quimica ambiental - dbo

7/21/2019 Quimica Ambiental - DBO

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INTRODUCCIÓN

El tratamiento de aguas residuales es un conjunto de operaciones unitarias de tipo

físico, químico y biológico cuya finalidad es la eliminación o reducción de la

contaminación o las características no deseables de las aguas a niveles que no

puedan sustentar el crecimiento bacteriano, siguiendo una secuencia de tratamiento

primario (reduce la materia suspendida y separa los materiales sólidos tanto

orgánicos e inorgánicos), tratamiento secundario (remoción del DBO, sólidos

suspendidos y organismos patógenos) el cual puede ser por procesos de filtros

percoladores, lodos activados o lagunas de estabilización y un tratamiento terciario

(reduce los niveles de nutrientes orgánicos) en alguno de los casos, siendo este el

método más completo para el tratamiento de aguas residuales.

La DBO se utiliza para medir el grado de contaminación de un agua residual por

materia orgánica degradable por oxidación biológica, expresada en miligramos porlitro (mg/L).

Otro parámetro importante a analizar son los coliformes que son bacilos anaerobios

facultativos, gram negativos, no formadores de endosporas, fermentadores de

lactosa con producción de gas a una temperatura específica; éste grupo de

microorganismos es constante, abundante y casi exclusivo de la materia fecal, sin

embargo, las características de sobrevivencia y la capacidad para multiplicarse

fuera del intestino también se observan en cuerpos de aguas, por lo que el grupo

coliformes se utiliza como indicador de contaminación fecal en agua.

Cabe resaltar que la remoción tanto de Carga Orgánica (DBO) y patogénica(coliformes totales y fecales) se realiza en unidades de Proceso, siendo estos los

filtros percoladores, lodos activados, entre otros; más no en Unidades de Operación

como los sedimentadores, unidades de desinfección desengrasadores,

desarenadores, cámara de rejas, etc. quienes aportan mínimamente en su

reducción.

En el presente informe se detallará cómo la Química trabaja a través de los

microorganismos, mediante reacciones bio-químicas.

1. OBJETIVOS

- Determinar la DBO.

- Determinar los Coliformes Totales.

- Conocer los procesos Químicos que ocurren en las plantas de tratamiento de

aguas residuales.

- Comparar a las Normas Peruanas.



2. MARCO CONCEPTUAL

2.1. BacteriasLos actuales tratamientos que se aplican a las aguas residuales pueden

reducir mucho las concentraciones de organismos patógenos que se pueden

encontrar pero aún es muy difícil asegurar la eliminación completa y continua

por lo que la posibilidad de transmisión de enfermedades a través de la

reutilización es factible. Microorganismos causantes de epidemias en el

pasado todavía pueden encontrarse, se trata de controlar los niveles dentro

de unos ciertos niveles de seguridad. Los principales agentes infecciosos

para el hombre y los animales que pueden encontrarse en el agua residual

bruta se pueden clasificar en tres grandes grupos: las bacterias, los parásitos

(protozoos y helmintos) y los virus.

2.2. Demanda Bioquímica de OxígenoSe define como un parámetro que mide la cantidad de oxígeno consumido al

degradar la materia susceptible de ser consumida u oxidada por medios

biológicos que contiene una muestra líquida, disuelta o en suspensión. Se

utiliza para medir el grado de contaminación; normalmente se mide

transcurridos cinco días de reacción (DBO5 ) y se expresa en miligramos de

oxígeno diatómico por litro (mg/l). El método de ensayo se basa en medir el

oxígeno consumido por una población microbiana en condiciones en las que

se ha inhibido los procesos fotosintéticos de producción de oxígeno en

condiciones que favorecen el desarrollo de los microorganismos. La curva deconsumo de oxígeno suele ser al principio débil y después se eleva

rápidamente hasta un máximo sostenido, bajo la acción de la fase logarítmica

de crecimiento de los microorganismos.

2.3. ColiformesEl agua es un recurso indispensable para la vida; por tal motivo, su sistema

de tratamiento debe ser evaluado y controlado periódicamente, para

garantizar su calidad de consumo humano. La disponibilidad del agua apta

para la preparación de alimentos, la higiene personal y doméstica, la

agricultura y la producción de energía, es fundamental para garantizar lasalud y el bienestar de los seres humanos.

Los coliformes están estrechamente relacionados a las infecciones o

enfermedades estomacales, comúnmente conocidas como diarreas en la

población consumidora de estas aguas mal tratadas e incluso aguas no

tratadas, ya que estas enfermedades son transmitidas por vía FECAL-ORAL.

Es común que el agua sea vehículo de bacterias, virus y protozoos de origen

fecal.

Para su estudio, se dividen en dos grupos. El grupo de bacterias coliformes

totales el cual comprende a todos los bacilos Gram-negativos aerobios o

https://es.wikipedia.org/wiki/Oxidaci%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Disoluci%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Suspensi%C3%B3n_(qu%C3%ADmica)

https://es.wikipedia.org/wiki/Contaminaci%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Miligramo

https://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgeno_diat%C3%B3mico

https://es.wikipedia.org/wiki/Litro

https://es.wikipedia.org/wiki/Fotos%C3%ADntesis

https://es.wikipedia.org/wiki/Fotos%C3%ADntesis

https://es.wikipedia.org/wiki/Litro

https://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgeno_diat%C3%B3mico

https://es.wikipedia.org/wiki/Miligramo

https://es.wikipedia.org/wiki/Contaminaci%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Suspensi%C3%B3n_(qu%C3%ADmica)

https://es.wikipedia.org/wiki/Disoluci%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Oxidaci%C3%B3n



anaerobios facultativos, que fermentan la lactosa con producción de gas en

un lapso máximo de 48 h. a 35°C ± 1ºC.

El segundo grupo, los coliformes fecales, está constituido por bacterias

Gram-negativas capaces de fermentar la lactosa con producción de gas a las

48 h de incubación a 44.5 ± 0.1°C. Estas muestras son incubadas a mayortemperatura por ser termos resistentes. Este grupo no incluye una especie

determinada, sin embargo la más prominente es Escherichia coli.

Escherichia coli es un bacilo corto Gram negativo que se encuentra

clasificado dentro de la familia Enterobacteriaceae (bacterias entéricas),

existe como comensal en el intestino delgado de humanos y animales.

La búsqueda de coliformes como indicadores de contaminación de origen

fecal del agua es una práctica establecida desde hace muchos años. En 1895

se propuso una prueba de Escherichia coli como índice para determinar la

potabilidad del agua de bebida, marcando así el inicio del uso de los

coliformes como indicadores de patógenos (Jay, 1992), práctica que hasta

hoy aplican muchos países para la calificación sanitaria del agua potable.

2.4. Fisiología y metabolismo bacterianoLas bacterias son los organismos más pequeños que tienen la maquinaria

requerida para el crecimiento y la replicación. Están compuestas, como las

células eucariotas, por proteínas, polisacáridos, lípidos, ácidos nucleicos,

entre otros. Estas macro-moléculas pueden formar parte de estructuras

celulares más complejas, como la pared celular y la membrana plasmática. El

crecimiento bacteriano se define como el aumento ordenado de todos losconstituyentes químicos de la célula. Es un proceso complejo que supone la

replicación de todas las estructuras y componentes celulares a partir de

nutrientes exógenos.

2.5. Aguas ResidualesLas aguas residuales pueden definirse como las aguas que provienen del

sistema de abastecimiento de agua de una población, después de haber sido

modificadas por diversos usos en actividades domésticas, industriales y

comunitarias.

Las aguas residuales contienen materia orgánica como inorgánica, y los

microorganismos desempeñan un papel especialmente importante

eliminando los compuestos orgánicos. Sin embargo, el tratamiento idóneo de

las aguas residuales elimina los microorganismos patógenos, evitando que

estos lleguen a los ríos o a otros abastecimientos de agua.

Así, de acuerdo con su origen, las aguas residuales pueden ser clasificadas

como:

Domésticas: son aquellas utilizadas con fines higiénicos (baños, cocinas,

lavanderías, etc.). Consisten básicamente en residuos humanos que llegan a

las redes de alcantarillado por medio de descargas de instalaciones



hidráulicas de la edificación también en residuos originados en

establecimientos comerciales, públicos y similares.

Industriales: son líquidos generados en los procesos industriales. Poseen

características específicas, dependiendo del tipo de industria.

Infiltración y caudal adicionales: las aguas de infiltración penetran en elsistema de alcantarillado a través de los empalmes de las tuberías, paredes

de las tuberías defectuosas, tuberías de inspección y limpieza, etc. Hay

también aguas pluviales, que son descargadas por medio de varias fuentes,

como canales, drenajes y colectores de aguas de lluvias.

Pluviales: son agua de lluvia, que descargan grandes cantidades de agua

sobre el suelo. Parte de esta agua es drenada y otra escurre por la superficie,

arrastrando arena, tierra, hojas y otros residuos que pueden estar sobre el

suelo.

2.6. Tratamiento de Aguas ResidualesEl tratamiento de las aguas residuales es generalmente un proceso que se

realiza en varios pasos, en los que se utilizan tratamientos químicos y

biológicos.

El tratamiento inicial consiste solamente en separaciones físicas. El

material que entra en la planta de tratamiento pasa a través de unas rejillas y

cribas que eliminan los objetos grandes, y luego de efluentes se deja reposar

durante varias horas para permitir que se sedimenten los sólidos.

Debido a la fuerte carga de nutrientes que quedan en el efluente, después del

tratamiento inicial, las plantas de tratamiento emplean un proceso detratamiento secundario para reducir la carga orgánica de las mismas hasta

niveles aceptables, antes de liberarlo a las conducciones naturales del agua.

El tratamiento secundario está íntimamente ligado a procesos

microbiológicos.

El tratamiento terciario, que puede complementar los anteriores, se utiliza

cuando se prevé la reutilización del agua, para fines de recreación

(piletas/natatorios) y hasta para el consumo humano. Para lograrlo, se utilizan

procesos de precipitación, filtración y cloración, lo que permite reducir

drásticamente los niveles de nutrientes inorgánicos, especialmente los

fosfatados y nitratos, como así también la carga de patógenos del efluente

final. Estos métodos de tratamiento no han sido ampliamente difundidos por

el costo que implica su tratamiento.



Figura 01. Esquema de planta de tratamiento convencional.

Figura 02. Esquema elemental de un proceso biológico de tratamiento.

2.7. Reacciones biológicasLas reacciones biológicas más importantes son aerobias, anaerobias o

fotosintéticas. En la Figura 3 se observa un esquema general de las

actividades de síntesis y respiración que se producen por las actividades

biológicas. Como se muestra en la figura, hay fuentes nutritivasnecesarias como C, O2,H2,N2,P, ya sea como orgánicas o inorgánicas que

deben ser transportadas a la célula en forma soluble. La energía debe

suministrarse como energía contenida en compuestos orgánicos o como

energía radiante de la luz solar. Una fracción de la energía es usada para la

biosíntesis de biomasa y la restante es dispersada como calor. Los

microorganismos producen también productos de desecho que dependen de

las especies consideradas y las condiciones ambientales. Los productos más

deseables son gases como CO2, N2, O2 y CH4, que pueden ser fácilmente

separados de la fase líquida. Otros gases como H2S NH3 y aminas son

indeseables. Un requerimiento importante para la mayor parte de los



procesos biológicos usados en el tratamiento de efluentes es la

producción de microorganismos floculantes, que pueden ser fácilmente

separados por medios físicos como sedimentación por gravedad,

centrifugación o filtración. Desde el punto de vista de la polución el

microorganismo debe considerarse como un producto no deseable. Lafacilidad de separación y la destrucción por autooxidación son también

aspectos de gran importancia.

Figura 03. Reacciones biológicas fundamentales.

2.8. EstequiometriaLa estequiometria de las reacciones involucradas en los distintos tipos de

tratamiento es altamente influenciada por las especies de

microorganismos presentes, los compuestos existentes y las condiciones

ambientales impuestas sobre el proceso. Las reacciones típicas son

como sigue:

3. ÁMBITO DE ESTUDIO

A. Lagunas FacultativasDistrito : Pucará.

Provincia : Lampa.

Departamento : Puno.

Superficie : 537.6 km2

Población : 6060 hab.



Figura 04. Fotografía Satelital del distrito de Pucara y sus Lagunas

Facultativas.

La planta de tratamiento del distrito de pucara se encuentra a 900m. del radio

urbano. Con las siguientes coordenadas UTM:

Este : 353742.00 m.

Norte : 8336361.00 m.

Altura : 3864.00 m.s.n.m.

Figura 05. Fotografía Satelital de las lagunas facultativas de Pucará.

Figura 06. Vista general de las lagunas Facultativas de Pucará.



Cuenta con 4 lagunas facultativas que son: depósitos o estanques

conformados en el suelo en los cuales se vierten el agua residual a los

efectos de producir en ellos su tratamiento depurador en base a una

determinada permanencia. Se clasifican biológicamente en: Aerobias,

Anaerobias, Facultativas y Aireadas, dicha planta cuenta con 2 primarias y 2secundarias (ambas en paralelo) una de cada una de ellas no funciona tal

como se muestra en la figura N° 06, estas se encuentran en abandono y

en pésimas condiciones, pese a ello nos sorprende que no haya olores

nauseabundos al parecer no hay liberación de gases; además se pudo

observar gran cantidad de residuos sólidos y a su vez el color verde del agua

nos indica la presencia de microalgas, quienes contribuyen en la

autodepuración del sistema.

Figura 07. Diagrama de las lagunas facultativas.

Visto en la figura 07, se puede observar que la laguna de estabilización 2 no

funciona, esto debido al abandono y falta de mantenimiento por parte de la

Municipalidad distrital de Pucará, y solo se tendría funcional.

Figura 08. Toma de muestra.



B. Filtros PercoladoresDistrito : José Domingo Choquehuanca

Provincia : Azángaro.




Fig. 09. Fotografía Satelital del distrito de José Domingo Choquehuanca y su

Planta de Tratamiento.

La planta de tratamiento de José Domingo Choquehuanca se encuentra a

unos 1400m. Del radio urbano como se muestra en la figura 03 con las

siguientes coordenadas UTM.

Estes : 354754.00 m.

Nortes : 8337165.00 m.


Figura 10. Fotografía satelital de Planta de Tratamiento con filtros

Percoladores de José Domingo Choquehuanca.



Fig. 11. Fotografía IN-SITU de la Planta de Tratamiento con filtros

Percoladores de José Domingo Choquehuanca.

Esta planta de tratamiento se caracteriza por tener filtros percoladores

q u e e s esencialmente una caja que cierra un material de contacto,

generalmente piedras graníticas (piedra pómez), que al recibir el agua

residual se va lubricando con una capa biológica responsables de las

transformaciones bioquímicas que reduce la materia orgánica; cabe destacar

que al llegar a la planta nos impactó el olor nauseabundo que

emanaba, también existía presencia de mosquitos alrededor de ellaesto hace notar indudablemente el mal funcionamiento de la planta.

Fig. 12. Fotografía de los filtros percoladores.



Fig. 13. Fotografía Piedra Pómez.

Fig. 14. Diagrama de la planta de tratamiento con los Filtros percoladores.

En la planta de José D. C. lo encontramos con falta de mantenimiento y con

muy desagradables por lo que se asume que hay liberación de CH4, CO2,SH2.



C. Lodos ActivadosDistrito : Yunguyo.

Provincia : Yunguyo.




Fig. 15. Fotografía Satelital del distrito del Distrito y su Planta de Tratamiento

de aguas residuales.

La planta de tratamiento de aguas residuales de Yunguyo se encuentra a 2.8

Km. del radio Urbano. Con las siguientes coordenadas UTM:

Estes : 488200.00 m.

Nortes : 8202258.00 m.


Cabe resaltar que esta planta tiene un sistema de Aireación intermitente que

es uno de los primeros en la región de Puno.

Fig. 16. Lodos Activados Yunguyo.

Esta es una planta de tratamiento de aguas residuales diseñada con dos

líneas de tratamiento: Línea de agua, que consta de un tratamiento primario,

que tiene por finalidad retener todos los componentes inorgánicos, solidos,

aceites y grasas luego pasa a un tratamiento secundario, (lodos activados)

que consiste en la depuración de aguas residuales mediante el reaccionar de



las bacterias aerobias a través del suministro uniforme de aire (platos

difusores), quienes realizan todos los procesos metabólicos mediante la cual

separan la carga orgánica en lodo y agua, esto se realiza gracias a la

aireación, sedimentación y decantación; y una siguiente etapa de

desinfección, a través de los rayos UV para eliminación de coliformes. Elagua ya desinfectada es vertida al cuerpo receptor (rio) y a la línea de lodos,los cuales son bombeados hacia un espesador, pasando por el tanque

digestor y por último a la sala de deshidratación los cuales vierten lodos ya

deshidratados. Es importante mencionar que a simple vista se le brinda un

buen mantenimiento, pero según nos informó esta planta ya no funciona

digitalmente sino manualmente.

Fig. 17. Diagrama de la Planta de aguas Residuales Yunguyo – Línea de Aguas.

4. MARCO METODOLÓGICO

Determinación de DBO: Se utilizó el método iodométrico o de frasco de

Winkler

Determinación de coliformes: El método utilizado para su determinación es

del Número Más Probable (NMP) mediante la técnica de la fermentación en

tubos múltiples. La determinación del NMP y la densidad del grupo

coliformes es calculada por la tabla del NMP (05 tubos por dilución) a partir

de los tubos positivos (campanas de Durham invertidos).

4.1. Determinación de la DBO

Procedimiento experimental de DBO

a. Conseguimos Frascos de vidrio para luego esterilizarlos en el autoclave

durante 20 min.

b. Toma de muestras en la planta de tratamiento de aguas residuales en

frascos esterilizados, en el instante de tomar las muestras lo hicimos con

cuidado en la entrada y salida de la planta, pero esta muestra tomada nodebe de tener ninguna sola burbuja para luego obtener un buen resultado.



5. RESULTADOSTabla 01. DBO en relación a los límites máximos permisibles.

Tabla 02. Coliformes Termotolerantes en relación a los límites máximos

permisibles.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS DBO

Tabla 03. Cuadro comparativo de DBO con los LMP (mg/L).



- El efluente real de las Lagunas Facultativas de Pucara es de 114 mg/L deDBO, lo cual sobrepasa los Límites Máximos Permisibles (LMP) establecidospor las normas para vertidos a cuerpos de agua que es de 100mg/L,asiéndola ineficiente y por ende no cumpliendo las normas.- En lo que concierne al Sistema de Tratamiento de José DomingoChoquehuanca, igualmente no cumple con las normas de LMP para vertidosa ríos, puesto que el efluente real es de 132 mg/L de DBO, a pesar de quecuenta con un sistema de Filtros Percoladores.- Y el proceso de lodos activados con el que cuenta la PTAR de Yunguyo, encomparación con los LMP establecidos, si cumplen las normas de efluentespara vertidos a ríos, mas no en lo que concierne para riego y bebida paraanimales que es de 15 mg/L de DBO.

Gráfico 01. Disminución de DBO en los diferentes sistemas.

COLIFORMESTabla 04. Cuadro comparativo de resultados de coliformes con los LMP.



- Comparando los datos del cuadro, el efluente de las Lagunas deEstabilización de Pucara, en lo que concierne a coliformes termotolerantesson muy elevados y por ende sobrepasan los LMP establecidos paraefluentes de vertidos a cuerpos de agua.- Lo que concierne al efluente del Sistema de Tratamiento de José DomingoChoquehuanca es muy elevado en carga patogénica, sobrepasando así losLMP normados, esto porque no está realizando un correcto funcionamiento

los filtros percoladores y lo único que existiría sería un conjunto deoperaciones los que estarían tratando el agua, más no procesos.- Así también los datos obtenidos de coliformes del efluente de la PTAR deYunguyo comparándolo con los LMP establecidos, están al límite, pero aunasí sobrepasan, esto porque el tiempo de retención hidráulico es muy cortotanto en los sistemas de proceso (lodos activados) y operación (radiaciónUV).

Gráfico 02. Disminución de Coliformes termotolerantes en los diferentes sistemas.



6. BIBLIOGRAFÍA- Fernando G. et al (2009), “Seminario de Procesos Fundamentales

Físico-Químicos y Microbiológicos Especialización y Maestría en Medio

Ambiente Laboratorio de Química”. Editorial de la Universidad Tecnológica

Nacional, Argentina.- Madigam, MT y Martinko, Brock (2012) “biología de los

microorganismos” 12ava edición. Editorial Pearson Addson Wesley

- Ramalho R.S (2014) “Tratamiento de aguas residuales” 1ra edición.

Editorial Reverte S.A. – Barcelona.

- Gonzales L. R. (2012) “Microbiología del agua” 1ra edición. Edi torial

Colombiana de Ingeniería- Colombia

- Sierra R. (2011) “Calidad del agua” 1ra edición. Editorial Sello –

Colombia.

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Edición.- D. S. N° 003-2010-minam “aprueban los límites máximos permisibles

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- D. S. N°002-2008-minam “aprueban los estándares de calidad

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