidos fijos) Concentraciones en mg/l Lineal (Sólidos suspendidos volátiles) 6,000 4,000 2,000 0 may.-15 may.-16 may.-17 mar.-15 mar.-16 mar.-17 sep.-15 sep.-16 ene.-16 ene.-17 jul.-15 nov.-15 jul.-16 nov.-16 jul.-17 sep.-17 Figura 3.- Evolución en la concentración de SSV, SSF y SST El resultado de estos incrementos en concentración es un creciente factor de carga, “k”, como lo muestra la figura 4. 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 6 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz 25 Promedio: 12.06 20 15 Factor de carga "k" 10 5 0 jun.-15 feb.-16 may.-16 may.-15 feb.-17 nov.-15 ene.-16 jun.-16 ene.-17 dic.-15 dic.-16 nov.-16 abr.-15 sep.-15 abr.-16 jul.-15 jul.-16 sep.-16 mar.-15 oct.-15 mar.-16 oct.-16 ago.-15 ago.-16 Figura 4.- Evolución en el factor de carga “k” Los incrementos en concentración, sumados a los incrementos en caudales, dan como resultado un incremento aún más acentuado en las cargas másicas, como se muestra en las figuras 5 y 6, de conservarse estas tendencias las necesidades de tratamiento serían mayores a las contempladas en este estudio. 15 DQO Promedio DBO DBO = 2.08 t/día Lineal (DQO) DQO = 5.24 t/día DBO y DQO en t/día 10 Lineal (DBO) 5 0 jul.-15 mar.-15 mar.-16 mar.-17 jul.-16 sep.-16 jul.-17 may.-15 sep.-15 may.-16 may.-17 sep.-17 ene.-16 ene.-17 nov.-15 nov.-16 Figura 5.- Evolución en la carga másica de DBO y DQO 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 7 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz 8 Sólidos suspendidos fijos Promedios Sólidos supendidos volátiles SSV = 1.88 t/día Lineal (Sólidos suspendidos fijos) SSF = 1.11 t/día 6 Lineal (Sólidos supendidos volátiles) SST = 2.99 t/día SSV, SSF en t/día 4 2 0 mar.-15 jul.-15 nov.-15 mar.-16 jul.-16 nov.-16 mar.-17 jul.-17 Figura 6.- Evolución en la carga másica de SSV, SSF y SST En lo que se refiere al pH, los datos indican un período anómalo de mayo de 2016 a marzo de 2017 (figura 7) con pHs mínimos por abajo de 6, lo que ciertamente podría afectar el buen funcionamiento de una planta mecanizada, en particular a los procesos anaeróbicos, como el caso de los Reactores Anaeróbicos de Flujo Ascendente (RAFAs), que son muy sensibles a bajos pHs, lo que obligaría a instalar un proceso previo de neutralización, lo que obligaría a una mayor inversión y mayores costos de operación. Para los fines de este estudio se consideró que los bajos pHs son una situación anómala y que, de volver a ocurrir, esta situación debería ser corregido en su origen y no en la planta de tratamiento. 12 Máximo Promedios 11 Mínimo Mínimo = 6.07 10 Máximo = 7.78 9 8 pH 7 6 5 4 3 2 may.-15 may.-16 may.-17 mar.-15 mar.-16 mar.-17 jul.-17 nov.-15 jul.-15 ene.-16 jul.-16 ene.-17 sep.-15 sep.-16 nov.-16 sep.-17 Figura 7.- Valores mínimos y máximos de pH en los LFDs 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 8 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz IV. Criterio de evaluación de alternativas de sitios descarga La factibilidad de las distintas alternativas de sitios para el tratamiento y disposición final de los LFDS depende no sólo de factores técnicos y económicos, sino también de factores sociales y de las políticas de desarrollo urbano que adopten las autoridades locales; en esta sección se pretende sólo identificar esos factores, sin pretender evaluarlos, tarea que sólo puede ser hecha por quienes mejor conocen las condiciones locales. Antes de entrar en la identificación de los sitios es pertinente recordar la opción de manejar los LFDs en dos instalaciones distintas: (i) una para los LFDs de la zona industrial y otra para (ii) los LFDs de la zona periurbana IV.1.- Plantas separadas En el cuadro 2 se presenta una generación de LFDs de la zona industrial de 304 m³/día y de 375 m³/día en las áreas periurbanas, y una proyección de baja o nula tasa de crecimiento en la zona industrial y un muy alto potencial de crecimiento en las áreas periurbanas; de ser ciertas estas proyecciones y por razones de cercanía, es conveniente evaluar la posibilidad de que los LFDs de la zona industrial sigan siendo descargados en la PI (con el tratamiento que sea necesario) y para los LFDs de las áreas periurbanas abrir el abanico de posibilidades a otras plantas de tratamiento de la ciudad o a una nueva planta exclusiva para los LFDs. La evaluación de estas alternativas debiera ser objeto de un nuevo estudio. IV.2.- Accesibilidad y distancia La práctica actual de transporte de los LFDs por camiones cisterna limita las opciones a sitios que (i) cuenten con los accesos adecuados para el tránsito de camiones, o bien invertir lo necesario para adecuar las vías de acceso y (ii) sitios cuya distancia no incremente en forma desmesurada el costo de transporte. En las condiciones actuales, el transporte de lodos se efectúa con un número aproximado de 60 camiones que hacen en promedio 1.5 viajes diarios, equivalentes 90 viajes de ida y 90 viajes de vuelta, 180 tránsitos de camiones, que en un día de trabajo de 12 horas equivale a 15 pasos por hora o un camión cada 4 minutos. La objeción a los costos de traslado a sitios lejanos puede ser solventada vía la construcción de centros de transferencia de lodos a partir de los cuales los lodos sean transferidos al sitio de tratamiento con la ayuda plantas de bombeo y líneas a presión. Cabe mencionar que entre los directivos de las empresas agrupadas en la ERL hay conocimiento de que esta solución ha sido exitosamente adoptada en algunas ciudades de Chile y Argentina. La solución, ilustrada en forma muy esquemática en la figura 8, requeriría de un área aproximada de 0.5 a una hectárea para la construcción de las áreas de maniobra, las fosas de recepción de lodos y el cárcamo de bombeo. La mejor solución, ilustrada en la figura 8, es con descarga por gravedad a emisarios existentes para su traslado al sitio de tratamiento. En caso de que la topografía no permita descargar por gravedad, y fuese necesarias una estación de bombeo y una línea a presión, debe mencionarse que los costos de transporte con camiones cisternas son más altos que los costos de transportes por bombeo y líneas a presión sólo cuando las distancias de transporte son largas y los volúmenes de lodos a transportar son grandes, en caso contrario es preferible el transporte por camiones cisterna, para el caso de Santa Cruz habría que hacer un análisis específico para la distancia a la que se ubiquen las lagunas y para los volúmenes de lodos a manejar. Un factor importante a considerar es que, en tanto que los lodos se trasladen en camiones, los costos de traslado son repercutidos por las ETRL directamente a los generadores de los LFDs, en cambio, si fuesen trasladados vía estaciones de transferencias, los diluiría SAGUAPAC entre todos sus afiliados. 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 9 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz Descarga por gravedad a emisario existente Figura 8.- Centros de transferencia de LFDS a emisarios existentes o a líneas de presión IV.3.- Capacidad de recepción de cargas de contaminantes Para determinar la viabilidad de recepción de los LFDs en plantas existentes es necesario determinar no sólo la capacidad actual de la planta para recibir las cargas másicas adicionales sino también la capacidad futura, pues algunas de las plantas existentes que están trabajando por debajo de su capacidad de diseño tiene programado un incremento en los caudales de llegada de ARM derivado de las ampliaciones en proceso o en programa de las redes de alcantarillado de sus áreas tributarias. IV.4.- Aceptación social, restricciones ambientales y urbanísticas. Es un hecho conocido por las autoridades locales que ciertas opciones de tránsito y disposición de LFDs no son factible por razones de carácter social, ambiental y urbanístico. V. Alternativas de sitios de disposición Las alternativas de disposición de los LFDs pueden agruparse en dos categorías: (i) descarga en plantas existentes o (ii) construcción de nuevas instalaciones para el tratamiento de los LFDs. En ambos casos se anticipa que los LFDs deben ser tratados antes de su descarga, y en ambos casos las normas de calidad de efluente deben ser equiparables a aguas residuales con un factor de carga “ k” no mayor a 2.5; este fue el criterio seguido en el diseño preliminar de alternativas. V.1.- Plantas existentes: características y eficiencias La ciudad de Santa Cruz cuenta actualmente con siete plantas de tratamiento (figura 9), todos son sistemas lagunares conformados por lagunas anaerobias seguidas de lagunas facultativas y lagunas de maduración. Seis de esas plantas son operadas por SAGUAPAC y una por COOPAGUAS. Los datos disponibles para cuatro de las siete plantas (cuadro 4) indican similares condiciones de diseño para las plantas municipales y cargas de diseño considerablemente más altas para la PI, que recibe los LFDs y las descargas de la zona industrial. 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 10 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz Figura 9.- Ubicación de las siete plantas existentes de tratamiento Cuadro 4.- Características y condiciones de operación de plantas existentes Cargas Caudal Área Volumen Lag. anaerobias, g/m³-día TRH Planta Lagunas Lag. facultativas, kg/ha-día m3/día l/s ha m3 DBO DQO SST días Anaerobias 4 115,583 335 996 602 8 Facultativas 17 340,000 683 2,032 23 Industrial 15,000 174 Maduración 8 168,000 11 Sumas 29 623,583 42 Anaerobias 4 175,500 82 178 82 4 Este Población Facultativas 17 412,500 262 567 9 48,000 556 de diseño = Maduración 30 600,000 13 280,000 hab Sumas 50 1,188,000 25 Anaerobias 2 96,000 94 203 94 3 Sur Población Facultativas 11 262,500 257 557 9 30,000 347 de diseño = Maduración 11 262,500 9 400,000 hab Sumas 23 621,000 21 Anaerobias 4 181,190 36 65 42 16 Facultativas 11 258,628 97 767 22 COOPAGUAS 11,578 134 Maduración 11 192,638 17 Sumas 26 632,456 55 Notas: 1.- La eficiencia supuesta de las lagunas anaerobias fue de 70%, 2.- Las concentraciones de diseño de los afluentes son las siguientes: PI P. Este, P. Sur COOPAGUAS DBO mg/l 2,582 300 570 DQO mg/l 7,675 650 1,020 SST mg/l 4,635 300 650 3.- Las concentraciones de DQO y SST de la PI fueron estimados a partir de los datos de los LFDs 4.- La DBO real del afluente de la planta Este es cercana a los 400 mg/l 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 11 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz Con todo y las diferencias en criterios de diseño, la calidad del efluente de la PI es similar a las de las plantas municipales. 300 250 DBO, DQO, SST, mg/l 200 Promedios 150 DBO DBO = 53 mg/l DQO = 246 mg/l DQO SST = 183 mg/l 100 SST 50 0 06-mar.-17 10-abr.-18 23-oct.-15 31-ene.-16 26-nov.-16 31-dic.-17 22-sep.-17 18-ago.-16 14-jun.-17 10-may.-16 Figura 10.- Calidad del efluente de la PI: DBO, DQO y SST 350 Promedios 328 Concentraciones en mg/l DBO = 64 mg/l DBO DQO SST 300 DQO = 206 mg/l 234 SST = 98 mg/l 242 250 195 200 168 150 131 124 119 93 97 100 67 62 62 67 47 51 50 22 0 Este Norte 1 Norte 2 Norte 3 Sur COOPAGUAS Figura 11.- Calidad de los efluentes de las plantas municipales: DBO, DQO y SST La DBO y DQO presentes en los efluentes se deben, principalmente, a la presencia se sólidos orgánicos disueltos y suspendidos, en los efluentes de las lagunas; las concentraciones medias de sólidos orgánicos, en sus componentes suspendida y disuelta, de la plantas de Santa Cruz se muestran en las figuras 12 y 13. 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 12 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz 160 Promedios 140 Fijos Volátiles SSF = 14 mg/l Concentración en mg/l 120 SSV = 84 mg/l 100 SST = 98 mg/l 80 111 102 60 84 80 40 41 20 13 13 20 17 10 0 Norte 1 Norte 2 Norte 3 Este Sur Figura 12.- Calidad de los efluentes de las plantas municipales: sólidos suspendidos 900 Promedios Fijos Volátiles SDF = 396 mg/l 800 SDV = 149 mg/l Concentración en mg/l 700 SDT = 545 mg/l 600 500 139 163 151 147 400 147 300 200 384 431 418 394 351 100 0 Norte 1 Norte 2 Norte 3 Este Sur Figura 13.- Calidad de los efluentes de las plantas municipales: sólidos disueltos En promedio, la concentración de SV es de 233 mg/l, de los cuales el 64% se encuentra en forma disuelta y el resto en forma suspendida. En resumen, las plantas de Santa Cruz, tanto la PI como las plantas que tratan ARM, exhiben eficiencias de remoción de contaminantes (cuadro 5) características de sistemas lagunares, sin embargo su capacidad para recibir los LFDs que se generan actualmente y los que se generarán en el futuro comprometería la capacidad de las plantas para recibir lo incrementos en generación de ARM de años venideros, sin contar con impedimentos de carácter social, ambiental y urbano, como se describen en la siguiente sección. Cuadro 5.- Calidad de los efluentes y factor de carga de las plantas de tratamiento Plantas municipales Planta Parámetro Norte 1 Norte 2 Norte 3 Este Sur Promedio Industrial SST 93 97 131 119 51 98 183 DQO 168 195 242 234 67 181 246 DBO 47 62 62 67 22 52 53 Factor de carga "k" 0.25 0.28 0.35 0.34 0.11 0.27 0.39 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 13 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz Cuadro 6.- Eficiencias de remoción de contaminantes de las plantas de tratamiento Parámetro Norte 1 Norte 2 Norte 3 Este Sur P. Ind. COOPAGUA DBO 84% 80% 79% 78% 93% 98% 78% DQO 74% 70% 63% 64% 90% 68% SST 69% 68% 56% 60% 83% 32% V.2.- Diagnóstico: viabilidad de recepción de LFDs Los comentarios que se presentan en esta sección son una recopilación de observaciones verbales recibidas de los responsables de la operación de las plantas en las visitas de campo realizadas los días 4, 5 y 6 de diciembre de 2017 y deben ser validadas por las autoridades locales. a) Planta Este Recibe descargas de una zona contigua no considerada en las condiciones de diseño, y la DBO del afluente es 33% (400 vs. 300 mg/l) mayor que la de diseño; la eficiencia estimada de las lagunas anaerobias es de sólo 60%, en conclusión, la planta se encuentra sobrecargada y no sería recomendable cargarla aún más con los LFDs. b) Planta Sur La población actualmente servida es del orden de 200,000 hab, 50% de la población de diseño, pero están en proceso obras de ampliación de la red de alcantarillado que incrementarán el caudal de ARM de llegada a la planta. Recientemente se construyó una expansión de la planta para el tratamiento de los lixiviados del relleno sanitario municipal. La planta cuenta con terrenos para la construcción de una planta de co-tratamiento de los LFDs, sin embargo, hay dos objeciones potenciales a su uso para tratar los LFDs (i) el incremento en la longitud del trayecto que tendrían que recorrer los camiones cisterna, y (ii) las objeciones de los vecinos al tránsito de camiones cisterna con LFDs por las calles de la localidad. Ambas objeciones podrían ser solventadas si se opta por el transporte de los LFDs vía una estación de transferencia y una línea a presión. c) Plantas Norte 1, 2 y 3 Las plantas Norte 1 y 3 podrían recibir LFDs, siempre y cuando se sometieran a un tratamiento previo para reducir la carga orgánica, la viabilidad de la opción está sujeta a dos condiciones: (i) disponibilidad de terreno para las obras de pretratamiento, presumiblemente una laguna anaerobia con 25 a 30 días de TRH, y a la adecuación de la vía de acceso, pues en la vecindad de la planta se ubican una escuela y centros comunitarios y la única vía libre es demasiado angosta para permitir el paso de dos camiones cisternas simultáneamente. d) Planta COOPAGUAS La planta podría recibir los LFDs, preferentemente con un pretratamiento en lagunas anaerobias (que son razonablemente económicas) que reduzcan la carga orgánica en un 60% o 70%, siempre y cuando se confirme la disponibilidad de terreno, pero hay dos objeciones que deben ser solventadas: (i) un incremento significativo en el trayecto que deben recorrer los camiones cisterna, y (ii) el último tramo del recorrido, con una longitud aproximada de 1,300 m es demasiado angosto para permitir el paso simultáneo de dos camiones y los terrenos aledaños están ya construidos, además de la presencia de un centro comunitario a la vera del camino. Estas dos objeciones podrían ser solventadas si se optara por la solución antes mencionada de una estación de transferencia y una línea a presión para el traslado de los lodos en el último tramo del recorrido, siempre y cuando se consiguiera un terreno con las dimensiones adecuadas y no hubiese objeción de los vecinos. 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 14 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz VI. Alternativas de tratamiento VI.1.- Definición de alternativas Los objetivos del tratamiento son la remoción de materia orgánica y de sólidos suspendidos y producir un efluente con un factor de carga “k” no mayor a 2.5, bajo estas premisas se identificaron tres alternativas de trenes de procesos de tratamiento consistentes en un sistema lagunar dependiente de procesos naturales para la depuración de las aguas residuales, un sistema tecnificado con procesos mecanizados para el tratamiento del agua y de los lodos, y una solución intermedia con procesos tecnificados para el tratamiento de las aguas y procesos naturales para la estabilización de los lodos. En todas las alternativas el tren de tratamiento va precedido de una unidad de pretratamiento consistente en rejas gruesas, rejillas finas o tamices de 2 mm y desarenado, similar al que emplean las plantas actuales. Las alternativas se ilustran en la siguiente figura. A Pretrata- Laguna Lagunas miento anaerobia facultativas B Pretrata- Sed. RAFAS miento Primaria Laguna Lagunas anaerobia facultativas C Pretrata- Sed. RAFAS miento Primaria Espesamiento C1 Lechos de secado Digestión anaeróbica C2 Filtros de banda Figura 14.- Alternativas de tratamiento VI.2.- Alternativa A: Lagunas de estabilización La alternativa A está conformada por una laguna anaerobia seguida de dos lagunas facultativas en serie. La calidad esperada del efluente corresponde a un factor de carga de menos de 1, que se considera apropiado para su descarga en alguna de sus plantas existentes, en caso de que las condiciones particulares de descarga a un cuerpo receptor exigieran un mejor nivel de calidad las opciones de tratamiento complementario serían, no necesariamente excluyentes, las de construir lagunas de 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 15 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz maduración o adicionar un proceso mecanizado de microcribado que es altamente eficiente en la remoción de sólidos suspendidos y de DBO y DQO suspendida normalmente presente en los efluentes de las lagunas de estabilización. Para la alternativa de lagunas no se considera necesario contar con un tanque previo de regulación de caudales, pues los altos tiempos de retención hidráulica, del orden de varias semanas, pueden absorber las fluctuaciones en caudal de llegada, pues las cisternas de transporte de lodos operan por sólo 8 o 10 horas por día. Para el diseño de los sistemas lagunares se consultaron los criterios recomendados por la Agencia de Protección Ambiental de los EUA1, el Banco Mundial 2y experiencias recientes en el tratamiento de aguas residuales con altas concentraciones de contaminantes en diversos proyectos de Australia 3, cabe mencionar que los criterios seguidos son consistentes con los criterios empleados en el diseño de los sistemas lagunares del Plan Maestro Metropolitano de Agua y Saneamiento de Santa Cruz del año 2015 y congruentes también con los criterios de diseños de los sistemas lagunares de las plantas actuales de la ciudad. En la estimación de las eficiencias de remoción de DBO se empleó la ecuación cinética de Wehner-Wilmer, tal como se hizo en el estudio del Plan Maestro, inclusive para las lagunas anaerobias, y la bondad de las predicciones hechas con esta ecuación depende de la selección de la constante cinética, misma que ha sido desarrollada para aguas residuales domésticas con concentraciones de contaminantes mucho menores que las de los LFDs, lo que introduce un elemento de incertidumbre en los estimados de calidad del efluente; los resultados de calidad que aquí se presentan deben por lo tanto ser tomados con gran cautela. Para los costos de la obra civil se emplearon costos unitarios obtenidos de las experiencias de construcción de las lagunas de Sta. Cruz. VI.3.- Alternativa B: Planta mecanizada en línea de agua y lagunas para lodos En la alternativa B el sistema de tratamiento está conformado por un sedimentador primario seguido de un reactor anaeróbico de flujo ascendente (RAFA). Para esta alternativa la planta si requiere de un tanque de regulación de caudales para garantizar un caudal uniforme de alimentación a la planta de tratamiento. El tanque de regulación requiere de mezcladores para evitar el azolvamiento del tanque. Tanto el sedimentador primario como el RAFA producen lodos que deben ser tratados. En esta alternativa los lodos serían tratados en un sistema lagunar similar al de la alternativa A pero, obviamente, con dimensiones considerablemente menores. En caso de requerirse una mejor calidad del efluente, el tren de procesos de la línea de agua podría complementarse con un proceso aeróbico de tratamiento, como sería un proceso convencional de lodos activados, seguido de desinfección con cloro y el efluente de las lagunas de lodos con los procesos mencionados en el inciso anterior. 1 United States Environmental Protection Agency Wastewater Technology Fact Sheet Anaerobic Lagoons, https://www3.epa.gov/npdes/pubs/alagoons.pdf 2 Notes on the Design and Operation of Waste Stabilization Ponds in Warm Climates of Developing Countries, J.P. Arthur, The World Bank, Technical Paper N° 7, Washington, D.C., U.S.A., http://documents.worldbank.org/curated/en/941141468764431814/Notes-in-the-design-and-operation-of-waste- stabilization-ponds-in-warm-climates-of-developing-countries 3 Application of Covered Anaerobic Lagoons for pretreatment of Wastewater in red meat and other industries Mitchell Laginestra, Anthony Allan, http://www.ghd.com/pdf/industrial-water-CAL%20paper_Pre-Treatment-IWA- Conference_LAGINESTRA%20_Shanghai%202014.pdf Wastewater Treatment Pond Systems An Australian Experience, Mitchell Laginestra, GHD, mitchell_laginestra@ghd.com.au, Robbert vanOorschot, GHD, robbert_vanoorschot@ghd.com.au, http://www.ghd.com/pdf/industrial-water-CAL%20paper_Pre-Treatment-IWA- Conference_LAGINESTRA%20_Shanghai%202014.pdf 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 16 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz Para las plantas mecanizadas se emplearon los criterios de diseño de dos autoridades: la Water Enlviromental Federation 4, y el texto de referencia de Metcalf & Eddy, Inc. 5 . Para el anteproyecto y antepresupuesto de las plantas mecanizadas se hizo uso del programa de cómputo CapdetWorks, versión 3.06. Para los costos de las plantas mecanizadas se utilizaron índices de precios y precios unitarios desarrollados en los años 2015 y 2016 para los anteproyectos de plantas de tratamiento en Tarija y Sacaba, los índices y precios unitarios empleados se presentan en el cuadro 7. Cuadro 7.- Precios unitarios e índices de costos Descripción Valor Unidades Valor Unidades Building Cost 900 Dlls/m2 6,219 Bs/m2 Excavation 6.40 Dlls/m3 44 Bs/m3 Wall Concrete 700 Dlls/m3 4,837 Bs/m3 Slab Concrete 500 Dlls/m3 3,455 Bs/m3 Crane Rental 250 Dlls/hr 1,728 Bs/hr Canopy Roof 170 Dlls/m2 1,175 Bs/m2 Electricity 0.10 Dlls/kWh 0.69 Bs/kWh Hand Rail 200 Dlls/m 1,382 Bs/m Land Costs 0 Dlls/ha 0 Bs/ha Construction Labor Rate 6.50 Dlls/hr 45 Bs/hr Operator Labor Rate 7.50 Dlls/hr 52 Bs/hr Administration Labor Rate 7.50 Dlls/hr 52 Bs/hr Laboratory Labor Rate 7.50 Dlls/hr 52 Bs/hr Hydrated Lime-[Ca(OH)2] 0.18 Dlls/lb 1.24 Bs/lb Al2(SO4)3*14H2O 0.27 Dlls/lb 1.87 Bs/lb Ferric Chloride 0.36 Dlls/lb 2.49 Bs/lb Polymer 1.30 Dlls/lb 8.98 Bs/lb Citric Acid 50% 0.52 Dlls/lb 3.59 Bs/lb NaOCl 14% 9.76 Dlls/cuft 67.4 Bs/cuft Interest Rate 12.5 % Construction Period 0 years Operating Life of Plant 25 years Cost Indices MAS - Marshall and Swift Index 1,585.70 ENR - Engineering News Records Cost Index 9,834.60 PIPE - Pipe Cost Index 878.20 HECI - Hydromantis Equipment Cost Index 100.00 HCCI - Hydromantis Construction Cost Index 60.00 HPCI - Hydromantis Pipe Cost Index 100.00 4 Design of Municipal Wastewater Treatment Plants MOP 8, Fifth Edition, https://www.amazon.com/Design- Municipal-Wastewater-Treatment-Practice/dp/0071663584 5 Wastewater Engineering: Treatment and Reuse 4th Edition, by Metcalf & Eddy Inc., George Tchobanoglous, Franklin L. Burton, H. David Stensel, https://www.amazon.com/Wastewater-Engineering-Metcalf-Eddy- Inc/dp/007124140X 6 CapdetWorks 3.0, Preliminary Plant Design and Costing, http://www.hydromantis.com/CapdetWorks.html 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 17 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz Es importante mencionar que los presupuestos que aquí se presentan corresponden únicamente a los costos directos de las unidades de proceso y sus obras complementarias tales como instalaciones eléctricas, hidráulicas y sanitarias, instrumentación y control, oficinas de administración y laboratorios, etc., de acuerdo con los criterios normalmente empleados en plantas de los EUA razón por la cual pudieran resultar sobreestimados para las condiciones de Sta. Cruz. No se incluyen los costos indirectos tales como: planeación, proyectos de ingeniería, supervisión de obra y de proyecto, administración del proyecto, gastos legales y administrativos, ni costos de terreno, acometidas eléctricas, y accesos, etc., todo lo cual, sumado, puede representar hasta un 30% o 40% del monto total de la obra. Las memorias de cálculo se presentan en tres anexos de este informe, 1. lagunas de estabilización de la alternativa A, 2. lagunas de estabilización para los lodos de la línea de agua de la planta mecanizada 3. plantas mecanizadas de las alternativas B y C VI.4.- Alternativa C: Planta mecanizada La alternativa C consiste en una planta mecanizada con un tren de procesos para la línea de agua similar al ya descrito en la alternativa B, la diferencia con respecto a la alternativa B es que en este caso los lodos producidos son espesados y estabilizados por un proceso de digestión anaeróbica. En la memoria de diseño de las alternativas B y C se incluye la estimación de la generación de gas metano en el reactor anaeróbico que sirve para un posible análisis posterior de los costos y beneficios de su aprovechamiento para la generación de energía calorífica y de energía eléctrica. Para la deshidratación de los lodos estabilizados se analizaron dos variantes, la primera, llamada alternativa C.1 cuenta con lechos de secado para la deshidratación de los lodos por la acción del viento y la temperatura y la variante denominada C.2 emplea equipos mecanizados para la deshidratación de los lodos, en este ejercicio se usaron filtros de banda pero bien pueden usarse otros de los muchos equipos que ofrece el mercado equipos como filtros prensa, equipos de volutas o centrifugas. Los criterios de diseño y de costeo empleado fueron los ya mencionados para las alternativas A y B. VII. Anteproyectos y antepresupuestos VII.1.- Alternativa A: Lagunas de estabilización El sistema lagunar va precedido de un pretratamiento con rejas gruesas, rejillas finas y desarenado, similar al que se describe de manera sólo ilustrativa en la memoria de cálculo de las plantas mecanizadas, en particular la unidad de desarenado que debería llevar una unidad de desengrasado, pues la presencia de grasas puede afectar adversamente el funcionamiento de la laguna anaerobia; estos equipos generalmente se compran de patente (tipo Vortex™, Pista™, o aireados de flujo helicoidal). Los costos estimados de la unidad de pretratamiento se presentan en el cuadro siguiente. 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 18 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz Cuadro 8.- Costos de unidad de pretratamiento Construc- Manteni- Prod Amorti- Operación Materiales Energía ción miento Quim. zación Concepto miles miles miles miles miles miles miles Bs Bs/año Bs/año Bs/año Bs/año Bs/año Bs/año Trat. preliminar 264 22 9.1 6.0 0 5.6 34 La memoria de cálculo de las lagunas de estabilización se presenta en el Anexo 1 de este informe; sus principales dimensiones y características se presentan en el cuadro 9. Cuadro 9.- Dimensiones, costos y características de las lagunas de estabilización, alternativa A Caudal de diseño = 10 l/s Concepto Unidades Anaerobia Facultativa 1 Facultativa 2 Sumas Tiempo de retención días 12 32 13 57 g/m3-día 232 Carga orgánica kg/ha-día 458 Volumen m³ 10,514 27,590 11,553 49,656 Área superficial m2 3,551 12,692 6,594 22,837 Largo, espejo de agua m 60 211 110 380 Ancho, espejo de agua m 60 60 60 60 Pendiente de talud interno m/m 0.4 0.4 0.4 - Tirante de agua m 4.50 2.50 2.00 Eficiencia de remoción % 64% 77% 49% 96% Acumulación de sólidos m³/año 1,128 - - Costo de construcción miles Bs 1,077 2,803 1,332 5,212 Costos de pretratamiento miles Bs 264 Costo total de la alternativa miles Bs 5,476 La calidad esperada del agua en el efluente y en las distintas etapas del proceso se muestra en el siguiente cuadro: Cuadro 10.- Calidad del agua a lo largo del proceso, alternativa A Anaerobia Facultativa 1 Facultativa 2 Parámetro Unidades Afluente Afluente Afluente Efluente DBO mg/l 2,822 1,022 234 120 DQO mg/l 7,675 346 SST mg/l 4,579 283 k 12.06 0.60 En la siguiente figura se presentan en formas esquemáticas dos posibles arreglos de disposición sobre el terreno del sistema lagunar de los cuales se concluyen que los requerimientos de área serían aproximadamente 4 a 5 has, sin considera las franjas de protección ambiental que puedan ser requeridas por la autoridad ambiental. 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 19 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz Figura 15.- Acomodo de las lagunas sobre el terreno, alternativa A Resulta relevante observar la relación entre inversión acumulada y calidad del efluente en las distintas etapas del proceso, figura 16, pues, como es común en muchos procesos, el beneficio marginal es decreciente y los alcances del tratamiento deben ser definidos en función de la calidad deseada en el efluente. 3,000 2,822 Calidad del efluente, DBO, mg/l 2,500 Afluente 2,000 1,500 Efluente de laguna 1,022 anaerobia Efluente de laguna 1,000 facultativa 2 500 Efluente de laguna facultativa 1 234 120 0 0 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 Inversión, miles Bs Figura 16.- Costos y resultados de lagunas para LFDs, alternativa A 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 20 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz VII.2.- Alternativa B: Planta mecanizada en línea de agua y lagunas para lodos El tren de procesos que conforma la alternativa B se presenta en la figura 17. Figura 17.- Tren de procesos de la alternativa B Las dimensiones de las unidades de la planta mecanizada para la línea de agua se presentan en el cuadro 11. Cuadro 11.- Dimensiones de las unidades de proceso de la línea de agua, alternativa B Número de Profundidad Diámetro Largo Ancho Área Proceso unidades m m m m m2 Regulación 1 1.5 23.9 23.9 571 Tratamiento preliminar 2 1.2 76 Sedimentación 1ria 2 2.7 4.0 25 RAFA 1 5.0 5.7 25 Como se puede observar en este cuadro la mayor estructura de la planta es la del tanque de regulación, consecuencia del régimen de suministro de lodos en períodos de 8 a 10 horas por día y que debe ser regulado para alimentar un caudal constante a las unidades de tratamiento de la planta. Los costos desagregados por proceso de construcción de la línea de agua se presentan en cuadro 12. Cuadro 12.- Costos desagregados por proceso de la línea de agua, alternativa B Construcción Operación Mantenimiento Materiales Energía Concepto M Bs miles Bs/año miles Bs/año miles Bs/año miles Bs/año Regulación 1.057 12 5 6 67 Trat. preliminar 0.240 19 8 6 6 Sedimentación 1ria 0.815 32 15 8 6 RAFA 2.425 133 38 41 6 Otros costos 2.557 107 0 0 0 Suma 7.094 302 66 61 84 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 21 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz Los dos conceptos de costos que más impactan a la planta son los del tanque de regulación (22% del total de los costos de unidades de proceso), por las razones antes citadas, y los “otros costos” (instalación eléctrica, interconexiones hidráulicas y sanitarias, instrumentación y control, oficinas y laboratorios, vialidades, bardas, etc.), que son calculados como un porcentaje de los costos directos de construcción de las unidades de proceso (el porcentaje es una función del caudal de diseño) y que debieran ser revisados en función de lo que es práctico y acostumbrado en las plantas de Santa Cruz. Estas dos observaciones son válidas también para la alternativa C que se presenta en la siguiente sección de este informe. La producción de lodos provenientes del sedimentador primario y los RAFAs es de 2.11 l/s con las características que se presentan en cuadro 13. Cuadro 13.- Producción de lodos en la línea mecanizada de tratamiento de agua Concepto Valor Unidades Caudal medio 182 m3/d SST 19,900 g/m3 % sólidos volátiles 62 % DBO 5,110 g/m3 DBO disuelta 499 g/m3 DQO 23,100 g/m3 DQO disuelta 2,600 g/m3 k 38.5 Para la estabilización de los lodos la alternativa B incorpora un sistema lagunar de características parecidas al de la alternativa A, las dimensiones y características del sistema lagunar se presentan en el cuadro 14. Cuadro 14.- Dimensiones, costos y características de las lagunas de estabilización, alternativa B Concepto Unidades Anaerobia Facultativa 1 Facultativa 2 Total Tiempo de retención días 21 31 13 65 g/m3-día 249 Carga orgánica kg/ha-día 435 Volumen m³ 3,738 5,718 2,362 11,818 Área superficial m2 1,126 2,604 1,600 5,330 Largo, espejo de agua m 45 104 64 214 Ancho, espejo de agua m 25 25 25 25 Pendiente de talud interno m/m 1.0 1.0 0.4 - Tirante de agua m 4.50 2.50 2.00 Eficiencia de remoción % 80% 77% 49% 98% DBO afluente mg/l 5,110 1,006 227 5,110 DBO efluente mg/l 1,006 227 116 116 Acumulación de sólidos m³/año 939 - - Costo de construcción miles Bs 358 578 303 1,239 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 22 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz Debido a las altas concentraciones de contaminantes en los lodos de alimentación, las lagunas “facultativas” es posible que trabajen más como lagunas anaerobias, y la calidad de los efluentes sea de menor calidad que la que predicen las ecuaciones. Dos posibles acomodos sobre el terreno de las lagunas para lodos de esta alternativa se presentan en la figura 18, la extensión de terreno requerida es del orden de 1.5 a 2 ha, sin considera las franjas de protección ambiental que puedan ser requeridas por la autoridad ambiental. Figura 18.- Acomodo sobre el terreno de las lagunas de lodos, alternativa B Las observaciones sobre los beneficios marginales decrecientes hechas acerca de las lagunas de la alternativa A son igualmente válidas para las lagunas de lodos de la alternativa B, como lo muestra la figura 19. 6,000 Calidad del efluente, DBO, mg/l 5,000 5,110 4,000 3,000 2,000 1,006 1,000 227 116 0 0 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 Inversión, miles Bs Figura 19.- Costos y resultados de lagunas para lodos, alternativa B 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 23 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz VII.3.- Alternativa C: Planta mecanizada La alternativa consiste en una planta mecanizada para el tratamiento de los LFDs con dos variantes, la primera (C.1) con lechos de secado para la deshidratación de los lodos producidos en la planta y la segunda (C.2) con filtros de banda. El tren de procesos para la alternativa C.1 se presenta en la figura 20. Línea de agua Línea de lodos Figura 20.- Tren de procesos para la alternativa C.1 Los costos desagregados de construcción, operación y mantenimiento de esta alternativa se presentan en el cuadro 15. Cuadro 15.- Costos desagregados por proceso de la planta mecanizada, alternativa C.1 Construcción Operación Mantenimiento Materiales Energía Amortización Concepto M Bs miles Bs/año miles Bs/año miles Bs/año miles Bs/año miles Bs/año Regulación 1.06 12.16 5.74 6.36 66.96 142 Trat. preliminar 0.24 18.86 9.05 5.99 5.58 31 Sedimentación 1ria 0.86 31.86 16.45 8.02 5.62 116 RAFA 2.56 147.87 43.19 43.46 6.77 468 Espesamiento 1.44 21.01 12.85 14.37 4.98 196 Digestión Anaerob. 13.41 71.17 36.48 121.62 76.70 1,817 Lechos de secado 3.53 155.48 61.78 31.79 0.00 461 Otros costos 2.56 107.11 0.00 0.00 0.00 337 Suma 25.65 565.51 185.53 231.60 166.61 3,570 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 24 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz La extensión, neta de terrenos para los lechos de secado se estima en 5,000 m2. Los costos de mano de obra de operación en Bolivia fueron calculados a partir de un sueldo base y su factor de indirectos (vacaciones, días festivos, pensión, seguro médico, etc.) de 6,000 Bs/mes con un factor de productividad de 1.5 con la siguiente expresión: Sueldo base * Factor de Indirecto * Factor de Productividad = Costo Sueldo base * Factor de Costo Factor de Indirectos Productividad Bs/mes Bs/mes 6,000 1.5 9,000 Factor de Productividad es la relación entre la productividad de un obrero trabajando en las condiciones de EUA (equipo, entrenamiento, herramientas, etc.) y un obrero trabajando en las condiciones de Santa Cruz, si en un proceso en EUA se emplean 2 obreros y en el mismo proceso en Santa Cruz se emplean 3 obreros, el Factor de Productividad es de 1.5. Y el costo expresado en dlls/hr es el que a continuación se indica: 9,000 Bs/mes = 7.50 dll/hora trabajada * 173.6 horas trabajadas/mes * 6.91 Bs/ dll El tren de procesos para la alternativa C.2 se presenta en la figura 21. Línea de agua Línea de lodos Figura 21.- Tren de procesos para la alternativa C.2 Los costos desagregados de construcción, operación y mantenimiento de esta alternativa se presentan en el cuadro 16. 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 25 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz Cuadro 16.- Costos desagregados por proceso de la planta mecanizada, alternativa C.2 Construc- Opera- Manteni Prod. Amorti- Materiales Energía ción ción miento Quim. zación Concepto miles miles miles miles miles miles M Bs Bs/año Bs/año Bs/año Bs/año Bs/año Bs/año Regulación 1.06 12.2 5.5 6.4 0.0 67.0 142.3 Trat. preliminar 0.24 18.9 8.8 6.0 0.0 5.6 31.0 Sedimentación 1ria 0.86 31.9 15.9 8.0 0.0 5.6 116.1 RAFA 2.58 150.6 41.9 43.9 0.0 7.0 471.3 Espesamiento Grav. 1.44 21.0 12.4 14.4 0.0 5.0 196.2 Digestión 13.41 71.2 35.3 121.6 0.0 76.7 1,817.3 anaeróbica Filtro de banda 5.02 9.7 1.9 0.0 221.8 39.7 671.7 Otros costos 2.56 107.1 0.0 0.0 0.0 0.0 337.2 Suma 27.15 422.5 121.7 200.2 221.8 206.5 3,783.1 Como se puede observar en los cuadros anteriores, la alternativa de deshidratación tiene un costo adicional de 1.5 M Bs, que sólo sería recomendable si no se contase con terreno para la construcción de los lechos de secado. En ambas alternativas la calidad de las aguas es básicamente la misma, como se muestra en el cuadro 17. Cuadro 17.- Calidad del efluente, alternativas C.1, C.2 Parámetro Alternativa C.1 Alternativa C.2 Unidades SST 385 371 g/m3 % sólidos volátiles 62.2 62.2 % DBO 320 309 g/m3 DBO disuelta 105 101 g/m3 DQO 2360 2270 g/m3 DQO disuelta 2000 1930 g/m3 La producción de lodos que deberán ser dispuesto en algún relleno sanitario de las dos alternativas es la mostrada en el cuadro 18 Cuadro 18.- Generación de lodos a relleno sanitario en alternativas C.1 y C.2 C 1.- Mecanizada C 2.- Mecanizada con Concepto con lechos de Unidades filtros de banda secado Concentración de sólidos 50 % 19 % % Volumen generado 5 14 m³/día 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 26 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz VII.4.- Resumen de alternativas En el cuadro 19 se presenta un resumen económico de las alternativas. Cuadro 19.- Resumen económico de alternativas Caudal de diseño = 864 m³/día n = 25 años = 315,360 m³/año i = 12.5% Paridad = 6.91 Bs/dll Anualidad = 13.2% Costos Construc- Costo Amorti- Operación Costo Valor ción anual (1) zación y Mant. (5) unitario presente Concepto total M M Bs M Bs/año M Bs/año Bs/m³ M Bs Bs/año A.- Lagunas (Aprox. 4 ha (2), (3)) 5.2 0.69 0.20 0.89 2.81 6.7 B.- Línea de agua mecanizada y lagunas 8.4 1.10 0.66 1.77 5.60 14.3 para los lodos C 1.- Mecanizada con lechos de secado (4) 25.6 3.38 1.15 4.53 14.37 35.7 C 2.- Mecanizada con filtros de banda 27.1 3.57 1.17 4.75 15.05 37.5 Notas al cuadro: (1).- En todas las alternativas mecanizadas el costo del tanque de regulación representa 1.65 M Bs del costo de las plantas. (2).- Las áreas para lagunas no incluyen franjas de protección ambiental (3).- No se incluyen costos de bombeo ni de líneas de conducción de lodos a las lagunas (4).- Los lechos de secado ocupan un área neta de 0.5 ha (5).- Los costos de operación y mantenimiento de lagunas son estimados VIII. Conclusiones 1. El caudal actual generado de LFDs es de 679 m³/día (7.9 l/s) que se descargan sin tratamiento previo en la planta de tratamiento Planta Industrial (PI), la carga contaminante, k, de los LFDs es 12, de acuerdo con el parámetro desarrollado por SAGUAPAC, por lo que su equivalencia en términos de aguas residuales municipales es de 95 l/s. La sobrecarga de contaminantes que por este concepto recibe la PI compromete su capacidad para seguir dando tratamiento a las aguas residuales de la zona industrial, que es el fin para el que fue diseñada. Del total de LFDs que recibe la PI un 45 % provienen de la zona industrial contigua a la PI y el resto se origina en las áreas periurbanas. Es razonable suponer que la aportación de la zona industrial permanecerá constante o crecerá a un ritmo más lento que la tasa de crecimiento que se anticipa para las áreas periurbanas. 2. Una alternativa económica para resolver el problema de la sobrecarga a la PI sería el re- direccionar los LFDs de las áreas periurbanas a otras plantas de tratamiento y, por razones logísticas de transporte, descargar a la PI sólo los LFDs de la zona industrial con tratamiento previo que reduzca su carga contaminante en un 75 % con un tratamiento previo en una laguna anaerobia con, aproximadamente, 15 a 20 días de tiempo de retención hidráulica y 4 m de tirante de agua, con una superficie de espejo de agua 0.16 ha (20 m de ancho y 80 m de largo). La viabilidad de esta opción está sujeta a la disponibilidad de un terreno de estas dimensiones en el sitio de la PI. La alternativa propuesta reduciría la carga orgánica de los LFDs a la PI en cerca de 90 %. 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 27 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz 3. El análisis de los datos de generación de LFDs indica que, si bien el caudal generado presenta fluctuaciones aleatorias a lo largo del tiempo, exhibe una ligera tendencia a la alza. En un escenario inercial el caudal medio alcanzaría 12 l/s en el año 2030, sin embargo, actualmente sólo reciben servicios de recolección y limpieza de fosas sépticas el 15% de las viviendas con saneamiento in situ y una política de saneamiento y gestión de residuos por parte de las autoridades dirigida a la cobertura total de las viviendas podría incrementar el volumen de LFDs recolectados en las áreas periurbanas de 375 m³/día, que son actualmente, a 2,409 m³/día, para un total, incluyendo los LFDs del área industrial, a 2,713 m³/día (31 l/s). Faltan estudios que permitan proyectar a futuro con un margen razonable de confianza cual será la evolución futura de la generación de LFDs 4. El caudal de diseño seleccionado para los anteproyectos y antepresupuestos de las tres alternativas de tratamiento de LFDs seleccionadas fue de 10 l/s. Las alternativas se diferencian entre sí por el nivel de tecnología y equipamiento que requieren y por sus necesidades de terreno. Los costos de tratamiento y las principales características de las alternativas son los siguientes: a) De las tres alternativas la más económica es la de un sistema lagunar con una laguna anaerobia y dos facultativas, su costo de tratamiento es de 6.7 Bs/m³, del cual el 77% corresponde al costo de amortización de la inversión a una tasa real (deflacionada) de 12.5% anual, evidentemente, si la obra fuese financiada con un crédito blando a tasa internacionales de 4% o 5% anual, el costo de capital y, consecuentemente, el costo total de tratamiento se vería significativamente reducido. La misma observación es válida para las los resultados del análisis de las otras alternativas. El área neta para la construcción de las lagunas es de 4 ha, sin considera las franjas de amortiguamiento ambiental normalmente requeridas para este tipo de plantas. b) La segunda alternativa consta de una línea mecanizada de tratamiento de agua, con una RAF como unidad principal de tratamiento, y un sistema lagunar para la estabilización de los lodos. El costo total de tratamiento es de 14.3 Bs/m³ y la componente de capital es del 62%. El área neta de lagunas es de 1.5 ha. c) La tercera alternativa es totalmente mecanizada, con una línea de agua similar a la de la alternativa (b) y con digestión anaerobia para la estabilización de los lodos. Los costos de esta alternativa son de 35.7 Bs/m³ y 37.5 Bs/m³ dependiendo si la deshidratación de los lodos estabilizados se hace en lechos de secado o en equipo mecánico. Los lecho de secado requerirían de una extensión de terreno adiciona de 500 m2. 5. Los costos ante mencionados corresponden únicamente a las obras de procesos y operaciones unitarias de la planta y sus obras complementarias indispensables para el buen funcionamiento de la planta, como son instalaciones hidráulicas, eléctricas y sanitarias, instrumentación y control, edificios de administración y laboratorio pero no incluyen otros costos directos, como costo de terrenos, costos indirectos como ingeniería, supervisiones, gastos legales, administrativos, gestión ambiental, etc., todo lo cual puede incrementar el costo en un 40% a 50%. Los costos de obras complementarias incluidos en el presupuesto fueron hecho bajo el criterio de plantas con alto nivel de equipamiento y deberán ser confrontados con lo que es práctica común en las plantas locales. 6. Una evaluación superficial de los resultados podría concluir que la alternativa (a) es la más conveniente, sin embargo un análisis más a fondo podría llevar a otras conclusiones, entre otras por las siguientes razones:  La disponibilidad, costos y características de los suelos afectan sustancialmente el costo de la alternativa (a) y, en menor medida a la alternativa (b). 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 28 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz  Es razonable suponer que la alternativa (a) se ubique en un lugar alejado del área urbana, lo mismo es cierto, quizá en menor grado, para la alternativa (b), lo que obliga a considerar los costos de traslado de lodos a la planta en el análisis general. De seguirse la práctica actual de traslado de lodos con camiones cisterna, el costo de traslado podría ser de más 10 Bs/m³ lo que podría dejar fuera, sólo por razones económicas, la alternativa (a) y quizá también a la (b). Una manera de obviar este problema es el de construir una unidad, o unidades, de transferencia de lodos en la periferia de la ciudad donde los camiones cisterna depositen los lodos y por medio de estación(es) de bombeo con líneas a presión que transporten los LFDs a las plantas de tratamiento. A este respecto las ETRL conocen, y les interesaría implementarlas en Santa Cruz, unidades de transferencia de LFDs que funciona exitosamente en ciudades de países vecinos. 7. El transporte de lodos con tanques cisterna es un proceso intermitente, con horarios de operación de 8 a 10 horas por día, y no necesariamente siete días por semana, la intermitencia en la alimentación de lodos puede no ser relevante en sistemas lagunares cuyos tiempos de retención hidráulica se miden en semanas, pero si serían críticos en plantas mecanizadas, razón por la cual en el presupuesto de las alternativas (b) y (c) se incluyen tanques de regulación, con mezcladores mecánicos para evitar el azolvamiento de los tanques por el depósito de sólidos, lo que tiene un impacto significativo tanto en el monto de la inversión inicial como en los costos de energía. 8. Los anteproyectos y antepresupuestos de alternativas de tratamiento se hicieron teniendo como meta un efluente con una k no mayor a 2.5, una mejor calidad es fácilmente alcanzable con procesos complementarios de tratamiento, para la alternativa lagunar con lagunas de maduración y microcribado y para las alternativas (b) y (c) con un proceso biológica aerobio, como puede ser lodos activaos convencionales o aeración extendida, en ambos la desinfección con cloro sería posible, para cumplir con las normas de reducción de patógenos en el agua. 9. El análisis de la factibilidad de las seis plantas municipales existentes de tratamiento de aguas residuales municipales (derivado de comentarios verbales expresados por el personal de las plantas durante vistas de campo a cada planta) arroja las siguientes conclusiones:  Las plantas norte 1 y 3 podrían recibir LFDs previo tratamiento, sin embargo su accesibilidad es limitada debido a los estrecho de las vías de acceso y a la presencia de escuela y centros comunitarios en la vecindad; la planta norte 2 no es una opción viable,  La planta este recibe actualmente aguas residuales de áreas urbanas no contempladas en proyecto original y anticipa un incremento en el caudal de llegad en un futuro cercano, lo que vuelve desaconsejable cargara con LFDs,  La planta sur es una alternativa incierta por dos razones: (i) la longitud de los trayectos del recorrido de los camiones cisterna para llevar los LFDs y (ii) las objeciones de los vecinos al tránsito de camiones por las calles de la ciudad. Ambas objeciones podrían ser solventadas si se pudiese implementar una estación de transferencia con una línea a presión.  La planta COOPAGUAS tendría capacidad para tratar los LFDs, sobre todo si se cuenta con una unidad previa de tratamiento, que podría ser una laguna anaerobia, pero presenta dos obstáculos: (i) la distancia de los traslados y (ii) un camino de acceso muy estrecho, y con pocas posibilidades de ampliación; nuevamente, ambos obstáculos podrían ser solventados si se fuese posible implementar una unidad de transferencia. 10. En resumen, mucha información que pendiente de generar para poder diagnosticar cual es la mejor alternativa de gestión de los LFDs, la información técnica y económica presentad en este informe podría ayudar a las autoridades a tomar las mejores decisiones para la población de Santa Cruz. 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 29 de 31 Diseño preliminar y antepresupuesto de alternativas de tratamiento de los LFDs de Santa Cruz IX. Recomendaciones 1. Determinar el crecimiento en el futuro cercano (10 a 15 años) de los caudales a tratar de LFDs e identificar el sitio, o sitios, donde tendrá lugar su generación. 2. Analizar la posibilidad de seguir depositando los LFDs de la zona industrial en la PI a través del estudio de disponibilidad de terrenos para la construcción de un sistema lagunar de tratamiento de los, LFDs previo a su descarga en las lagunas de la PI. 3. Investigar ubicación de alternativas para la construcción de un sistema lagunar, como las analizadas en las alternativas (a) y (b), para el tratamiento de los LFDs fuera de la ciudad. 4. Investigar la posibilidad de transportar los lodos a las nuevas plantas, o a las plantas existentes por emisarios existentes y, sólo si eso no es posible, investigar los costos de traslado de lodos en camiones cisterna para comparar con los costos de traslado en líneas a presión. 5. Investigar las experiencias, costos y resultados, del uso de estaciones de transferencia de LFDs en otras ciudades; explorar, en coordinación con las ETRL, que podrían participar en el proyecto, las posibles ubicaciones de estaciones de transferencia en función de los posibles sitios de tratamiento de los LFDs. 30 de enero de 2018, E. Espino, Consultor Pag. 30 de 31