PLAN DE TESIS “Evaluación
de las aguas residuales de la laguna de estabilización y su incidencia en el rio Antauta en el distrito de Antauta 2016”
Presentado por
JULIACA −
PERÚ
2016
1
INDICE
CAPÍTULO I 1
PLANTEAMIENTO METODOLÓGICO................................................................................................. 4 1.1
DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA ............................................................... 4
1.2
DELIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................................ 5
1.2.1
Delimitación espacial ............................................................................................................... 5
1.2.2
Delimitación temporal .............................................................................................................. 5
1.2.3
Delimitación social/conductual ................................................................................................ 6
1.2.4 1.3 1.3.1 1.3.2 1.4 1.4.1 1.4.2
Delimitación conceptual........................................................................................................... 6 PLANTEAMIENTO DE PROBLEMAS DE INVESTIGACIÓN.................................................... 7 Problema General ..................................................................................................................... 7 Problemas Específicos.............................................................................................................. 7 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ......................................................................................... 7 Objetivo General ...................................................................................................................... 7 Objetivos Específicos ............................................................................................................... 7
1.5
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN ................................................. 8
1.6
VIABILIDAD ................................................................................................................................... 8
1.6.1
Viabilidad Técnica ................................................................................................................... 8
1.6.2
Viabilidad Económica .............................................................................................................. 8
1.6.3 Viabilidad Operativa ................................................................................................................ 8 CAPÍTULO II 2
MARCO TEÓRICO .................................................................................................................................. 9 2.1
ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................................... 9
2.2
BASES TEÓRICAS........................................................................................................................ 15
2.3
CONCEPTOS DE AGUAS RESIDUAES ..................................................................................... 15
2.3.1
Agua Residual. ....................................................................................................................... 15
2.3.2
Efluentes de aguas residuales ................................................................................................. 16
2.3.3
Tipos de aguas residuales ....................................................................................................... 17
2.3.4 2.4 2.4.1 2.5
Principales características de las aguas residuales. ................................................................ 18 CONTAMINANTES POR AGUAS RESIDUALES ..................................................................... 19 Problema de la contaminación ............................................................................................... 19 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ............................................................................. 21
2.5.1 2.5.2
Principales sistemas de tratamiento de aguas residuales ........................................................ 22 Tipos de Tratamiento existentes para aguas residuales domésticas ....................................... 23
2.5.3
Parámetros para el tratamiento de aguas residuales ............................................................... 25 2
2.6
AGUAS RESIDUALES URBANAS ............................................................................................. 25
2.6.1 2.7
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS ............................................................................................ 26 LAGUNAS DE ESTABIIZACION ................................................................................................ 36
2.7.1
Objetivos de las lagunas de estabilización ............................................................................. 37
2.7.2
Tipos de lagunas de estabilización ......................................................................................... 38
2.7.3
Procesos en las lagunas de estabilización............................................................................... 39
2.7.4
Lagunas de estabilización según su función microbiológica.................................................. 40
2.7.5
Lagunas según su distribución física ...................................................................................... 41
2.8
DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS .................................................................................... 42
2.9
PROPUESTA TÉCNICA ............................................................................................................... 44
2.9.1
FUNDAMENTACIÓN .......................................................................................................... 44
CAPÍTULO III 3
HIPÓTESIS Y VARIABLES .................................................................................................................. 47 3.1
FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN ............................................ 47
3.1.1
Hipótesis General ................................................................................................................... 47
3.1.2 3.2
Hipótesis Específicas.............................................................................................................. 47 VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN ...................................................................................... 47
3.2.1
Variable independiente........................................................................................................... 47
3.2.2
Variables dependientes........................................................................................................... 47
3.2.3
Operacionalización de Variables. ........................................................................................... 47
CAPÍTULO IV 4
METODOLOGÍA .................................................................................................................................... 49 4.1.1
TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACIÓN ................................................................................ 49
4.2
DISEÑOS Y MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN ......................................................................... 49
4.3
POBLACIÓN Y MUESTRA DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................. 49
4.4
TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS .......................................... 49
4.5
PROCEDIMENTOS DE ANALISIS E INTERPRETACION DE RESULTADOS ...................... 50
CAPÍTULO V 5
METODOLOGÍA .................................................................................................................................... 53 5.1
ASIGNACION DE RECURSOS .................................................................................................... 53
5.2
FINANCIAMIENTO ...................................................................................................................... 53
5.3
CRONOGRAMA ............................................................................................................................ 53
Cronograma de actividades 2016 .............................................................................................................. 53 BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................................. 55
3
CAPÍTULO I 1
1.1
PLANTEAMIENTO METODOLÓGICO
DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA Según se tiene conocimiento, la primera instalación de laguna de estabilización
diseñada para tratar aguas residuales domesticas estuvo localizada en Dakota del Norte, EE.UU. y fue construida en 1948 después de recibir la aprobación de las autoridades de Salud Pública. Desde entonces, una gran cantidad de instalaciones han sido construidas en muchos países del mundo.
Investigaciones a escala de laboratorio y estudios sobre el terreno en las décadas de los años 40 y 50 permitieron el desarrollo de criterios de diseño para proyectos de lagunas de varios tipos. Durante las dos últimas décadas se ha hecho evidente la falta de investigación sobre el tema y la gran cantidad de información publicada contiene principalmente resultados de experiencias de diseño y operación de lagunas de estabilización. El tratamiento por lagunaje de aguas residuales consiste en el almacenamiento de éstas durante un tiempo variable en función de la carga aplicada y las condiciones climáticas, de forma que la materia orgánica resulte degradada mediante la actividad de bacterias heterótrofas presentes en el medio. Puesto que en la depuración por lagunaje no interviene para nada la acción del hombre, quien se limita a proporcionar un emplazamiento adecuado para las balsas, el lagunaje es un método biológico natural de tratamiento, basado en los mismos principios por los que tiene lugar la autodepuración en ríos y lagos.
Dado que la presencia de oxígeno disuelto en las lagunas de estabilización determina qué tipo de mecanismos van a ser responsables de la depuración, los estanques de estabilización suelen clasificarse en aerobios, anaerobios y facultativos. Además de esta 4
clasificación básica también se utilizan otras relacionadas con sus características físicas, tales como la profundidad. Ambas clasificaciones están relacionadas, ya que las fuentes de oxígeno disuelto en lagunas son fenómenos de superficie. Estas fuentes de oxígeno son la actividad de las algas microscópicas y la re aireación a través de la interface aire agua.
1.2
DELIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN
1.2.1 Delimitación espacial
Las aguas residuales de la laguna de estabilización del distrito de Antauta, tiene un sistema de lagunas de estabilización de depurar aguas residuales proveniente de dicho distrito donde se descargan todas las aguas residuales en esta laguna de estabilización, que han sido utilizadas y teniendo poco cuidado y mantenimiento que terminan incidiendo en el rio Antauta por no lograr depurar de manera eficiente las aguas residuales del distrito de antauta , siendo la finalidad del presente trabajo de conocer a través de la investigación de campo, si las aguas que se vierten de la lagunas de estabilización hacia el rio Antauta son las aceptables, demostrando mediante la evaluación correctamente de parámetros contaminantes.
1.2.2 Delimitación temporal Durante el proceso del trabajo de investigación esta se efectuará de la manera siguiente:
Plan de tesis: re realizo en el tiempo y meses de Abril a Agosto. Tesis: la realización en tiempo de Agosto a Diciembre.
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1.2.3 Delimitación social/conductual
El adecuado y eficiente prestación de servicio básico de saneamiento, es un problemas para la sociedad, el cual la problemática social en temas de estos son por la falta de adaptabilidad a un servicio adecuado, mal servicio en las redes de alcantarillado 1. A escala mundial aproximadamente 1.1 billones de personas carecen de acceso a agua potable. 2. Aproximadamente 2.4 billones de personas no tienen acceso a saneamiento adecuado. 3. Enfermedades relacionadas a las excretas humanas son la causa principal de morbilidad y mortalidad a escala mundial: a. Cada año hay aproximadamente 4 billones de casos de diarrea, que causan 2.2 billones de muertes, en su mayoría niños, de enfermedades relacionadas con falta de agua potable, saneamiento inadecuado, y mala higiene. b. Helmintos intestinales infectan aproximadamente 1.1 billones de personas en el mundo, la gran mayoría en países de desarrollo. c. Las infecciones de protozoarios probablemente exhiban una prevalencia parecida a los helmintos, y las infecciones de Entamoeba histolytica representan algunas de las infecciones más comunes en el mundo (Savioli, 1992).
1.2.4 Delimitación conceptual Las aguas residuales provenientes y generados por el distrito de Antauta que termina a para en los sistemas de lagunas de estabilización que depuran las aguas residuales, siendo estas aguas las que vierten las lagunas de estabilización por falta de mantenimiento adecuado son vertidas hacia el rio Antauta, por esto se ha visto conveniente evaluar los parámetros contaminantes para ver la incidencia directa de las lagunas de estabilización hacia el rio Antauta y verificar el cumplimiento con los valores estándares ambientales vigentes.
6
1.3
PLANTEAMIENTO DE PROBLEMAS DE INVESTIGACIÓN
1.3.1 Problema General La principal problemática que se considera es la incidencia de las aguas residuales de la laguna de estabilización en el distrito de Antauta 2016, siendo un gran problema ambiental, que por la falta de mantenimiento adecuado de las lagunas de estabilidad las aguas que se vierten de estos hacia el rio Antauta incidan de manera directa ocasionando un problema ambiental.
1.3.2 Problemas Específicos ¿Cómo es nivel de grado de los parámetros contaminantes de la laguna de estabilización que inciden en el rio Antauta, del distrito de Antauta? ¿Cómo es el vertimiento de la Cantidad de aguas residuales de la laguna de estabilización del distrito de Antauta?
1.4
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.4.1 Objetivo General
Evaluar las aguas residuales de la laguna de estabilización que inciden en el rio de Antauta del distrito de Antauta 2016
1.4.2 Objetivos Específicos
Analizar los parámetros contaminantes de la laguna de estabilización en el distrito de Antauta
Evaluar la cantidad de vertimiento de aguas residuales de la laguna de estabilización en el distrito de Antauta
7
1.5
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN
A partir del presente trabajo de investigación, se podrá determinar si existe problemas de contaminación al rio antauta a causa del vertimiento de aguas residuales por las lagunas de estabilización del distrito de Antauta que estas lagunas no cuentan con un mantenimiento periódico ni adecuado, se determinara haciendo la evaluación correcta de los parámetros contaminantes Con el fin de obtener con los resultados del respectivo análisis de aguas que se vierten hacia el rio Antauta, las posibles conclusiones y recomendaciones aplicables para la eficacia operación y mantenimiento de las lagunas de estabilización en el distrito de Antauta.
1.6
VIABILIDAD
1.6.1 Viabilidad Técnica La viabilidad técnica del estudio de investigación se lograra viable al lograr la ejecución, y puesta en marcha los análisis experimentales de los parámetros que vierten las lagunas de estabilización hacia el rio Antauta.
1.6.2
Viabilidad Económica La viabilidad económica se considera factible, por lo visto que el estudio de investigación
aunque persistes gastos considerables pero será viable al ejercer esta investigación.
1.6.3
Viabilidad Operativa
La consideración operativa del estudio de investigación si se considera de logro en puesta de marcha la ejecución del estudio de investigación y así poder lograr con los objetivos propuestos, y se considera viable el estudio.
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CAPITULO II 2 2.1
MARCO TEÓRICO ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
Los Ingenieros; Álvaro Alberto Martínez Guillén, Nicolás de Jesús Guzmán Sáenz en su trabajo de investigación Guatemala,(2003) Estudio y evaluación de las lagunas de estabilización como tratamiento de Las aguas residuales. La población centroamericana se ha enfrentado desde hace mucho tiempo al problema de los desechos orgánicos, sean estos sólidos o líquidos, incluso algunos son inherentes a sus tradiciones higiénicas. Esto ha creado diferentes planteamientos para la disposición de los residuos, creando diseños, métodos y estructuras físicas para tratarlos. Generalmente este tipo de requisito de diseño es al que nos enfrentamos en la disposición final de aguas residuales en cualquier sector de una población. Para el tratamiento apropiado de las aguas residuales domesticas se utilizan diferentes tipos de métodos, entre los cuales está el sistema de lagunas de estabilización; éste constituye un sistema natural que ofrece costos mínimos de operación y mantenimiento, por lo cual es reconocido como el más adecuado para las condiciones económicas de poblaciones de bajos recursos financieros; convirtiéndose en una solución de costo mínimo al problema de salud humana, pues en el área centroamericana lo más importantes es la remoción de patógenos y carga orgánica (DBO). Se reconoce que Guatemala cuenta con poca cobertura de tratamiento de aguas residuales: 47 plantas de tratamiento en total, de las cuales 38 son plantas convencionales y 18 de ellas se encuentran en la ciudad de Guatemala; de éstas solo funcionan 4 plantas. 9 plantas son sistemas de lagunas de estabilización y actualmente solo funcionan 5. El ejército de Guatemala, cuenta con varias lagunas de estabilización dentro de sus áreas militares, algunas funcionando y otras abandonadas. ERIS, viendo la importancia de realizar estudios científicos e investigativos tomó la decisión de estudiar y evaluar 4 sistemas de lagunas de estabilización en estas áreas militares, con el propósito de crear conciencia a todas las personas involucradas en la operación y mantenimiento de estos sistemas de tratamiento, haciéndoles saber la importancia que este trabajo y los estudios de pregrado hechos con la facultad de ingeniería tienen para el país de Guatemala. 9
Dentro de los apartados más importantes que contiene este trabajo es el manual de operación y mantenimiento de lagunas de estabilización, el cual es una guía para todos los operadores de plantas esencial para el buen funcionamiento de las lagunas. De acuerdo a la investigación en el estudio y evaluación de estos sistemas lagunares, se comparó con la eficiencia en remoción teórica que debe ser de un 70 a 95 % en DBO, 55 a 95 % en sólidos suspendidos y un 90% como mínimo en la remoción de patógenos; los resultados obtenidos son los siguientes: para la base militar de Jutiapa se tiene un 82.07% de remoción de DBO, 30.56% de remoción de sólidos suspendidos y 70% de remoción de patógenos. Para la colonia militar de Jutiapa se tiene un 52.51% de remoción de DBO, 16.67% de remoción de sólidos suspendidos y un 50% de remoción de patógenos. Para la escuela politécnica se tiene un 79.90% de remoción de DBO, 79.91% de remoción de sólidos suspendidos y un 80% de remoción de patógenos, siendo ésta última la que mejor tratamiento da a las aguas residuales a pesar de no contar con nada de operación y mantenimiento. La iniciativa de este trabajo de investigación es de empezar con lineamientos adecuados programas de monitoreo y evaluación, además de cursos de capacitación al personal adecuado e idóneo para mantener y operar estas instalaciones; iniciando desde los mismos diseños hasta llegar al punto clave que es la operación y mantenimiento.
Javier Alejandro Silva Burga (2004) en su trabajo sobre la EVALUACIÓN Y REDISEÑO DEL SISTEMA DE LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN DE LA UNIVERSIDAD DE PIURA determinado el diseño de lagunas de estabilización El objetivo principal de la tesis es el rediseño del sistema de lagunas de estabilización ubicado en la Universidad de Piura, de acuerdo a su funcionamiento actual y a la proyección actualizada del volumen de agua residual a tratar. De esta manera, asegurar la eficiencia en la operación y mantenimiento del sistema. La presente tesis contiene la exposición de conceptos fundamentales referidos a la naturaleza del agua residual doméstica y a su tratamiento, la evaluación del sistema actual de lagunas de estabilización y la determinación de los parámetros a ser utilizados en el rediseño. Se realiza el diseño del subsistema complementario y el rediseño del subsistema actual, además de una estimación del costo del proyecto. Finalmente, se dan algunas técnicas de operación y mantenimiento del sistema. Las 10
conclusiones finales infieren en el rediseño del sistema mediante una laguna adicional (anaerobia) en serie, ubicada al principio de las actuales lagunas, así como algunas recomendaciones para lograr una eficiente operación y mantenimiento .
Planta De Tratamiento De Aguas Residuales San Juan De Miraflores Las Lagunas de San Juan de Miraflores fueron diseñadas en los años 60, para tratar los desagües provenientes de Ciudad de Dios y Pamplona del distrito de San Juan de Miraflores, con una capacidad promedio de 160 l/s, considerándose un área de tratamiento de 20 hectáreas. Al año 1998 recibían un caudal estimado de 450 l/s, con una reducción del área de tratamiento de aguas residuales, en aproximadamente 5 hectáreas, que se utilizaron en estanques de acuicultura para crianza de peces, lo que srcinó una sobrecarga orgánica e hidráulica con el resultado de dar un efluente que estaba incumpliendo con las normas de descarga y creando un problema de salud pública. Esta fue la razón para ampliar y cambiar el sistema de tratamiento en San Juan, además de conservar el área de la Planta como un entorno ecológico; esta zona es un verdadero oasis dentro de lo desértico que son los distritos de San Juan de Miraflores y Villa El Salvador, al mismo tiempo que se incrementará la cobertura del servicio de alcantarillado al tratar los desagües provenientes del colector Villa El Salvador. Otro de los beneficios inmediatos será reducir la contaminación costera causada por efecto de las descargas de aguas residuales del colector Surco al que pertenece el sistema San Juan, que recolecta un promedio de 6,500 l/s de desagües, que los descarga sin tratamiento en el mar en la zona de La Chira, Chorrillos – Bahía Miraflores, srcinando en el medio marino costero una serie de problemas asociados a la salud pública, al deterioro de los recursos marinos y a la contaminación de playas.
El sistema de tratamiento de lagunas aireadas con lagunas facultativas de acabado es un método de tratamiento intermedio entre los sistemas lagunares y los sistemas avanzados, produciéndose en el efluente de las lagunas facultativas una DBO inferior a 30 mg/l., con la 11
ventaja de una disminución drástica de los olores al suministrar oxígeno en la primera etapa del tratamiento, no dependiendo de factores naturales (luz solar, fotosíntesis, viento), además este tipo de tratamiento produce muy poco lodo, y el lodo producido es digerido en la misma laguna, por lo que requiere solamente de un área no muy extensa para disponerlos directamente, también por poseer un alto periodo de retención (de 6 a 10 días), pueden asimilar sobrecargas hidráulicas y orgánicas sin afectar sustancialmente
la metodología para la selección de los procesos de tratamiento aplicables a este proyecto. Se describen los criterios de evaluación de acuerdo con los objetivos del tratamiento, se comparan las alternativas propuestas y se selecciona el proceso de tratamiento Existe mucha información sobre los criterios de diseño/metodología para el sistema de lagunas aireadas. En el presente trabajo se aplicara un sistema de lagunas aireadas de energía dual debido al requerimiento de una alta tasa de remoción de DBO en un tiempo de retención relativamente corto. Este sistema implica diseñar un sistema en serie de lagunas de mezcla completa primero, en el que el requerimiento mínimo de energía es de 6 w/m3 por volumen de laguna y posteriormente lagunas de mezcla parcial con 2 w/m3 por volumen de laguna como requerimiento mínimo de energía.
Concluyendo que el sistema de tratamiento de lagunas de estabilización existente en San Juan presentaba una distribución inadecuada de gastos a las baterías alta y baja, ya que la estructura derivador ubicada al ingreso de la planta permite el paso incontrolado de caudal a la batería alta, adicionalmente un gran volumen es derivado hacia la parte alta de las lagunas donde se realiza irrigación con desagües sin tratar. (Enrique, 2010)
Diseño Del Proceso E Implementación De Una Planta De Tratamiento De Aguas Residuales 12
El agua es un solvente casi universal y en el que prácticamente todas las substancias son solubles hasta cierto grado. A causa de esta propiedad, se contamina frecuentemente por las substancias con las que entra en contacto. Debido a estas características, muchas empresas poseen problemas con el agua, provenientes de sus procesos, debido a que salen con altas cargas de contaminantes al ambiente, causando un alto impacto ambiental a nuestra sociedad. Es por ello que se diseñó el proceso de una planta de tratamiento de aguas residuales a nivel de laboratorio, para la línea de lavandería de la planta industrial, para lo cual se determinó, el diagnóstico de la caracterización de efluentes, como es la medición del caudal de las aguas residuales hasta obtener los resultados del muestreo de los parámetros fisicoquímicos del agua residual, obtenidos de los métodos de análisis realizados. (Soto, 2007) Para posteriormente seleccionar y proponer las etapas del proceso del diseño, junto con la implementación de una planta a nivel de laboratorio, así como un programa de monitoreo ambiental con el fin de garantizar la efectividad de las acciones en cuanto a medidas de mitigación de impacto ambiental se refiere, para la operación y mantenimiento regular del sistema de tratamiento de las aguas residuales y de esta manera poder contribuir con el medio ambiente que nos rodea. OBJETIVOS Diseñar una planta de tratamiento de aguas residuales a nivel de laboratorio, con el fin de disminuir el impacto que tienen éstas en el ambiente. METODOLOGÍA DE LA CARACTERIZACIÓN DE LOS EFLUENTES A continuación se encuentra la metodología realizada para las aguas residuales generadas en la línea de lavandería, con el fin de poder determinar el tipo de diseño. El método consistió fundamentalmente en elaborar un diagnóstico de la Caracterización de los posibles efluentes de proceso, en cuanto a naturaleza del proceso constituyendo lo que es el caudal y calidad del agua residual proveniente de la línea de lavandería con el objeto de dimensionar el sistema. De acuerdo con la información proporcionada por la empresa y lo observado dentro de la planta industrial se determinó que el agua es el principal consumo para elaborar principalmente los productos (como un constituyente del mismo). Y en cuanto a los consumos de agua en la planta son aproximadamente constantes y son dependientes de los pedidos que ingresan a la planta de manufactura. 13
En cuanto las aguas residuales generadas se refieren estas no son derivadas de algún proceso de síntesis química, sino por procesos simples de dilución de productos. Por lo cual el agua residual del proceso es básicamente proveniente de las actividades como es el lavado de envases, tanques y áreas de trabajo. CONCLUSIONES
Se diseñó un sistema de tratamiento de aguas residuales, con el fin de disminuir el impacto que tienen éstas en el ambiente.
Se determinó que el caudal diario para las aguas residuales para el diseño es de 10 m3/día. Se analizaron las aguas residuales provenientes de la planta de producción, determinando los parámetros fisicoquímicos que sobrepasaron los límites máximos posibles, como son DBO, DQO, sólidos disueltos, sólidos en suspensión y pH. (SOTO, 2007)
Planeamiento Integral De La Construcción De Una Planta De Tratamiento De Aguas Residuales Consiste en el planeamiento integral de la construcción de una planta de tratamiento de aguas residuales ubicada en la ciudad de Lima, la cual comprende obras civiles, equipamiento hidráulico, electromecánico, automatización y puesta en marcha.. Cabe mencionar que el proyecto en mención es del tipo EPC (Ingeniería, Procura y Construcción) por lo que la ingeniería y la procura son asumidas por el contratista. En el caso específico de este proyecto, la ingeniería fue subcontratada, sin embargo, hubo deficiencias en la ingeniería las cuales deben ser asumidas por el contratista. En la actualidad, en nuestro país existe una tendencia hacia el desarrollo de proyectos EPC y las empresas deben estar preparadas para afrontar esta modalidad de proyectos. Además se mencionaran diferentes pautas para la ejecución del proyecto relacionadas con un análisis de stakeholders, implementación del sistema del último planificador enfocado a la planta de tratamiento de aguas residuales, planeamiento del alcance, plazos, costos, gestión administrativa, control financiero y control de calidad.
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Por otro lado, se incluyen recomendaciones para el planeamiento de las comunicaciones y gestión del conocimiento que en la actualidad no son consideradas en el desarrollo de proyectos de construcción y que tienen un impacto positivo para futuros proyectos similares. Así mismo, se plantea una estrategia de ejecución, donde se recomiendan procedimientos constructivos para las diversas estructuras de la planta de tratamiento de aguas residuales. Además se mencionan pautas relacionadas a la gestión contractual debido a la importancia que esta tiene en proyectos donde el cliente sea el estado. Finalmente se indican Construir una planta de tratamiento de aguas residuales involucra la interrelación entre diversas especialidades, ya que intervienen obras civiles; instalación de redes de líneas de procesos (tuberías de lodos, aire, agua, gas y drenajes); instalaciones eléctricas (suministro de energía, redes de comunicación, alumbrado interior y exterior, pozos a tierra y cableado de fuerza); instalaciones hidráulicas (válvulas de aire, purga, presión, de onda, sensores de nivel, presión, caudal, bombas de retro lavados, etc.); Obras exteriores (pavimentación, cerco perimétrico, veredas, jardines, etc.). (Córdova, 2013)
2.2
BASES TEÓRICAS
2.3
CONCEPTOS DE AGUAS RESIDUAES
2.3.1
Agua Residual. Son una mezcla compleja que contiene agua, mezcla de contaminantes orgánicos e
inorgánicos tanto en suspensión como disueltos que implican una alteración perjudicial de su calidad en relación con los usos posteriores o con su función ecológica (HERNANDEZ MUÑOZ, 1995). 15
Se entiende por aguas residuales aquellas que han sido utilizadas con un fin consuntivo, incorporando a ellas sustancias que deterioran su calidad srcinal (contaminación), disminuyendo su potencialidad de uso (Silva, 2004). AGUAS RESIDUALES Desde el momento en que aparecieron las primeras poblaciones estables, la eliminación de los residuos ha constituido un problema primordial para las sociedades humanas, ya que surgió la necesidad de deshacerse tanto de las excretas como de los restos de alimentación. Durante las últimas décadas de este siglo, el mundo ha venido observando con inquietud, analizando y tratando de resolver una serie de problemas relacionados con la disposición de los residuos líquidos procedentes del uso doméstico, agrícola e industrial. Las masas receptoras, es decir, ríos y corrientes subterráneas, lagos, estuarios y el mar, en la mayoría de las ocasiones, especialmente en las zonas más densamente pobladas y desarrolladas, han sido incapaces, por sí mismas, para absorber y neutralizar la carga polucional que tales residuos imponen. De esta forma, han venido perdiendo sus condiciones naturales de apariencia física y su capacidad para sustentar una vida acuática adecuada, que responde al equilibrio ecológico que de ellas se espera para preservar nuestras masas hídricas. Es por esto que las aguas residuales, antes de ser vertidas en las masas receptoras, deben recibir un tratamiento adecuado según su composición, capaz de modificar sus condiciones físicas, químicas y microbiológicas, hasta evitar que se provoquen los problemas enunciados de polución y de contaminación de las aguas receptoras. La eliminación de las aguas residuales no es el único problema a considerar, ya que, al ser el agua un bien escaso, que cada día se necesita en mayores cantidades, es cada Vez más imprescindible la reutilización de los recursos hídricos disponibles para poder satisfacer las necesidades humanas. (M. & J.A.)
2.3.2 Efluentes de aguas residuales Las agua desechada por la comunidad, por una actividad doméstica es el agua residual generado en la cocinas, baños, lavabos, sanitarios y lavanderías. Proporcionando cantidades de materias fecales, papel, jabón, suciedad, restos de alimentos (basura) y otras sustancias. Logrando este que con el pasar del tiempo cambien a colores negros generando olores desagradables.
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2.3.3 Tipos de aguas residuales Las aguas residuales se pueden clasificarse como urbanas, industriales y agrícolas.
Aguas residuales provenientes de una contaminación urbana:
Está formada por las aguas residuales de los hogares y los establecimientos comerciales. Teniendo como principal objetivo en la eliminación de residuos urbanos reducir su contenido en materias que demandan oxígeno, sólidos en suspensión, compuestos inorgánicos disueltos (en especial compuestos de fósforo y nitrógeno) y bacterias dañinas. E incluso se a logrado mejorar los medios de eliminación de los residuos sólidos producidos por los procesos de depuración. Los principales métodos de tratamiento de las aguas residuales urbanas tienen tres fases: el tratamiento primario, que incluye la eliminación de partículas orgánicas e inorgánicas. El tratamiento secundario, implica la floculación y la sedimentación que implica; y el tratamiento terciario, en el que se emplean métodos de filtrado, tales como la filtración granular y la adsorción por carbono activado.
Aguas residuales provenientes de una contaminación de una industria:
Pueden diferir mucho tanto dentro de como entre las empresas. El impacto de los vertidos industriales depende no sólo de sus características comunes, como la demanda bioquímica de oxígeno, sino también de su contenido en sustancias orgánicas e inorgánicas específicas. Hay tres opciones (que no son mutuamente excluyentes) para controlar los vertidos industriales. El control puede tener lugar allí donde se generan dentro de la planta; las aguas pueden tratarse previamente y descargarse en el sistema de depuración urbana; o pueden depurarse por completo en la planta y ser reutilizadas o vertidas sin más en corrientes o masas de agua.
Aguas residuales provenientes de una contaminación de la agricultura, el ganado comercial y las granjas avícolas :
Son la fuente de muchos contaminantes orgánicos e inorgánicos de las aguas superficiales y subterráneas. Estos contaminantes incluyen tanto sedimentos procedentes de la erosión de las tierras de cultivo como compuestos de fósforo y nitrógeno que, en parte, proceden de los 17
residuos animales y los fertilizantes comerciales. Los residuos animales tienen un alto contenido en nitrógeno, fósforo y materia consumidora de oxígeno, y a menudo albergan organismos patógenos. Los residuos de los criaderos industriales se eliminan en tierra por contención, por lo que el principal peligro que representan es el de la filtración y las escorrentías. Las medidas de control pueden incluir el uso de depósitos de sedimentación para líquidos, el tratamiento biológico limitado en lagunas aeróbicas o anaeróbicas, y toda una serie de métodos adicionales, (Soto, 2007).
2.3.4 Principales características de las aguas residuales. En cuanto a las características de las aguas residuales son parámetros importantes para el tipo de tratamiento.
Características físico-químicas
La Temperatura de las Aguas Residuales oscila entre 10-20 oC (15 oC) · Además de las cargas contaminantes en Materias en suspensión y Materias Orgánicas, las Aguas Residuales contienen otros muchos compuestos como nutrientes (N y P), Cloruros, detergentes... cuyos valores orientativos de la carga por habitante y día son:
N amoniacal: 3-10 gr/hab/d
N total: 6.5-13 gr/hab/d
P (PO43-) ; 4-8 gr/hab/d
Detergentes : 7-12 gr/hab/d
En lugares donde existen trituradoras de residuos sólidos las Aguas Residuales Urbanas están mucho más cargadas (100 % más)
Características biológicas.
En las aguas residuales. Van numerosos microorganismos, unos patógenos y otros no. Entre los primeros cabe destacar los virus de la Hepatitis. Por ejemplo .En 1 gr. de heces de un enfermo existen entre 10-106 dosis infecciosas del virus de la hepatitis.
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El tracto intestinal del hombre contiene numerosas bacterias conocidas como Organismos COLIFORMES. Cada individuo evacua de 105-4x105 millones de coliformes por día, que aunque no son dañinos, se utilizan como indicadores de contaminación debido a que su presencia indica la posibilidad de que existan gérmenes patógenos de más difícil detección. Las Aguas Residuales Urbanas contienen: l06 coliformes. Totales / 100 ml, (Romero, 2005.).
2.4
CONTAMINANTES POR AGUAS RESIDUALES
2.4.1 Problema de la contaminación
En su libro, (R.S, 2003) menciona que la contaminación del agua no es técnicamente un problema difícil, mencionando que el campo es de gran amplitud y de suficiente complejidad como para justificar el que diferentes disciplinas deben conjuntarse para conseguir óptimos resultados con un coste mínimo. La contaminación de los cauces naturales se srcina por diversas fuentes, las cuales se pueden generalizar en vertidos urbanos, industriales, agroindustriales, químicos, residuos clínicos, etc. Las sustancias contaminantes que pueden aparecer en un agua residual son muchas y diversas, (Mayo, 2010)
“El agua puede ser impotable sin ser insípida e insípida sin ser impotable.” (Fair., 1984)
(noyola & morgan-sagastume, 2013) Presenta
en su guía los principales parámetros
utilizados en la caracterización del agua residual, asociados con el contaminante que miden y los efectos o impactos derivados de una eventual descarga a un cuerpo receptor o a la salud humana. Como se observa en el grafico 1. Grafico 1. Principales grupos de contaminantes del agua y sus efectos.
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Fuente: selección de tecnologías para el tratamiento de aguas residuales municipales: guía de apoyo para ciudades pequeñas y medianas. Una vez caracterizada el agua residual, resulta necesario definir su reutilización o disposición Final así como los requerimientos necesarios para cumplir con la normatividad, con el objeto de determinar los constituyentes que deben ser removidos y la calidad del agua tratada a la que se debe llegar, (noyola & morgan-sagastume, 2013).
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2.5
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Conceptos Menciona que la contaminación ambiental es un problema que se ha venido agravando con el tiempo y que debe ser atendido de manera eficaz. El tratamiento de las aguas residuales, es decir, aquellas cuyas características han sido modificadas por diversos usos, es una manera de controlar la contaminación de los cuerpos de agua donde éstas son descargadas, con la finalidad de remover de éstas la mayor cantidad de residuos que pueden causar contaminación y asegurar de esta forma, que el cuerpo receptor tenga una calidad de agua tal que pueda sustentar los usos que se le dé a dicho cuerpo de agua, aguas abajo de la descarga, de acuerdo a la normatividad ambiental vigente. (Cárdenas, 2002) El propósito principal del tratamiento del agua residual es remover el material contaminante, orgánico e inorgánico, el cual puede estar en forma de partículas en suspensión y/o disueltas, con objeto de alcanzar una calidad de agua requerida por la normativa de descarga o por el tipo de reutilización a la que se destinará. (noyola & morgan-sagastume, 2013)
En el manual que elaboro (Rossi.Maria Grazia - Ortega, 2010) menciona que el tratamiento de las aguas servidas, también constituye un factor importante en la protección de la salud pública y del medio ambiente, puesto que la volcadura de aguas residuales sin tratamiento previo en un cuerpo receptor, es una fuente de contaminación. Así como para el caso de las aguas residuales urbanas, agrícolas como para el tratamiento de las aguas residuales industriales podemos hablar de los mismos procesos generales: pre tratamiento, tratamientos primarios, secundarios y Terciarios, utilizándose sólo los que sean de aplicación al proceso industrial concreto (Soto, 2007) Tratamiento de las aguas residuales puede llevarse a cabo mediante procesos físicos, químicos o biológicos. Los mecanismos de tratamiento pueden ser alternados de diferentes 21
maneras, lo que inevitablemente dará como resultado diferentes secuencias de operaciones y procesos o trenes de tratamiento. (Rolim, 2000) Específicamente, el tratamiento de las aguas residuales domésticas, se realiza en dos o tres etapas: Tratamiento físico, denominada también primera etapa o tratamiento primario, tratamiento biológico, denominada también segunda etapa o tratamiento secundario y tratamiento avanzado, denominada también tercera etapa o tratamiento terciario. Esta última etapa se considera como algo fuera de lo común para el tratamiento de las aguas residuales domésticas, siendo más comúnmente utilizadas la primera y la segunda etapa En el manual describe
el correcto tratamiento que El agua tratada deberá
considerarse; ser clara, sin sólidos suspendidos apreciables, pudiendo destinarlo para riego de plantas de tallo largo como flores y árboles ornamentales. (Turismo, 2008). Según lo dispuesto en el artículo 1° del Decreto Supremo N° 003-2003-SA, en caso de que el agua tratada sea usada para riego de vegetales de consumo crudo deberán cumplir con las siguientes características mínimas permisibles: • Coliformes Totales: 5,000 NMP/100 mL (número más probable de organismos coliformes
Por 100 mL). • Coliformes Fecales: 1,000 NMP/100 mL. • Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO): 15mg/L • Oxígeno Disuelto (OD): 3 mg/L.
2.5.1 Principales sistemas de tratamiento de aguas residuales En la implantación de esta tecnología se han definido como objetivos fundamentales, remover de las aguas residuales la materia orgánica que ocasiona la contaminación en la fuente receptora y eliminar los microorganismos potencialmente patógenos que representan un grave peligro para la salud. Aunque en muchas ocasiones se presenta un tercer objetivo y es utilizar su efluente con otras finalidades, como agricultura o piscicultura Hace mención
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que para los procesos de tratamiento de aguas residuales (Ministerio de Obras Públicas y Transportes MOPT, 1991) Generalmente los procesos de tratamiento utilizan una fase primaria para realizar la separación física de solidos mediante tanques de sedimentación, seguida de una etapa secundaria, donde se lleva a cabo la degradación bacteriana de la materia orgánica (digestores anaerobios, lodos activados, etcétera). (Salazar.Margarita, 2009) Para realizar el tratamiento secundario de aguas residuales existen en general dos grandes procesos: Los fisicoquímicos:
los cuales se utilizan en aguas con contaminantes inorgánicos o con materia orgánica no biodegradable.
Los biológicos:
los cuales se aplican a efluentes contaminantes biodegradables.
2.5.2 Tipos de Tratamiento existentes para aguas residuales domésticas En el proceso de autodepuración es inherente a los cuerpos de agua, ocurre gracias a la presencia de diversos microorganismos como bacterias y algas, que descomponen los desechos, metabolizándolos y transformándolos en sustancias simples tales como dióxido de carbono, nitrógeno, entre otros, además de ciertos microorganismos que absorben algunas sustancias inorgánicas. Es por esto que, al arrojar sustancias extrañas a los cuerpos de agua, si estas se encuentran dentro de ciertas concentraciones límites, se inicia el proceso de autodepuración, este proceso se aplica a sustancias orgánicas como detergentes, fenoles, ciertas sustancias inorgánicas, entre otros. De lo contrario, si son vertidos que pasan las concentraciones límites para que el cuerpo de agua inicie el proceso de autodepuración natural, es necesario un tratamiento. diseño eficiente y económico de una planta de tratamiento de aguas residuales requiere de un cuidadoso estudio basado en aspectos, tales como: el caudal (m3/seg), el uso final del producto final (agua tratada), el área disponible para la instalación, la viabilidad 23
económica, características meteorológicas (clima, precipitación). En tal sentido, teniendo en mente que la solución tecnológica más adecuada es aquella que optimiza la eficiencia técnica en la forma más simple y menos costosa, la tecnología debe hacer uso de los recursos humanos y materiales disponibles en el país. Asimismo, cabe señalar que la selección de los procesos y/o el tipo de planta serán diferentes dependiendo de cada caso específico. (Rossi.Maria Grazia - Ortega, 2010)
Sin embargo, el proceso usual del tratamiento de aguas residuales domésticas puede dividirse en las siguientes etapas: ver en el grafico 2. • Pre tratamiento, • Tratamiento primario o físico, • Tratamiento secundario o biológico y • Tratamiento terciario que normalmente implica una cloración.
Gráfico 2. Secuencia completa de tratamientos de aguas residuales domésticas
Elaborado por FONAM (2010)
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2.5.3 Parámetros para el tratamiento de aguas residuales
Límites máximos permisibles para efluentes de aguas residuales domésticos y municipales ver gráfico 3. Grafico 3.
Fuente: Diario Oficial El Peruano DS.003-2010 - MINAM.
2.6
AGUAS RESIDUALES URBANAS
Las aguas residuales urbanas tienen una composición más o menos uniforme, que facilita los procesos de tratamiento, y las distingue claramente de las aguas residuales industriales, cuya variedad es en muchos casos indescriptible. Aún así, aunque derive sólo de efluentes 25
domésticos, la composición varía influenciada por algunos factores como son los hábitos alimentarios, consumo de agua, uso de productos de limpieza en el hogar, etc. La composición, al igual que la cantidad de aguas residuales, sufre también variaciones respecto al tiempo. Varía en el transcurso de las distintas horas del día, en función de los días de la semana y se presentan variaciones estacionales. Tres grupos de caracteres se pueden tener en cuenta para los diferentes componentes del agua: -Físicos -Químicos -Biológicos
2.6.1 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Algunas de las características físicas de las aguas residuales urbanas son las siguientes:
Temperatura Suele ser superior a la del agua de consumo, por el aporte de agua caliente procedente del aseo y las tareas domésticas. Oscila entre 10 ºC y 21 ºC, con un valor medio de 15ºC, aproximadamente. Esta mayor temperatura ejerce una acción perjudicial sobre las aguas receptoras, pudiendo modificar la flora y fauna de éstas, y dando lugar al crecimiento indeseable de algas, hongos, etc. También, el aumento de temperatura puede contribuir al agotamiento del oxígeno disuelto, ya que la solubilidad del oxígeno disminuye con la temperatura.
Turbidez Se debe a la cantidad de materias en suspensión que hay en las aguas residuales (limo, materia orgánica y microorganismos. Esta turbidez, en las masas de aguas receptoras, afecta a la penetración de la luz, lo que redundaría en una menor productividad primaría.
Color Suele ser gris o pardo, pero debido a los procesos biológicos anóxicos el color puede pasar a ser negro. Sólidos Se pueden clasificar en: 26
- Totales: residuos que quedan tras la evaporación y secado de la muestra a 130 ºC durante 60 mm. - Fijos: residuos remanentes después de la evaporación y carbonización á 600 ºC, durante minutos. - Volátiles: es la diferencia entre sólidos totales y fijos. Según su tamaño, se pueden clasificar en: -3
- Disueltos: con tamaño inferior a 10
m. -3
- Coloidales: tienen un diámetro de 10 μm a 1 μm. Se pueden eliminar mediante coagulación floculación. - Suspendidos: de tamaño superior a 1
m de diámetro. Sepueden eliminar por procesos físicos
sencillos, tales como decantación. - Sedimentables: están constituidos por la fracción dentro de los sólidos suspendidos que se decantan durante una hora en el fondo de un cilindro de altura específica.
Olor Depende del grado de septización de las aguas. En el agua residual reciente el olor es tolerable, pero conforme va pasando el tiempo y se va agotando el oxígeno, entran en juego los microorganismos anaerobios, que reducen los sulfatos y sulfitos a sulfuros. Estos, si hay hierro presente, reaccionan dando sulfuro de hierro, que confiere un olor desagradable, característico de las aguas sépticas. También se producen gases de olor desagradable en las fermentaciones anaerobias.
CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS Existen una serie de parámetros que tienen una especial importancia para describir composición de las aguas residuales.
Materia orgánica Constituye la tercera parte de los elementos de las aguas residuales, siendo los principales compuestos que se pueden hallar: - Proteínas (40-60 %) - Carbohidratos (25-50 %) 27
- Grasas y aceites (10 %) En las aguas residuales urbanas, la urea y el amoníaco constituyen las principales fuentes de nitrógeno, junto con las proteínas. La materia orgánica también puede aportar azufre, hierro y fósforo. La mayoría de los aminoácidos presentes en la naturaleza pueden detectarse en las aguas residuales, como producto de la descomposición de proteínas. Otros compuestos importantes son los azúcares como la glucosa, lactosa, sacarosa, fructosa y galactosa; y los ácidos como el acético, propiónico, butírico, láctico y cítrico. También, se pueden encontrar celulosa, almidón y lignina. Las grasas son descompuestas más lentamente por las bacterias, pero pueden actuar sobre ellas los ácidos minerales, dando glicerina y ácidos grasos; éstos, a su vez, pueden reaccionar con los álcalis, dando glicerina y jabones (sales alcalinas de ácidos grasos). Debido a que son menos densas que el agua flotan, y esto interfiere en los procesos de tratamiento y la vida biológica, favoreciendo el ambiente anaerobio, en cuyas condiciones la degradación es más lenta y se desprenden gases que causan malos olores. Recientemente se está prestando interés a la gran diversidad de moléculas orgánicas sintéticas que están apareciendo en la composición de las aguas residuales: agentes tensoactivos, fenoles y pesticidas. Asimismo, los procesos de cloración de aguas de abastecimiento y la alteración que puede producirse de compuestos orgánicos naturales y de síntesis, hace que puedan aparecer subproductos de una descomposición parcial de las moléculas orgánicas complejas. Hay una serie de parámetros que son de gran interés en el tratamiento de las aguas residuales, puesto que, nos permiten conocer el contenido en materia orgánica de éstas. Los más importantes son:
Demanda bioquímica de oxigeno (DBO): es la cantidad de oxígeno que necesitan los microorganismos para degradar la materia orgánica presente en el agua. Esta prueba se realiza durante 5 ó 3 días a 20 ºC por lo que se expresa como DBO ó DBO5, respectivamente.
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Se puede obtener mediante determinación de la concentración de oxígeno disuelto de la medida de la DBO5, es el procedimiento manométrico basado en el respirómetro de Warburg . El CO2 desprendido determinación de DBO5. en la oxidación de la materia orgánica, es absorbido mediante NaOH o LiOH que se coloca en un recipiente en el tapón de las botellas; como consecuencia, se produce un descenso de presión que es registrado en un manómetro de mercurio, cuya escala viene expresada en mg/l de oxígeno consumido. La determinación de la DBO5 presenta como inconvenientes el largo tiempo del test y la imposibilidad de diferenciar entre demanda de oxígeno carbonado y demanda de oxígeno nitrogenado. Sin embargo, tiene la gran ventaja de indicarnos la cantidad de materia orgánica biodegradable, lo cual tiene una extraordinaria importancia para el tratamiento biológico.
Demanda química de oxigeno (DQO): mide la cantidad de materia orgánica del agua, mediante la determinación del oxigeno necesario para oxidaría, pero en este caso proporcionado por un oxidante químico como el permanganato potásico o el dicromato potásico. Este parámetro no puede ser menor que la DBO, ya que es mayor la cantidad de sustancias oxidables por vía química que por vía biológica. Habitualmente se realiza la determinación con permanganato en las aguas para consumo, denominándose oxidabilidad al
permanganato, mientras que en las aguas residuales se realiza con dicromato, llamándose más propiamente DQO.
Carbono orgánico total (COT): se mide mediante la introducción de una cantidad conocida de muestra en un horno a alta temperatura. El carbono orgánico se oxida a CO 2, en presencia de un catalizador, y se cuantifica mediante un analizador de infrarrojos. Pero como no se oxidan todos los componentes orgánicos presentes, los valores de COT dan una estimación de carbono orgánico inferior a la real.
Demanda total de oxígeno (DTO): esta prueba se realiza en una cámara de combustión catalizada con platino, en la cual se produce una transformación de la materia orgánica en productos finales estables. El oxígeno residual es analizado por cromatografía gaseosa, y por diferencia obtenemos la DTO. 29
Demanda teórica de oxígeno (DTeO): se estima mediante una reacción teórica de oxidación total. Para ello, es necesario conocer la composición de las aguas residuales en carbohidratos, proteínas y grasas. Si tomamos la glucosa como ejemplo, sería:
C6H1206 + 6 O2 ---------->6 CO2 + 6 H2O DTeO = 6 moles de O2/
Materia inorgánica Los componentes inorgánicos de mayor interés, en las aguas residuales, son:
pH: la actividad biológica se desarrolla dentro de un intervalo de pH generalmente estricto. Un pH que se encuentre entre los valores de 5 a 9, no suele tener un efecto significativo sobre la mayoría de las especies, aunque algunas son muy estrictas a este respecto. Un aspecto importante del pH es la agresividad de las aguas ácidas, que da lugar a la solubilización de sustancias por ataque a los materiales. De este modo, un efluente con pH adverso puede alterar la composición y modificar la vida biológica de las aguas naturales. También es más difícil de tratar por métodos biológicos, que sólo pueden realizarse entre valores de pH de 6,5 a 8,5. Las aguas residuales urbanas suelen tener un pH próximo al neutro. Aparte del efecto directo, el pH tiene un efecto indirecto, influenciando la toxicidad de algunas sustancias, especialmente de aquellas en las que, la toxicidad depende del grado de disociación.
Cloruros: se consideraban como indicador indirecto de contaminación fecal, ya que el hombre elimina unos 6 gr de cloruros al día aproximadamente en las excretas. Pero los cloruros pueden tener otras procedencias, como son la infiltración de aguas marinas, en los acuíferos subterráneos próximos al mar, y también pueden aparecer debido al uso de sustancias ablandadoras, en los tratamientos del agua de abastecimiento, cuando la dureza de ésta es elevada, por lo que en la actualidad los cloruros han perdido todo valor como indicador de contaminación fecal.
Alcalinidad: nos mide la cantidad de carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos presentes en el agua. Estos iones se neutralizan con elementos como el calcio, magnesio, sodio, potasio,
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amoníaco, etc. El agua residual suele tener un cierto grado de alcalinidad, cuyo srcen es el agua de suministro y el aporte por las sustancias de uso doméstico.
Nitrógeno: es esencial para el crecimiento de microorganismos y plantas; la limitación de nitrógeno puede producir cambios en la composición bioquímica de los organismos, y reducir sus tasas de crecimiento. Pero, también el nitrógeno es un contribuyente especial para el agotamiento del oxígeno y la eutrofización de las aguas receptoras, cuando se encuentra en altas concentraciones. Estas altas concentraciones pueden ser resultado de la fertilización en la agricultura, mediante fertilizantes artificiales y abonos animales, y si se filtran a las aguas subterráneas, constituyen un problema para los abastecimientos de agua. El nitrógeno está presente en el agua residual reciente en forma de urea y proteínas, pero estos compuestos son fácilmente degradables por las bacterias, que los transforman en amonio, y a partir de él producen nitritos y nitratos. Al ser el amoníaco el primer producto de la degradación de la urea y del material proteico, se puede considerar como producto de la degradación de la urea y del material proteico, se puede considerar como el mejor indicador químico indirecto de contaminación fecal reciente. Hay algunas especies que utilizan el amonio preferentemente al nitrato, cuando ambos están disponibles; e incluso, el amonio puede inhibir la captación de nitratos por los organismos. Sin embargo, el amonio resulta tóxico para algunas especies de microorganismos, sobretodo en forma de NH 3, porque está descargado y es soluble en los lípidos, por lo que puede atravesar las membranas biológicas más rápidamente. Esto puede interferir el tratamiento biológico de las aguas residuales. Las conversiones entre las distintas formas del nitrógeno, están influenciadas por el pH y la temperatura del medio. Los nitritos se suelen considerar como indicadores indirectos de contaminación fecal. Son inestables y se oxidan fácilmente a nitratos. Su ausencia en el medio puede deberse a condiciones anóxicas, que obliguen a los microorganismos a utilizar el oxígeno ligado, llevando el hidrógeno a formas más reducidas. Los nitratos son la forma más oxidada del nitrógeno que se encuentra en las aguas residuales. Su aumento creciente en las aguas subterráneas es preocupante, ya que, puede alcanzar las fuentes de agua de bebida y llegar a ocasionar graves enfermedades, como la metahemoglobinemia infantil y el aumento en la incidencia de cáncer. 31
Fósforo: es también esencial para el crecimiento de los organismos. Las formas en que se puede encontrar en las aguas residuales, son ortofosfato, polifosfato y fosfato orgánico. El fosfato satisface los requerimientos de fósforo de todos los organismos y se necesita en niveles mucho más bajos que el nitrógeno. Al igual que éste, es responsable de la producción de procesos de eutrofización. Es por ello por lo que se está prestando en la actualidad un interés creciente en controlar la cantidad de fósforo que entra a formar parte de las aguas residuales, especialmente como componente de los detergentes. Así, se está sustituyendo el tripolifosfato de sodio, que es el principal componente de éstos, por otros compuestos como la sal sódica del ácido nitrilotriacético.
Azufre: es requerido para la síntesis de proteínas y se libera cuando éstas se descomponen. Prácticamente, todos los microorganismos pueden usar el sulfato como fuente de azufre, pero algunas especies requieren compuestos en forma más reducida para la biosíntesis. Las bacterias pueden realizar esta reducción de los sulfatos a sulfuros y SH 2, en condiciones anaerobias. Estos últimos compuestos son importantes en el comportamiento de los residuos líquidos y su grado de septización. El SH 2 puede ser también oxidado a sulfato, que es corrosivo para las tuberías del alcantarillado. Si éste llega a contaminar el agua de bebida, puede causar trastornos gastrointestinales, sobretodo en niños. Además, el sulfato de magnesio produce sabor amargo al agua.
Compuestos tóxicos: algunos componentes de las aguas residuales son muy tóxicos para los organismos y microorganismos, y por ello, son de gran importancia en cuanto al vertido y tratamiento. Si se hace un vertido indiscriminado sobre masas de agua receptoras, pueden destruir la biota acuática o acumularse en ella, afectando a la cadena alimentaria y pudiendo llegar al hombre. Su efecto sobre las plantas de tratamiento biológico puede ser drástico, al morir por contaminación los microorganismos que lo realizan, y paralizarse, por tanto, los procesos.
Metales pesados: algunos de los siguientes se pueden encontrar en las aguas residuales confiriéndoles un carácter tóxico: cobre, cromo, boro, plomo (causante de saturnismo y acumulación en moluscos), plata (puede producir argüiría), arsénico (melanodermia del pie
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y acumulación en mariscos), antimonio (efecto cancerígeno), bario (efectos sobre el corazón, vasos sanguíneos y nervios), flúor (fluorosis) y selenio produce cáncer y caries). Algunos metales como el níquel, manganeso, plomo, cromo, cadmio, zinc, cobre, hierro y mercurio, se encuentran como elementos trazas en muchas aguas, y son necesarios para la vida biológica. Pero cuando alcanzan altas concentraciones pueden resultar tóxicos, inhabilitando el agua para algunos usos y acumulándose en los organismos y microorganismos acuáticos. El cadmio se acumula y produce anomalías en hígado y riñón. El mercurio y sus derivados han provocado intoxicaciones colectivas por acumularse en la cadena alimentaria acuática, de las cu4es, la más conocida es la de la Bahía de Minamata (Japón), en 1950, por acumulación de mercurio en el pescado.
Gases Los gases que se encuentran más frecuentemente en la composición de las aguas residuales son nitrógeno, oxígeno, anhídrido carbónico, sulfhídrico, amoníaco y metano. Los tres primeros se encuentran en todas las aguas expuestas al aire, ya que son gases comunes en la atmósfera. El resto son resultado de la descomposición de la materia orgánica. Dentro de estos gases, los de mayor interés son:
Oxtgeno disuelto: es necesario para la vida de todos los organismos aerobios. Por ello, el crecimiento incontrolado de organismos y microorganismos en el seno de las aguas, puede conducir a su agotamiento. La presencia de oxigeno evita el desarrollo de procesos anaerobios que provocan malos olores en el agua. Por ello, sus niveles son indicativos del nivel de calidad de las aguas. La cantidad de oxígeno va a depender, también, de otros factores: - Solubilidad del gas. - Presión parcial del gas en la atmósfera. - Temperatura. - Características del agua (salinidad, sólidos suspendidos, etc.).
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Sulfuro de hidrógeno: se forma por descomposición anaerobia de la materia orgánica azufrada, o por reducción de sulfatos y sulfitos minerales. Es un gas incoloro, inflamable, con un olor característico muy desagradable. Si el agua residual contiene hierro, se combina con él, dando sulfuro de hierro que srcina un color negro en el agua. Metano: es el principal subproducto de la degradación anaerobia de la materia orgánica de las aguas residuales. Es un hidrocarburo incoloro, inodoro y de gran valor como combustible. Aunque no suele encontrarse en grandes niveles, debido a que cantidades muy pequeñas de oxígeno impiden su formación, es necesario tener precaución ante el gran peligro de explosión que supone su alta combustibilidad. En aquellos lugares de las conducciones y alcantarillas donde pueda producirse, es necesaria una ventilación adecuada.
CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS Las aguas residuales, dependiendo de su composición y concentración, pueden llevar en su seno gran cantidad de organismos. También influyen en su presencia la temperatura y el pH, puesto que cada organismo requiere unos valores determinados de estos dos parámetros para desarrollarse. A continuación se describen los principales grupos de organismos que se pueden encontrar.
Bacterias: pueden ser de srcen fecal o bacterias implicadas en procesos de biode-gradación, tanto en la naturaleza como en las plantas de tratamiento. En las aguas residuales brutas, predominan las especies pertenecientes a lossiguientes grupos: Escherichia, Salmonella, estreptococos fecales, Proteus, Pseudomonos, Aeromonas, Serratia, Bifldobacterium, Clostridium, Zooglea, Flavohacterium, Nocardia, Achromobacter, Alcaligenes, Mycohacterium, Nitrosomonas, Nitrobacter, etc. Las bacterias coliformes se utilizan como indicador de polución por vertidos de srcen humano, ya que cada persona elimina diariamente de 100.000 a 400.000 millones de coliformes a través de las heces, además de otras clases de bacterias.
Vtrus: proceden de la excreción, por parte de individuos infectados, ya sean humanos o animales. Poseen la capacidad de adsorberse a sólidos fecales y otras materias particuladas, favoreciendo de esta forma su supervivencia durante tiempos prolongados en las aguas residuales. 34
Se pueden encontrar virus pertenecientes a distintos grupos: Poliovirus, virus Echo, Coxsackievirus A y E, virus de la hepatitis, agente de Norwalk, Rotavirus, Reovirus, Adenovirus y Parvovirus. La gran supervivencia de los virus srcina la resistencia a algunos tratamientos de aguas residuales, constituyendo un peligro para las aguas receptoras. Durante los tratamientos, los virus se adsorben a la superficie de los flóculos y de esta forma son separados de las aguas residuales, pero no inactivados. Algunos quedan en el efluente, siendo un peligro para la salud, aunque el mayor riesgo lo constituyen aquellos que quedan en el fango, en mayores cantidades, sobre todo si este fango se utiliza como fertilizante sin tratamiento previo.
Algas: su crecimiento está favorecido por la presencia en las aguas residuales de distintas formas de fósforo y nitrógeno, así como de carbono y vestigios de elementos tales como hierro y cobalto, dando lugar a procesos de eutrofización. Este fenómeno esta producido principalmente por algas de los géneros Anacystis, Anabaena, Gleocystis, Spirogyra, Cladophora, Enteromorpha, Stigeoclonium2 Ulothrix, Chiorella, Euglena y Phormidium, etc.
Protozoos: los que se encuentran más frecuentemente en las aguas residuales son amebas, flagelados y los ciliados libres y fijos. Estos organismos juegan un papel muy importante en los procesos de tratamiento biológico, especialmente en filtros percoladores y fangos activados. Pueden eliminar bacterias suspendidas en el agua, ya que éstos no sedimentan, evitando la producción de efluentes con turbidez.
Hongos: la mayoría son aerobios estrictos, pueden tolerar valores de pH relativamente bajos, y tienen baja demanda de nitrógeno. Esto les hace desempeñar una función importante en el tratamiento de aguas residuales industriales. Los géneros que pueden encontrarse son: Geotrichium, Mucor, Aureobasidium, Subbaromyces, Fusarium, Sepedonium y Sphaerotilus. En el tratamiento con fangos activados, los hongos, junto a bacterias filamentosas, pueden dar lugar a un problema conocido como bulking, debido a que su presencia dificulta la sedimentación de los fangos.
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2.7
LAGUNAS DE ESTABIIZACION
CONCEPTO
Las primeras lagunas de estabilización fueron en realidad embalses construidos como sistemas reguladores de agua para riegos. En estos embalses se almacenaban los excedentes de agua residual utilizada en riegos directos, sin tratamiento previo. En el curso de este almacenamiento se observó que la calidad del agua mejoraba sustancialmente, por lo que empezó a estudiarse la posibilidad de utilizar las lagunas como método de tratamiento de aguas residuales. El primer embalse es el que se realizaron estudios de este tipo fue el llamado Lago Mitchell, situado en la ciudad de San Antonio (Texas, Estados Unidos), a principios de este siglo. Posteriormente se realizaron estudios sistemáticos de los procesos responsables de la depuración por lagunaje, para lo que se efectuaron seguimientos de las características físicas, químicas y microbiológicas de lagunas de estabilización situadas en California, Nevada, Texas y Arizona (Estados Unidos) y Lund (Suecia). Estos primeros estudios permitieron establecer las características básicas del funcionamiento de las lagunas de estabilización, y la influencia de varios factores (temperatura, luz, configuración, orientación, forma y tamaño de los estanques, composición del agua residual) sobre el comportamiento de estas plantas depuradoras (Dinges, 1982). La laguna de estabilización es aparentemente un método simple de tratamiento de las aguas residuales pero los mecanismos de purificación involucrados son complejos. Estos involucran procesos de sedimentación, digestión, oxidación, síntesis, fotosíntesis, respiración endógena, intercambio de gases, aireación, evaporación, corrientes térmicas y filtración (Rolim, 2000) Describe las lagunas de estabilización constituyentes del tratamiento de desagües más comúnmente utilizado para pequeñas comunidades en Latinoamérica y corresponde a un proceso de estabilización natural que consiste en mantener el desagüe en las lagunas, por un periodo de retención suficientemente elevado (mayor a 20 días) hasta lograr la estabilización de la materia orgánica. La estabilizacion se logra a través de la simbiosis entre 36
las algas productoras de oxígeno y las bacterias que lo utilizan para metabolizar la materia orgánica produciendo CO2, que a su vez consumen las algas. (Parra & Gustavo, 2013)
Una laguna de estabilización de aguas residuales es una estructura simple para embalsar agua de poca profundidad (entre 1 a 4 metros) y con períodos de retención relativamente grandes (por lo general mas de 10 días), en donde las aguas residuales al ser descargadas en las lagunas, se realiza en forma espontánea un proceso conocido como auto depuración o estabilización natural, en donde ocurren fenómenos de tipo físico, químico, bioquímica y biológico. (RODAS, 2003) Las lagunas de estabilización son lugares de almacenamiento de aguas residuales, relativamente grandes y de poca profundidad, provistas de estructuras en tierra abiertas al sol y al aire y cuyo fin es el de lograr el tratamiento de las aguas residuales a través de procesos naturales, pero controlados, (Eddy, 1985) Los parámetros utilizados para evaluar el comportamiento de las lagunas de estabilización de aguas residuales y la calidad de sus efluentes son la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) que caracteriza la carga orgánica, y el número más probable de coliformes fecales (NMP CF/100ml) que caracteriza la contaminación microbiológica. Las lagunas que reciben agua residual cruda se les llama lagunas primarias, siempre se deben de construir dos lagunas primarias en paralelo con el objeto de que una se mantenga en operación mientras se hace la limpieza de lodos de la otra, mientras que a las lagunas que reciben el efluente de una primaria se llaman lagunas secundarias, y así sucesivamente las lagunas de estabilización se pueden llamar terciarias, cuaternarias, quintenarias, etc. A las lagunas de grado mas allá del segundo también se les suele llamar lagunas de acabado,
maduración o pulimento. 2.7.1 Objetivos de las lagunas de estabilización
El objetivo primordial del tratamiento de las aguas residuales por medio de lagunas de estabilización, es la remoción de parásitos, bacterias y virus patógenos, que tomando como 37
base el período de retención, las lagunas pueden lograr la remoción total de patógenos, es decir, que su construcción es para la protección epidemiológica, mediante la disminución de organismos patógenos presentes en las aguas residuales, asimismo, la protección ecológica, disminuyendo la carga orgánica (DBO) de las aguas residuales. Lográndose de esta manera que el nivel de oxígeno disuelto (OD) en los cuerpos receptores se vea menos comprometido, con el consiguiente beneficio para los peces y demás organismos acuáticos. (RODAS, 2003)
2.7.2 Tipos de lagunas de estabilización Como veíamos anteriormente, se utilizan distintos criterios para la clasificación de los estanques de estabilización. A continuación se ha incluido una lista con las definiciones de los términos utilizados más a menudo para referirse a los distintos tipos de lagunas. Como puede observarse, la presencia de oxigeno disuelto es uno de los criterios fundamentales en la tipología utilizada (W. 11.0., 1987). 1. Lagunas anaerobias. La depuración en estas lagunas ocurre por la acción de bacterias anaerobias. En estas lagunas, como consecuencia de la elevada carga orgánica y el corto período de retención del agua residual, el contenido en oxigeno disuelto se mantiene muy bajo o nulo durante todo el año. El objetivo perseguido es retener la mayor parte posible de los sólidos en suspensión, que pasan a incorporarse a la capa de fangos acumulados en el fondo, y eliminar parte de la carga orgánica. 2. Lagunas facultativas. Estos estanques se caracterizan por poseer una zona aerobia, próxima a la superficie, y una zona anaerobia en el fondo. La extensión relativa de estas dos zonas varia durante el año en función de la carga aplicada y de la eficacia de los dos mecanismos de adición de oxígeno al medio: la fotosíntesis llevada a cabo por las algas y la reaireación a través de la superficie. La finalidad de estas lagunas es la estabilización de la materia orgánica en un medio oxigenado proporcionado principalmente por las algas presentes. 3. Lagunas de maduración. También se llaman lagunas de oxidación. En estas lagunas se mantiene un ambiente aerobio en toda su profundidad, lo que se consigue con menores cargas aplicadas, de forma que la fotosíntesis y la reaireación sean suficientes para proporcionar oxígeno disuelto a toda la columna de agua. En las lagunas de maduración se consigue una elevada desinfección del agua tratada, así como la mineralización de los nutríentes orgánicos.
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Dado que estos tres tipos de lagunas requieren niveles decrecientes de carga orgánica para funcionar correctamente, las plantas de tratamiento suelen estar constituidas por los tres tipos de estanques operando en serie, es decir, uno después del otro Otra clasificación utilizada en lagunas de estabilización considera la forma en que se produce la alimentación y descarga del agua residual en la instalación (Middlebrooks, 1982). En función de los patrones de circulación utilizados, se tienen los tipos Siguientes:
a) Lagunas continuas. Son aquellas en las que se produce la entrada y salida continua del agua residual y efluente. La mayoría de las lagunas para tratamiento de aguas residuales urbanas funcionan de acuerdo con este principio.
b) Lagunas semícontinuas o de descarga controlada. En este caso las lagunas se llenan con agua residual, que se almacena durante un período prolongado de tiempo, hasta que se inicia su vaciado. Este tipo de diseño se utiliza a menudo en zonas con grandes variaciones estacionales, o cuando la laguna de estabilización se utiliza simultáneamente como sistema regulador de riegos.
2.7.3 Procesos en las lagunas de estabilización Proceso aerobio Este proceso se caracteriza por la descomposición de la materia orgánica, la cual se lleva a cabo en una masa de agua que contiene oxígeno disuelto, por proceso bacterias aeróbicas o facultativas, produciendo oxigeno por medio de alagas. En el proceso aeróbico existe una simbiosis entre bacterias y algas, en donde se facilita la estabilización aeróbica de la materia orgánica. El desdoblamiento de la materia orgánica se lleva a cabo con intervención de enzimas producidas por las bacterias En sus procesos vitales. A través de estos procesos bioquímicos en presencia de oxígeno disuelto las bacterias logran el desdoblamiento aerobio de la materia orgánica. El oxígeno consumido es parte de la demanda bioquímica de oxígeno(DBO). Las algas en presencia de la luz solar utilizan los compuestos inorgánicos, con el fin de sintetizar materia orgánica que incorporan a su protoplasma mediante la fotosíntesis, generando gran cantidad de oxigeno disuelto. En las lagunas de estabilización el agua 39
residual no se clarifica como en las plantas de tratamiento convencional pero se estabiliza, pues las algas son materia orgánica viva que no ejerce DBO.
Proceso anaerobio Este proceso es mas lento y pueden srcinar malos olores. Las condiciones anaerobias se establecen cuando el consumo de oxígeno disuelto es mayor que la incorporación del mismo a la masa de agua por la fotosíntesis de las algas y el oxígeno disuelto, y la laguna se torna de color gris oscuro. El desdoblamiento de la materia orgánica sucede en una forma más lenta y se generan malos olores por la producción de sulfuro de hidrógeno, en la etapa final del proceso anaerobio se presentan las cinéticas conocidas como acetogénica y metanogénica.
2.7.4 Lagunas de estabilización según su función microbiológica
Lagunas aeróbicas Lagunas de alta producción de biomasa, cuya profundidad es reducida entre 0.3 a 0.45 metro; en la cual mediante la penetración de la luz solar hasta el fondo y diseñadas para una máxima producción de algas con cortos períodos de retención, se mantienen condiciones aeróbicas a todo nivel y tiempo, la reducción de la materia orgánica es efectuada por la acción de organismos aeróbicos. Son utilizadas perfectamente en climas calientes y con buena radiación solar, con depósitos de producción y cosechas de algas, y su uso en el tratamiento de aguas residuales no es generalizado, empleándose en muchos casos para la producción de algas a partir de desechos agropecuarios y excretas.
Lagunas anaeróbicas Estas son estanques de mayor profundidad entre 2.5 a 5 metros, reciben cargas orgánicas más elevadas de modo que la actividad fotosintética de algas es suprimida, encontrándose ausencia de oxígeno en todos sus niveles. En estas condiciones las lagunas actuarán como digestor anaeróbico abierto sin mezcla y debido a las altas cargas orgánicas que soportan, el efluente contiene un alto porcentaje de materia orgánica y requiere de otro proceso complementario de tratamiento. Estas lagunas son utilizadas preferentemente para el pretratamiento de desechos industriales o desechos domésticos con un elevado aporte
40
industrial; una de las grandes ventajas de las lagunas anaeróbicas es reducir las concentraciones de compuestos tóxicos o inhibidores presentes. (RODAS, 2003)
Lagunas facultativas Estas son estanques de profundidad más reducida, entre 1.5 a 2.5 metros y su contenido de oxígeno varía respecto a la profundidad. La degradación de las lagunas facultativas ocurre en el estrato superior y corresponde a una simbiosis o comensalismo de bacterias aeróbicas y algas. La cantidad de oxígeno requerirá para esa degradación es la suministrada principalmente por el proceso de fotosíntesis. Mientras que en el estrato inferior se presentan condiciones anaeróbica, actuando aquí como digestor anaeróbico. Es conveniente que las lagunas de estabilización trabajen bajo condiciones definidamente facultativas o definidamente anaeróbicas ya que el oxígeno es un tóxico para las bacterias anaerobias que realizan el proceso de degradación de la materia orgánica, y la falta de oxígeno hace que desaparezcan las bacterias aerobias que realizan este proceso, por consiguiente es recomendable diseñar las lagunas facultativas (a 20 oC) para cargas orgánicas menores de 300 Kg DBO/ha/día y las lagunas anaerobias para cargas orgánicas mayores de 1000 Kg de DBO/ha/d ía. Cuando la carga orgánica aplicada se encuentra entre los dos límites antes mencionados se pueden presentar problemas con malos olores y la presencia de bacterias formadoras de sulfuros. El límite de carga para las lagunas facultativas aumenta con la temperatura. Los procesos de estabilización que se llevan a cabo en las lagunas facultativas son muy diferentes de los que se lleva acabo en las lagunas anaeróbicas, ambos procesos son efectivos en las aguas residuales llevando la estabilización de la materia orgánica a través de acción de organismos aeróbicos cuando hay oxígeno disuelto en el agua, o a través de organismo anaeróbicos cuando en el mismo no hay oxígeno disuelto, proceso que aprovecha el oxígeno que existe en las moléculas de la materia que están degradando. (RODAS, 2003)
2.7.5 Lagunas según su distribución física Lagunas en serie La calidad bacteriológica del efluente al colocar varias lagunas facultativas en serie ofrece una gran mejoría en la estabilización de las aguas residuales, lo cual hace que en los proyectos donde se requiere mejorar en el grado la calidad bacteriológica, se usen lagunas terciarias, cuaternarias y aun de grado mayor. En estas se puede destacar una economía de 41
área en proyecto y eliminación de algunos parásitos y protozoos que logran sobrevivir en las lagunas facultativas (RODAS, 2003) (Ver figura 1).
FIGURA 1. Lagunas de estabilización conectadas en paralelo
2.8
DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS
Afluente El agua captada por un ente receptor. Aguas residuales Las aguas que han recibido uso y cuyas calidades hansido modificadas. Agua gris.- Es el agua residual doméstica 42
Caudal El volumen de agua por unidad de tiempo. Coliformes fecales El parámetro que indica la presencia de contaminación fecal en el agua y de bacterias patógenas, provenientes del tracto digestivo de los seres humanos y animales de sangre caliente.
Contaminación Permanencia de cualquier impureza material o energética, en un medio a niveles superiores a los normales.
Contaminación ambiental Es la contaminación de los medios ambientales con tal magnitud que puede resultar perjudicial para personas, animales, plantas u objetos; produce un deterioro en la calidad de la vida.
Demanda bioquímica de oxígeno La medida indirecta del contenido de materia orgánica en aguas residuales, que se determina por la cantidad de oxígeno utilizado en la oxidación bioquímica de la materia orgánica biodegradable, durante un período de cinco días y una temperatura de 20ºC.
Demanda química de oxígeno La medida indirecta del contenido de materia orgánica e inorgánica oxidable en aguas residuales, que se determina por la cantidad equivalente de oxígeno utilizado en la oxidación química.
Diseño Trazo o conjunto de líneas de una figura o un edificio. Efluente de aguas residuales Las aguas residuales descargadas por un ente generador. Ente generadores La persona individual, jurídica pública o privada responsable de generar o administrar aguas residuales y cuyo efluente final se descarga a un cuerpo receptor.
Flóculo Conjunto de partículas pequeñas aglutinadas en partículas más grandes y con mayor capacidad de sedimentación, que se obtiene mediante tratamiento químico, físico o biológico.
Límite máximopermisible El valor asignado a un parámetro, el cual debe ser excedido en las etapas correspondientes para las aguas residuales.
Monitoreo El proceso mediante el cual se obtienen, interpretan y evalúan los resultados de una o varias muestras, con una frecuencia de tiempo determinada para establecer el comportamiento de los valores de los parámetros de efluentes. 43
Muestra La parte representativa a analizar, de las aguas residuales. Parámetro La variable que identifica una característica de las aguas residuales, asignándole un valor numérico.
Precipitación Formación de partículas sedimentables por adición de sustancias químicas. Productos químicos Resultado material útil que posee un material activo proveniente de un proceso.
Puntos de descarga El sitio en el cual el efluente de aguas residuales confluye en un cuerpo receptor o con otro efluente de aguas residuales. Sistema Conjunto de procesos o elementos interrelacionados con unmedio para formar una totalidad encauzada hacia un objetivo común.
Tratamiento de aguas residuales Cualquier tratamiento físico, químico biológico o una combinación de los mismos, utilizado para mejorar las características de las aguas residuales.
2.9
PROPUESTA TÉCNICA
2.9.1 FUNDAMENTACIÓN Propuesta técnica de optimización, es una planta de tratamiento de aguas residuales con las siguientes características de acuerdo con el diagnóstico realizado en cada una de las unidades se han propuesto las siguientes acciones para mejorar la eficiencia de la planta.
Tratamiento Preliminar Rejillas de Cribado El primer paso necesario es correr las rejillas por lo menos 1.0m de su ubicación actual, es decir el final de la cámara de llegada y antes del vertedero de alivio (ver tercera fotografía) de tal forma que la velocidad de aproximación sea de 0.4 m/s. de tal forma que este dentro del rango para velocidades de aproximación en rejillas que es de 0.3 a 0.6 m/s
Desarenado. Las compuertas deben ser retiradas para ajustar nuevamente las guías, luego deben ser impermeabilizadas ya que la causa de que no abran o cierren es la corrosión también se hace necesaria la reparación del volante de la compuerta ya que se encuentra rodado. Se 44
recomienda que el operario este pendiente de estas anomalías y realice el mantenimiento de esta unidad como lo establece el manual de operaciones que es una vez al mes.
Optimización Del Reactor SBR De acuerdo al diagnóstico, se determinó que la optimización del reactor estaría básicamente enfocada a aumentar los tiempos para promover la reacción aerobia y anóxica en las fases aireadas y no aireadas, específicamente en la fase de llenado mezcla y llenado reacción. Con el fin de evitar que las concentraciones de fosfatos y nitratos continúen aumentando a lo largo de las fases de operación Igualmente se buscó aumentar la concentración de Sólidos suspendidos de Licor mezclado como mínimo a 4500mgl como lo establece el diseño y obtener una edad del lodo de 20 días para promover la nitrificación y denitrificación.
Optimización Del Digestor Aerobio El digestor es una unidad que en el momento funciona en optimas condiciones por lo cual no requiere de optimización, como se determinó en el diagnóstico el operario solo enciende el aireador una hora, por lo tanto se recomienda que la aireación se mantenga encendida todo el día, con periodos de apagado entre una(1) y dos (2) horas para promover la sedimentación y el reposo del motor.
Optimización Del Lecho De Secado El problema principal de los lechos de secado es el tipo de ladrillo que ha sido instalado en la superficie, ya que como se puede observan en la fotografía se encuentran taponadas las ranuras entre los mismos, esto ocasiona que no haya lixiviación del agua generando un mayor tiempo de secado del lodo.
Disposición De Lodos. La disposición de lodos se hace al interior de la planta, los cuales son retirados del lecho y se depositan en un terreno que se encuentra detrás de la misma, En una prueba realizada en uno de los lechos se observó que al secarse completamente el lodo aproximadamente a los 2 meses siguientes había afloramiento de vegetación por lo cual se puede deducir que este lodo es favorable para realizar labores de revegetalización. Por lo tanto se propone que se disponga este lodo no solo en la parte trasera de la 45
PTAR (lugar de disposición de lodos y arenas) se haga en los sitios que requieren cobertura como por ejemplo en el lindero paralelo a la carretera el cual se encuentra bastante erosionado.
Determinación De La Vida Útil De La PTAR Dentro de las labores de optimización se realizo una evaluación de las condiciones operativas del reactor en el año 2020 ya que este corresponde a su horizonte de diseño. Esto se realizó para determinar la vida útil de la planta y si no determinar las acciones correctivas que se deberán tomar para hacerla operativa por mas tiempo. Aunque los datos aquí consignados son estimativos, para determinar realmente las condiciones operativas se deben hacer evaluaciones in situ en el año de proyección y determinar las acciones a tomar.
Manual De Operación Como parte del proceso de optimización, se hizo necesario generar un manual de operaciones de forma detallada que describe las labores que se deben realizar en cada una de las fases del reactor de acuerdo a la optimización que se le ha realizado, Este manual corresponde al manejo operativo que debe tener el reactor de acuerdo a las labores de optimización realizadas en el reactor.
CAPÍTULO III
46
3
HIPÓTESIS Y VARIABLES
3.1
FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS DE LA INVESTIGACIÓN
3.1.1 Hipótesis General
las aguas residuales de la laguna de estabilización afectaría severamente en la calidad del agua del rio de Antauta 2016
3.1.2 Hipótesis Específicas
¿la cantidad del vertimiento de las aguas residuales de la laguna de estabilización afectaría significativamente en el rio del distrito de Antauta?
¿a qué nivel de consideración de los estándares de la calidad ambiental están los parámetros contaminantes de la laguna de estabilización en el distrito de Antauta?
3.2
VARIABLES DE LA INVESTIGACIÓN
3.2.1 Variable independiente
aguas residuales
Dimensiones
cantidad de aguas residuales
Parámetros contaminantes
3.2.2 Variables dependientes
Laguna de estabilización
Dimensiones
Vertimiento de efluentes.
Tamaño de laguna de estabilizacion.
Parámetros de operación
3.2.3 Operacionalización de Variables. VARIABLES DIMENSIONES
INDICADORES
47
:
Variable
Origen e aguas residuales
independiente
Nivel de generación
Caudal
DBO total y soluble.
DQO total y soluble.
Sólidos totales y totales volátiles.
Sólidos en suspensiones totales y
(X)
Parámetros contaminantes
aguas residuales
volátiles.
Nitratos
Oxígeno disuelto
pH
temperatura.
Coliformes totales y fecales, y parásitos.
Vertimiento de efluentes.
Caudal.
Variable dependiente (Y)
Laguna estabilización
Tratamiento de lodos.
Secado de lodos
Parámetros de operación
Temperatura
Caudal de operación
Vida útil.
de
CAPÍTULO IV
48
4
METODOLOGÍA
4.1.1 TIPO Y NIVEL DE INVESTIGACIÓN .
Tipo de investigación Investigación aplicativa y demostrativo
a) Nivel de investigación El nivel de investigación es experimental.
4.2
DISEÑOS Y MÉTODOS DE INVESTIGACIÓN
a) Diseño de investigación Experimental puro, donde se analizaran las muestras en un laboratorio con cautela las muestras para lograr de eficiencia con los objetivos.
b) Método de investigación Deductivo, analítico, este método de investigación es donde se aran la evaluación correctivos de los resultados de las muestras y hacer la valorización cuantitativa
4.3
POBLACIÓN Y MUESTRA DE LA INVESTIGACIÓN a) Población
La población por criterio de experimentar de lo cual la cantidad de población es situado en la medida de volumen ( 3)
b) Muestra Muestras de las aguas residuales tomadas en cantidades determinadas (3 ) para su posterior análisis en el laboratorio
4.4
TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS a) Técnicas
49
Plan experimental empleando los métodos mas factibles para la obtención de los resultados de consideración estudio.
b) Instrumentos Ficha especifica de laboratorio, en donde se tomaran las consideración de cada nivel de parámetro para las muestras analizadas de las aguas residuales de la laguna de estabilización.
4.5
PROCEDIMENTOS DE ANALISIS E INTERPRETACION DE RES ULTADOS
Instrumentos Laboratorio: Microscopio Ph-Metro Vaso Precipitador Turbidez SST Espectroscopia UV DBO / DQO Analizador COV
Datos históricos: parámetros permisibles en muestras de aguas de efluentes domésticos, ver: cuadro 5
CUADRO 5 50
Fuente: Diario Oficial El Peruano DS.003-2010 - MINAM.
(MOTTA, 2003) Describe su Análisis de resultados Los resultados obtenidos en la estimación de los caudales de diseño y sus variaciones de la entrada y salida de las lagunas de estabilización de la base militar No.10 de Jutiapa es:
TABLA III. Tabla comparativa de resultados 51
Fuente : (MOTTA, 2003)
CAPÍTULO V 52
5
METODOLOGÍA
5.1
ASIGNACION DE RECURSOS a) Talento humano Profesionales biólogos, para el análisis en el laboratorio de las muestras de aguas residuales
b) Recursos materiales Todos los materiales necesarios para tomar las muestras tanto sean
Cámara fotográfica frascos, frascos de vidrio
Material Cartográfico
Tablero, Fichas de registro de campo
Libreta de campo
Etiquetas para la identificación de frascos
Soga, Balde plástico transparente
Papel secante (Tisue)
Cinta adhesiva
Plumón indeleble
5.2
bolsas ziploc para guardar envases de preservantes
FINANCIAMIENTO El financiamiento en cuanto al estudio de financiamiento se considera un promedio de costos económicos:
procesos de análisis de laboratorio aproximado s/. 450
costos en transporte de muestras s/. 50
gastos en materiales adicionales frascos, bolsas, indumentaria de seguridad s/. 100
5.3
CRONOGRAMA
Cronograma de actividades 2016 53
Duración Actividades Elaboración
ABR
MAY JUN
del X
X
de
X
JUL
AGO SET
OCT
NOV DIC
Plan de Tesis Recopilación
X
X
información Sistematización
X
Análisis
de
consistencia
de
X
X
X
datos Redacción borrador
del de
X
X
la
tesis Revisión
y
X
X
X
corrección Revisión de la redacción
y
ortografía Sustentación
FUENTES DE INFORMACIÓN 54
BIBLIOGRAFÍA Cárdenas, C. J. (2002). evaluacion de las unidades que conforman la planta de tratamiento de aguas residuales maracaibo sur. revista tecnica facultad de ingenieria , 28(2), 97-109. Córdova, E. R. (2013). PLANEAMIENTO INTEGRAL DE LA CONSTRUCCIÓN DE UNA PLANTA
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residuales domiciliarias. Una propuesta para comunidades periurbanas del centro sur de Chile. chile: revista gestion y ambiente. R.S, R. (2003). tratamiento de aguas residuales. QUEBEC,CANADA: reverté,S.A.
55
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TRATAMINTO A NIVEL DE LABORATORIO.GUATEMALA: Universidad de San Carlos de Guatemala. Turismo, M. d. (2008). Manual Técnico de Difusión Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales
para Albergues en Zonas Rurales. lima: PLAN NACIONAL DE CALIDAD TURÍSTICA DEL PERÚ - CALTUR.
Anexos 56
57
TÍTULO DEL PROYECTO DE ENVESTIGACION :
Evaluación de las aguas residuales de la laguna de estabilización y su incidencia en el rio Antauta en el distrito de Antauta 2016 ÁREAS DE ELABORACIÓN DE PROYECTO: DISTRITO DE ANTAUTA-PROVINCIA MELGAR
OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES PROBLEMA
OBJETIVOS
HIPOTESIS
VARIA BLE
DIMENSIONES
INDICADORES
INDICES
METODOLOGIA
TIPO: PROBLEMA GENERAL
OBJETIVO GENERAL
HIPOTESIS GENERAL
INDEPENDIENTE:
Cantidad residuales
de
aguas
Nivel de generación Caudal
Parámetros
DBO total y soluble.
contaminantes
DQO total y soluble.
Aguas ¿Cómo incide las aguas residuales de laEvaluar las aguas residuales de la¿las aguas residuales de la residuales laguna de estabilización en el riolaguna de estabilización que incidenlaguna
de
estabilización
Antauta del distrito de Antauta 2016?en el rio de Antauta del distrito deafectaría severamente en la Antauta 2016
calidad del agua del rio de Antauta ?
Hipótesis específicos: Problema Especifico
Objetivos específicos ¿la
¿Cómo es el
vertimiento
de la
Cantidad de aguas residuales de la laguna de estabilización
del distrito
Evaluar la cantidad de vertimientovertimiento de aguas residuales de la laguna de residuales estabilización
de Antauta?
cantidad
Antauta
del distrito de Antauta? ¿Cómo es nivel de grado de los parámetros contaminantes
de
la
Analizar
los
DEPENDIENTE:
de
puro. METODO: Deductivo,analítico.
Oxígeno disuelto
(°C)
POBLACION:
pH
(NMP/100mL)
temperatura.
Muestreo por criterio del experimentador.
Coliformes totales y
MUESTRA:
Caudal.
(M3/s.)
Extensión
(m2)
efluentes.
parámetros
contaminantes de la laguna
de
Factorial y experimental de
fecales, y parásitos. Vertimiento
DISEÑO:
hidrogeno)
Experimental
Sólidos totales y totales (mg/L) (mg/L) volátiles.
Nitratos
de las aguas
en el distrito de de estabilización afectaría significativamente en el rio
NIVEL:
(mg/L) (mg/L)
Sólidos en suspensiones (mg/L) (potencial totales y volátiles.
Aplicativo demostrativo
del
de la laguna
(l/persona/día) (M3/s.)
Las aguas residuales de la laguna de estabilización. TECNICAS:
Laguna
de
Tamaño de la laguna de
Plan experimental
58
laguna de estabilización que inciden
estabilización
en el rio Antauta, del distrito de
Antauta
Antauta?
en el distrito de ¿a
qué
nivel
consideración
de
de estabilización
Ficha de laboratorio.
estándares de la calidad ambiental
están
los
parámetros contaminantes de
la
laguna
INSTRUMENTO:
estabilización
los
de
Parámetros de operación
Temperatura
(°C)
PROCEDIMIENTO
Caudal de operación
(M3/s.)
ANALISIS
Vida útil.
(años)
INTERPRETACION
estabilización en el distrito
DATOS :
de Antauta?
Datos
DE E DE
históricos.
Registrados. Medidas
centrales
dispersion. ANOVA
ANEXOS
1. CUADRO DE CONSISTENCIA
59
y
Anexo N° 02: Registro de Volumen de Aguas Residuales Tratadas
60
61
