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REPUBLICA BOLIVARINA DE VENEZUELA LA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERIA DIVISION DE POSTGRADO
PROGRAMA DE POSTGRADO EN INGENIERIA AMBIENTAL
EVALUACION DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES DE LA EMPRESA CRIADORES
AVICOLAS DEL ZULIA, C.A.
Trabajo de Grado presentado ante la ilustre Universidad del Zulia
para optar al Grado Académico de
MAGÍSTER SCIENTIARUM EN INGENIERÍA AMBIENTAL
Autor: DOUGLAS A. GALAN
Tutora: Nibis Bracho
Co-tutor: Edixón Gutiérrez
Maracaibo, septiembre de 2008
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Galán, Douglas Antonio. “Evaluación del Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales Industriales de la Empresa Criadores Avícolas del Zulia, C.A.” (2008). Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado. Maracaibo, Venezuela, 80 p. Tutor: Profa. Nibis Bracho. Cotutor: Prof. Edixón Gutiérrez.
RESUMEN
La procesadora de aves CRIAZUCA tiene un sistema de tratamiento conformado por 2 lagunas de estabilización que fue construido sin diseño previo, para operar como lagunas facultativas en serie, el efluente ha sido reutilizado para regar pasto. Este sistema fue puesto en marcha en 1997 para tratar el vertido producido por el procesado de 2.000 aves/día, hoy, alcanza 20.000 aves/día. El objetivo es evaluar el funcionamiento de cada laguna, con el fin de proponer soluciones. Para ello, se efectuaron monitoreos del afluente y efluente de cada laguna y se analizaron los siguientes parámetros: DBO, DQO, Nitrógeno Total, Fósforo total, SST, temperatura, coliformes totales (CT) y aceites y grasas. También se registró el caudal y se realizó la batimetría de la segunda laguna para determinar el volumen útil. Los resultados revelaron que la primera laguna opera como anaeróbica, debido al incremento del nitrógeno de 84,12 mg/l a 124,88 mg/l y del fósforo de 23,97 mg/l a 26,15 mg/l, Por otra parte, esta laguna maneja cargas orgánicas altas, cuya eficiencia de remoción alcanza el 66,23 % para la DBO5-20 y un 56,29 % para la DQO, para una temperatura promedio de 30 0C. La segunda laguna funciona como facultativa, cuya eficiencia es 32,70 % para la DBO5-20 y 36,86 % para DQO, siendo la concentración final del efluente mayor a los niveles máximos permisibles exigidos por la normativa vigente. Además, a estas lagunas no se les ha removido los lodos en los 11 años de funcionamiento. Por tal razón, se sugiere el diseño de un nuevo sistema, cuyo efluente cumpla con las normativas para reusar el efluente en la irrigación de pasto para ganado, el cual debe estar constituido por arreglos de lagunas anaeróbica-facultativa-maduración que incluya las válvulas de paso necearías, para la limpieza de los lodos de la laguna anaeróbica. Palabras Claves: Tratamiento de aguas industriales. Lagunas de Estabilización.
E-mail: [email protected]
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Galán, Douglas Antonio. “Evaluation of the System of Treatment of Industrial Waste water of the Criadores Avícolas del Zulia, C.A. " (2008). Work of Degree. University of the Zulia. Faculty of Engineering. Division of Postdegree. Maracaibo, Venezuela. 80 p. Tutor: Profa. Nibis Bracho. Cotutor: Prof. Edixón Gutiérrez.
ABSTRACT
The processor of birds CRIAZUCA has a system of treatment conformed by 2 lagoons of stabilization that was constructed without no previous design, to operate in series like facultative lagoons, whose effluent has been reused for the irrigation of grass for cattle. This system was started up in 1997 to deal with the spill produced by the processing 2,000 birds/day, which at the present time reaches 20,000 birds/day. The objective of this investigation is the one to evaluate the operation of each lagoon, with the purpose of proposing alternatives of solution for its extension. For it, monitories of the affluent took place and effluent of each lagoon and the following parameters were analyzed: DBO, DQO, Total Nitrogen, total Phosphorus, SST, total temperature, coiffures (CT) and oils and fats. Also the volume was registered and the bathymetry of the second lagoon was made to determine the useful volume of the same one. The results revealed that the first lagoon is operating like anaerobic lagoon, due to the increase of the nitrogen of 84.12 mg/l to 124.88 mg/l and of 26.15 23.97 phosphorus of mg/l to mg/l, On the other hand, this lagoon handles high to laid-down loads, whose efficiency of removal reaches 66.23 % after the DBO5-20 and a 56.29 % for the DQO, for temperatures 30 averages of 0C. The second lagoon works like a facultative lagoon, whose efficiency is of 32.70 % for DBO5-20 and 36.86 % for DQO, being the final concentration of the greater effluent at the permissible maximum levels demanded by the effective norm. On the other hand, to these lagoons muds in the 11 years of operation have not been removed them. For such reason, the design of a new system is suggested, whose effluent fulfills the norms to reuse the effluent in the irrigation of grass for cattle, which must be constituted by adjustments of lagoons Anaerobic – facultative - maturation that includes the step valves necessaries, for the cleaning of muds of the anaerobic lagoons.
Key words: Industrial water treatment. Lagoons of Stabilization.
E-mail: [email protected]
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DEDICATORIA
Dedico este triunfo primeramente a Dios por estar siempre conmigo en este camino
y acompañarme permanente en esta etapa de mí vida, dándome mucha perseverancia
y sabiduría.
A la memoria de mi amantísima madre Eva Galán, mujer noble, incansable y
abnegable quién sembró en mí la constancia al trabajo, la honradez y deseos de
superación.
A mis hijos, Douglas H. Douglas A. Douglassa M y Andrea M, pilares fundamentales
de mis batallas y siempre motivaciones de mi existencia.
A Liseth Linares mi eterna compañera y amiga incondicional, quién con su gran
amor, comprensión e inquebrantable apoyo siempre ha estado a mi lado en los
momentos tristes y alegres de mi vida.
A todos mis hermanos y hermanas, quienes en todo momento me estimularon para
hacer realidad este hermoso sueño.
A todos mis amigos y amigas, en especial a Melania Fuentes, por su ilimitada ayuda
para la conquista de este objetivo.
Que Dios les de larga vida y los siga bendiciendo.
Douglas A. Galán
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AGRADECIMIENTO
A Dios, por proveerme siempre de sabiduría, seguridad y fortaleza para enfrentar
con valentía y certeza los retos propuestos y poder culminar con éxito esta meta.
A mi Tutora Dra. Nibis Bracho, mi eterno agradecimiento por su incondicional
asesoría, dedicación, contribución, orientación y apoyo para la feliz culminación de este
logro, el cual perfeccionará mi vida profesional.
Al Co-tutor Profesor Edixón Gutiérrez, por compartir sin limitaciones sus
conocimientos y motivarme siempre a la finalización exitosa de este objetivo.
A la Empresa “Criadores Avícolas del Zulia, C.A. (CRIAZUCA) especialmente a su
Presidente Ing. Ariel Bohórquez, por el incondicional apoyo financiero y económico para
la realización de esta investigación.
Al personal del Centro de investigación del Agua (CIA) por su ayuda en la
elaboración de los análisis de este trabajo.
A la Universidad del Zulia, por brindarme la oportunidad de cursar mis estudios
superiores y por todos los conocimientos adquiridos en ella.
A todos.
Mis infinitas gracias.
57
TABLA DE CONTENIDO
Pág.
RESUMEN……………………………….…………………………………………………….. 4
ABSTRACT………………………………..…………………………………………………… 5
DEDICATORIA…………………………..…………………………………………….………. 6
AGRADECIMIENTO……………………..……………………………………………………. 7
TABLA DE CONTENIDO…………………………….………………………………………. 8
LISTA DE TABLAS………………………………….………………………………………... 11
LISTA DE FIGURAS………………………………………………………….……………..... 12
INTRODUCCIÓN…………………………………………………………….………………... 14
CAPITULO I. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA………………………………..………............ 16
1.1. Tratamiento de aguas residuales………….………………..…………………………. 17
1.1.1. Clasificación de los sistemas de tratamiento…..…….......................... 18
1.1.1.1. Tratamientos convencionales.......................................................... 18
1.1.1.2. Tratamientos no convencionales…..………..……............................ 19
1.2. Lagunas de estabilización……………….……………………….….………………….. 19
1.2.1. Clasificación de las lagunas de estabilización………….….…………………. 20
1.2.1.1. Lagunas anaeróbicas……….…………………………………... 21
1.2.1.1.1. Indicadores de buen funcionamiento en lagunas
anaeróbicas…….………………………………………………………
21
1.2.1.1.2. Problemas de funcionamiento en lagunas
anaeróbicas…………………………………………………………….
22
1.2.1.2. Lagunas facultativas…………..…………………………….... 23
1.2.1.3. Lagunas de maduración o pulimento………………………….. 23
1.3. Uso de lagunas de estabilización en el tratamiento de aguas residuales………… 24
1.4. Uso de aguas residuales para riego……….…………………………………………... 24
1.5. Calidad de agua para riego………………….…………………………………………. 25
CAPITULO II. RESEÑA DE LA PLANTA PROCESADORA DE AVES Y EL SISTEMA
DE TRATAMIENTO………….…………………….…………………………………………..
27
2.1. Etapas del proceso de matanza de las aves………………………………………….. 27
2.1.1. Descripción de las etapas……….………………………………………………. 29
58
Pág.
2.2. Descripción del Sistema de Tratamiento……………………………………………… 32
2.2.1. Dimensión de las lagunas de estabilización…………………………………... 33
2.2.2. Disposición final de las aguas tratadas….…………………………………….. 34
CAPITULO III. METODOLOGÍA USADA PARA LA EVALUACIÓN DEL TRABAJO….. 35
3.1. Inspección ocular al Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales Industriales
de la Empresa Criazuca………………………………..............................................
36
3.2. Selección de los puntos de muestreos………………………………………………... 36
3.3. Evaluación físico-química y bacteriológica…………………………………………... 37
3.3.1. Programa de Monitoreo y caracterización del afluente y efluente…….…….. 37
3.3.2. Determinación de la constante de desaparición de lo coliformes totales….. 39
3.3.3. Determinación de la demanda última de DBO ………………………………. 40
3.3.3.1. Calculo de las constante K y L……………………………………….. 41
3.4. Calculo del caudal……………………………………………………………………….. 46
3.5. Medición del lodo de la segunda laguna……………………….……………………... 48
3.6. Operación y mantenimiento del sistema……………………………......................... 51
CAPITULO IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN………..………..…………………........... 52
4.1. Inspección ocular al Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales Industriales
de la Empresa Criazuca……………........................................................................
52
4.1.1. Irregularidades observadas durante la visita de inspección al Sistema de
Tratamiento de Aguas Residuales Industriales de la Empresa Criazuca….........…
52
4.2. Evaluación físico-química y bacteriológica…………….…………………………….. 53
4.2.1. Caracterización del afluente y efluente en cada una de las lagunas……… 53
4.2.1.1. Parámetros químicos evaluados en el Sistema de Tratamiento de
Aguas Residuales Industriales de la Empresa Criazuca……………......
55
4.2.1.1.1. pH…………………………………………………………... 55
4.2.1.1.2. Fósforo total…………..................................................... 55
4.2.1.1.3. Nitrógeno total................................................................ 57
4.2.1.1.4. Oxigeno disuelto. (OD)…………………………………… 58
4.2.1.1.5. Aceites y grasas…………………………………………... 59
4.2.1.2. Parámetros físicos evaluados en el Sistema de Tratamiento de
Aguas Residuales Industriales de la Empresa Criazuca……………………
60
59
Pág.
4.2.1.2.1. Sólidos Suspendidos Totales. (SST)…......................... 60
4.2.2. Determinación de la constante de desaparición de los coliformes totales… 61
4.2.3. Determinación de la demanda ultima de DBO (L)……………………………. 63
4.2.3.1. Método Gráfico de Fujimoto…………………………………………… 63
4.2.3.2. Método Gráfico de Thomas.............................................................. 64
4.2.3.3. Método de la Pendiente de Thomas………………………………….. 66
4.3. Cálculo del caudal……………………………………………………………………….. 67
4.4. Determinación de la batimetría de los lodos acumulados en el fondo de la
segunda laguna…………………………………………............................................
68
CONCLUSIONES………………………..…………………………………………………… 71
RECOMENDACIONES………..……………………………………………………………... 73
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS…………...………….............................................. 74
APÉNDICE. Extracto de la Gaceta 5021 de fecha 18/12/1995…….............................. 80
60
LISTA DE TABLAS
Tabla Pág.
1 Resumen de los problemas de funcionamientos en las lagunas
anaeróbicas…………………………………………………………….................
22
2 Dimensiones de las lagunas de estabilización………………………….…….. 33
3 Metodología empleada para los análisis de agua……………………..……... 38
4 Valores promedios de DBO. DQO y Temperatura del afluente y efluente
a la entrada y salidas de cada una de las lagunas………………...………….
54
5 Valores promedios de pH del afluente y efluente a la entrada y salidas de
cada unas de las lagunas………………………………………………………...
55
6 Valores promedios del fósforo total en el afluente y efluente……..……....… 56
7 Valores promedios del nitrógeno total en el afluente y efluente……..……… 57
8 Valores promedios del oxigeno disuelto (OD) en el afluente y efluente…… 59
9 Valores promedios de aceites y grasas en el afluente y efluente…………... 60
10 Valores promedios de los sólidos suspendidos totales en el afluente y
efluente..........................................................................................................
61
11 Composición típica de las aguas residuales domésticas……………………. 62
12 Resumen de la L y K…………………………………………………………….. 67
13 Cálculo del caudal………………………………………………………………... 68
61
LISTA DE FIGURAS
Figura Pág.
1 Etapas del proceso de matanzas de las aves……............................................ 28
2 Vista del equipo de escaldado……………………………………………………… 29
3 Vista del equipo de desplumado……………………………………………........... 30
4 Vista de la parte interna de la desplumadota…………………………………...... 30
5 Vista del tamiz rotativo par separar las vísceras…………………………………. 31
6 Vista del tamiz rotativo para separar las plumas…………………………………. 31
7 Vista del área de empaque…………………………………………....................... 32
8 Vista del área de despresado………………………………………………………. 32
9 Esquema del sistema de tratamiento…………………………............................. 33
10 Vista del área de cultivo de pasto de forraje…………………………………….... 34
11 Diagrama de la metodología usada para el diagnóstico del sistema……..…… 35
12 Puntos de muestreos………………………………………………………………... 37
13 Equipo usado para medir in situ el pH…………………...................................... 38
14 Equipo usado para medir in situ el OD y la temperatura…................................ 38
15 Vista del reactor usado para la toma de muestra para los análisis de los
coliformes totales….…..…….............................................................................
39
16 Vista del método de conservación de las muestras en el campo para su
traslado al laboratorio del Centro de Investigación del Agua. (CIA)……………
40
17 Relación entre las magnitudes y el tiempo………………………………………. 45
18 Pendiente de la curva de la DBO para los casos de líneas rectas y curvas…. 45
19 Vista de la tanquilla utilizada como vertedero para medir el caudal…………... 47
20 Corte longitudinal de la tanquilla existente tomada como vertedero donde fue
medido el caudal.…………………………………………………………………….
47
21 Vista de la primera laguna….……………………….……………………………... 48
22 Vista en primer plano el instrumento utilizado para la batimetría……………... 49
23 Vista de las cuadrículas imaginarias de 3 m x 3 m en la segunda laguna…… 50
24 Vista de los tubos para fijar la cuerda de la cuadrícula….……......................... 51
25 Vista de la introducción del tubo graduado para medir la altura del lodo…….. 51
26 Vista de la capa gruesa y sólida de plumas, nata y maleza en los taludes…... 53
62
27 Gráfica de la constante de desaparición de los coliformes….…………………. 61
28 Variación de la DBO con el tiempo……………………………………………….. 63
29 Método Gráfico de Fujimoto……………………………………………………….. 64
30 Método Grafico de Thomas….…………………………………………………….. 65
31 Batimetría de la segunda laguna….………………………………………………. 70
63
INTRODUCCION
Las aguas residuales de la industria avícola, contienen sustancias contaminantes de
naturaleza orgánica e inorgánica (uso de químicos para limpieza y desinfección de
equipo y otros), que son generadas durante el proceso de matanza y desangrado,
escaldado, corte de la ave, extracción y manejo de vísceras, etc. (López, 2007).
De acuerdo a lo reportado por (Rolim, 2000) los mataderos de aves pueden tener
una DBO promedio de 200 mg/l. Sin embargo, (Zamora, 2001), obtuvo en una
procesadora de ave un promedio de DBO de 2.080 mg/l. Considerando el alto contenido
de sangre que se maneja en este tipo de industria se estima una alta carga orgánica
(347,52 g/m3.día.) tal como la reportada por Zamora.
De acuerdo con (López, 2007) el tratamiento de los residuos líquidos avícolas
pueden llevarse a cabo en plantas de tratamiento biológico aeróbicas y anaeróbicas, su
selección depende de los costos de operación y mantenimiento, posibilidad de
ampliaciones futuras, calidad del efluente para descarga a cuerpo receptor ó reuso,
disponibilidad de terreno, entre otros.
Las lagunas de estabilización han sido utilizadas por más de 50 años en Europa
para tratar aguas municipales e industriales (Alexion y Mara, 2003). Investigaciones
reportadas por (Yánez, 1993); (Mara, 1998); (Rolim, 2000) señalan que las lagunas
anaeróbicas son utilizadas para remover alta carga orgánica (mayor a 3.000 kg/ha/d)
como la procedente de procesadoras avícolas. Las lagunas de estabilización es el
tratamiento más apropiado, cuando se va a reusar agua tratada en la irrigación (WHO,
1989); (Mara 1998); (Blumenthal 2000) y (Ensink y colaboradores, 2007). Este tipo de
tratamiento requiere de disponibilidad de área, sin embargo, (Bracho, 2006) demostró
que los requerimientos de terreno para el uso de lagunas, pueden ser reducidos
optimizando la configuración geométrica.
CRIAZUCA, tiene experiencia positiva del tratamiento de descargas liquidas avícolas
en lagunas de estabilización y de su reuso en la irrigación de pasto para ganado, cuyo
efluente cumplió con el Decreto # 883 de la Gaceta Oficial de la Republica (1995),
durante el procesado de 2.000 aves/día. En la actualidad la empresa aumentó su
64
capacidad al procesar un promedio de 25.000 aves/día, conduciendo a la reducción de
la capacidad de tratamiento de la planta. Los propietarios de la citada procesadora
solicitaron la evaluación del sistema con la finalidad de que se ofrezcan las alternativas
para su ampliación, generando una calidad de efluente que cumpla con la normativa
vigente para ser reutilizada en el riego de pasto para ganado.
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CAPITULO I
REVISION BIBLIOGRAFICA
Durante muchos años, la preocupación básica de ingenieros y científicos en cuanto
al tratamiento del agua se orientó hacia la producción de agua potable. Cuando el
crecimiento de las ciudades y la industrialización afectaron los cuerpos de agua creando
problemas epidemiológicos, ecológicos y de reuso de aguas, se presentó la necesidad
de proceder a depurar o tratar las aguas residuales.
Cuando las aguas residuales se descargan a un sistema de lagunas de
estabilización, se realiza un proceso conocido con el nombre de autodepuración o
estabilización natural, en el que ocurren procesos de tipos físicos, químicos y
biológicos. Las lagunas se emplean para tratar aguas residuales domésticas, pero
también; pueden tratar aguas residuales industriales provenientes de actividades como
mataderos, lecherías, industrias de frutas o en combinación con otros sistemas. El
empleo de lagunas como un recurso técnico o como un medio aceptado con este
propósito, se ha desarrollado en la segunda mitad del siglo XX.
Entre los procesos de tratamiento de aguas residuales utilizados en países del
Tercer Mundo, las lagunas de estabilización han sido el método más empleado, debido
a su bajo costo de construcción, a la reducción de agentes patógenos, necesitan pocos
componentes importados, bajo consumo energético, son simples de construir y operar,
confiables y fáciles de mantener y sus efluentes tienen la posibilidad de ser reutilizados
ya que son de alta calidad, lo cual es muy importante en el caso de los países en
desarrollo donde no existen ni los recursos ni el personal necesario para utilizar las
tecnologías de los países desarrollados (Aguirre y colaboradores, 2006). Las aguas
residuales de la industria avícola, contienen sustancias contaminantes de naturaleza
orgánica e inorgánica (uso de químicos para limpieza y desinfección de equipo y otros),
que son generadas durante el proceso de matanza y desangrado, escaldado, corte de
las aves, extracción y manejo de vísceras, etc. (López, 2007).
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De acuerdo a lo reportado por (Rolim, 2000) los mataderos de aves pueden tener
una DBO promedio de 200 mg/l. Sin embargo, (Zamora, 2001), obtuvo en una
procesadora de aves un promedio de DBO de 2.080 mg/l.
Considerando el alto contenido de sangre que se maneja en este tipo de industria se
estima una alta carga orgánica, tal como la reportada por Zamora.
De acuerdo con (López, 2007), el tratamiento de los residuos líquidos avícolas
pueden llevarse a cabo en plantas de tratamiento biológico aeróbicas y anaeróbicas, su
selección depende de los costos de operación y mantenimiento, posibilidad de
ampliaciones futuras, calidad del efluente para descarga a cuerpo receptor ó reuso y
disponibilidad de terreno, entre otros. El componente orgánico se refiere a la
introducción de materias de procedencia orgánica, normalmente biodegradables, cuya
presencia en el agua residual conduce a la aparición y crecimiento de microorganismos,
que utilizan el desecho orgánico como fuente de alimentación, y como consecuencia de
su crecimiento, ponen en riesgo la salud pública debido a su potencial patógeno.
Estos componentes orgánicos se generan a través del lavado de estiércol, durante la
matanza y desangrado, recambio de agua en chillers y escaldadoras, escaldado,
pelado, corte de la carne, patas, cabezas, extracción y manejo de vísceras, limpieza de
mollejas y manejo de subproductos avícolas, etc. Un caso muy particular de interés,
dentro de estos compuestos orgánicos contaminantes presentes en las aguas
residuales, se refiere a las elevadas concentraciones de grasas y aceites generadas
durante el proceso.
El inorgánico se refiere a sustancias contaminantes introducidas de carácter
inorgánico, originadas en el uso de químicos para limpieza y desinfección de pisos,
equipo y maquinaria industrial, las cuales deterioran su calidad física y química.
1.1. Tratamiento de aguas residuales.
En la antigüedad los efluentes residuales fueron descargados a los cuerpos de
agua, sin tener un tratamiento previo, pero en 1876 debido a un gran auge de
enfermedades hídricas tales como: diarrea, fiebre tifoidea, paratifoidea, cólera, hepatitis
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infecciosa y amebiasis, en el Reino Unido se promulgó por primera vez la ley de
contaminación de los ríos, que prohibió las descargas a los cuerpos de aguas naturales
con el fin de evitar su contaminación. (Metcalf, 1995; León y Moscoso; 1996; Rolim,
2000); ley que en el siglo XIX fue la base para las construcciones de los primeros
sistemas de tratamiento de aguas residuales. (Metcalf, 1977; Metcalf, 1985; Rolim,
2000).
1.1.1. Clasificación de los sistemas de tratamiento.
Los sistemas de tratamiento se clasifican en convencionales y no convencionales.
1.1.1.1. Tratamientos convencionales.
Son muy usados en los países desarrollados, siendo sus usos limitados en países
en vías de desarrollo, a causa del consumo de grandes cantidades de energía, el uso
de equipos electromecánicos sofisticados, aunados a los requerimientos de mano de
obra especializada para su adecuada operación y mantenimiento.
El lodo activado es un tratamiento convencional, es un proceso de tratamiento en el
cual el agua residual y el lodo biológico (microorganismos) son mezclados y aireados
en un tanque denominado reactor. Los flóculos biológicos formados en este proceso se
sedimentan en un tanque, lugar del cual son recirculados nuevamente al tanque
aireador o reactor.
En este proceso, los microorganismos son completamente mezclados con la
materia orgánica en el agua residual de manera que ésta le sirve de sustrato
alimenticio.
Es importante indicar que la mezcla o agitación se efectúa por medios mecánicos
superficiales o sopladores sumergidos, los cuales tiene doble función. 1) Producir
mezcla completa y 2) agregar oxígeno al medio para que el proceso se desarrolle.
68
1.1.1.2. Los tratamientos no convencionales.
Son muy empleados en el caso de los países de clima tropical como Venezuela,
dentro de estos se recomiendan las lagunas de estabilización, debido a su fácil
operación, mantenimiento y a la capacidad que poseen para remover parásitos, huevos
de Helmintos, quistes de Protozoos, virus y bacterias, entre otros. Un sistema
convencional no puede competir con la eficiencia de remoción de patógenos que se
logra en las lagunas de estabilización, a menos que se adicione el proceso de
desinfección del efluente, que encarece y hace más compleja la operación y
mantenimiento (CEPIS, 1995; Tchobanoglous y Burton; 1996; Rolim, 2000).
1.2. Lagunas de estabilización.
Se puede definir como una estructura diseñada para retener las aguas residuales
un período apreciable de tiempo, en un embalse de poca profundidad, donde se
realizan y controlan los procesos naturales de degradación de la materia orgánica
biodegradable, los cuales constituyen el tratamiento o la estabilización de los desechos
(Cubillos, 1998).
De la misma manera, (Mc Junkin, 1986), (Tebbut, 1993), (León, 1995) definen las
lagunas de estabilización, estructuralmente son excavaciones en el suelo construidas a
poca profundidad de 2 m a 4 m y con períodos de retención largo (por lo general varios
días). Regularmente reciben agua residual cruda, la cual es tratada a través de
procesos de estabilización de la materia orgánica, llevado a cabo por algas, bacterias,
hongos, protozoarios y otros invertebrados, en condiciones ambientales óptimas.
En las lagunas de estabilización ocurre un tratamiento natural que proporciona un
efluente de buena calidad para ser utilizado en la irrigación (Paris y col., 2000).
Los indicadores de contaminación utilizados para evaluar el comportamiento de las
lagunas de estabilización para el tratamiento de las aguas residuales y la calidad de
sus efluentes son la demanda bioquímica de oxigeno (DBO) y la demanda química de
oxigeno (DQO) que caracterizan la carga orgánica; y los coliformes fecales que
caracterizan la contaminación microbiana. (Rolim, 2000).
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El tratamiento a través de lagunas de estabilización tiene tres (3) objetivos,
fundamentales.
a) Remover de las aguas residuales la
materia orgánica que ocasiona la contaminación.
b) Eliminar los microorganismos que
representan un grave peligro para la salud humana.
c) Utilizar su efluente con otras
finalidades, tales como la agricultura.
Según, (Rolim 1990) las principales ventajas de los sistemas de lagunas de
estabilización son:
a) Bajo costos.
b) Necesitan poco o ningún componente importado.
c) Nulo consumo energético.
d) Simples de construir y operar.
e) Confiables y fáciles de mantener.
f) Pueden absorber aumentos bruscos de cargas hidráulicas.
g) Posibilidad de uso como sistemas reguladores para riegos.
h) Fácil adaptación a variaciones estaciónales.
i) Facilidad de tratar vertimientos industriales fácilmente
biodegradables. (Mataderos, lecherías, industrias de frutas,
etc.)
j) Elevada estabilización de la materia orgánica.
k) Producen un efluente de alta calidad, con excelente reducción
de microorganismos patógenos.
1.2.1. Clasificación de las lagunas de estabilización.
En las Lagunas de estabilización, la remoción de la materia orgánica (expresada
como DBO) se realiza a través de procesos biológicos aerobios y anaerobios.
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Dependiendo del proceso predominante, las lagunas son aerobias (de maduración o
pulimento), anaerobias o facultativas.
1.2.1.1 Lagunas anaeróbicas.
Son tanques profundos de 2,5 m a 5,0 m, de manera que se reduzca el área
superficial en contacto con el oxígeno del aire, estas lagunas reciben carga orgánica
elevadas (usualmente > 100 g DBO/m3/d) para una profundidad de 3 m no contienen
oxígeno disuelto. (Mara y Pearson; 1998).
La estabilización de la materia orgánica se lleva a cabo en dos (2) etapas:
a) Fermentación acida, viene dada por la siguiente reacción química.
5(CH2O)x (CH20)x +2CH3COOH + Energía (1)
b) Fermentación del metano representada por la siguiente ecuación Yánez, (1993).
2.5 CH3COOH (CH2O)x + CH4 + 2CO2 (2)
Las lagunas anaeróbicas pueden llegar a alcanzar hasta un 60 % de la remoción de
DBO, una temperatura de 20 °C, una carga orgánica máxima de DBO de 3.000 mg/l y
un tiempo de retención de un día. (Gloyna y Espino, 1969; Tchobanoglous y Burton;
1996).
1.2.1.1.1. Indicadores de buen funcionamiento en lagunas anaeróbicas.
El agua almacenada
presentan un color gris.
Se observa un desprendimiento continuó de gases desde el fondo, que se
aprecia como burbujeo, fácilmente visible si se mira la laguna a contraluz.
La superficie de la laguna está total o parcialmente cubierta por grasa, aceites y
otras materias flotantes.
Los taludes internos están libres de vegetación.
71
El pH del agua residual se encuentra en el intervalo 6,5 – 9,0.
1.2.1.1.2. Problemas de funcionamiento en lagunas anaeróbicas.
En la Tabla 1 se muestra un resumen de los principales problemas de
funcionamiento presentes en las lagunas anaeróbicas.
Tabla 1. Resumen de problemas de funcionamiento en lagunas anaeróbicas.
Síntomas Causa Solución
Malos olores
Carga orgánica excesiva
Puesta en servicios de nuevos módulos.
By-Pass. Aumentar la profundidad de
trabajo. Siembra de bacterias
metanogénicas. Ajustes del pH.
Carga orgánica Demasiada baja
Disminuir la profundidad del trabajo.
Siembra de bacterias metanogénicas.
Caída brusca de la temperatura ambiente
Promover la formación de costra superficial con paja o poliestireno
Tóxicos o valores anormales de pH en la
alimentación
By-Pass temporal de la planta hasta que se localice el vertido responsable
Coloración rosa o rojo
Bacterias fotosintéticas
del Azufre, efecto de carga orgánica
Reducir el número de módulos en servicios.
Disminuir la profundidad del trabajo.
Siembra de bacterias metanogénicas
Presencia de mosquitos y otros insectos
Crecimiento de plantas acuáticas
Eliminar todas las plantas acuáticas u otros posibles soportes para las larvas
Larvas en la costra
Remover las costras para que las larvas se desprendan y
72
superficial sedimenten. Utilización local de insecticidas.
Crecimiento de plantas acuáticas y malas
hierbas en los taludes
Eliminar todas las plantas, en los taludes internos, eliminar o recortar las malas hierbas en los taludes externos.
Fuentes. Rivas, M. (1978)
1.2.1.2. Lagunas facultativas.
Son lagunas de estabilización de profundidad de 1,8 m a 2,0 m, poseen dos (2)
zonas diferenciadas, una capa superficial aeróbica y otra anaerobia. Las bacterias que
descomponen la materia orgánica corresponden a bacterias facultativas ó heterótrofas.
Este tipo de laguna generalmente no presenta olor desagradable y tiene un alto
rendimiento en cuanto a remoción de materia orgánica, pero tiene la desventaja de
requerir un área mayor a la laguna anaeróbica. Por otra parte el efluente contiene una
gran cantidad de algas. Tchobanoglous y Burton, (1996)
Las algas que tienden a predominar en las lagunas facultativas son las de los
géneros móviles (Chiamy donomas, Pyrobotrys y Euglena). La concentración de algas
en una laguna facultativa depende de la carga y de la temperatura, cuyo rango puede
oscilar entre 500 – 2.000 mg clorofila/l. (Tchobanoglous y Burton, 1996).
Las algas producen oxígeno durante la fotosíntesis que tiene lugar mediante la
siguiente ecuación (3):
n CO2 + nH2O (CH2O)n + O2 (3)
El oxígeno es utilizado por las bacterias para oxidar materia orgánica en el estrato
aerobio; en el anaerobio predominan los procesos de fermentación de la materia
orgánica que viene dada por la siguiente reacción (4):
C6H12O6 2CO2 + 2CH3 – CH2 – OH (4)
La materia orgánica desciende de las capas superiores acumulándose luego en el
fondo de las lagunas de estabilización, donde ocurre el proceso de fermentación.
(Tchobanoglous y Burton, 1996).
73
1.2.1.3. Lagunas de maduración o pulimento.
Son estanques construidos cuya profundidad fluctúa entre 0,3 m y 1 m. Son menos
profundas que los de las lagunas facultativas, remueven microorganismos patógenos,
pero además disminuyen la población de algas, sedimentan el material en suspensión,
oxidan algunos compuestos orgánicos y disminuyen la población bacterial mejorando la
calidad del agua. (Rolim, 2000).
1.3. Uso de lagunas de estabilización en el tratamiento de aguas residuales.
Las primeras lagunas de estabilización fueron construidas en Dakota del Norte de
EEUU en 1948. Heuvelen (citado por Cubillos 1982), señala que son sistemas de
tratamientos de agua más sencillos, económicos y populares, de fácil mantenimiento y
operación cuando existen condiciones favorables de temperatura e iluminación. (Mara
y Pearson, 1998); Gomes, 1987).
En la Región de América Latina y el Caribe, durante la década de 1950 se trató de
imitar la tecnología de los países desarrollados y se construyeron plantas de
tratamiento primario (sedimentación ) y secundario (tratamiento biológico con filtro o
lodos activados), pero estas no funcionaron bien lo que hizo creer que había que
buscar otra metodología y por ello se crean las lagunas de estabilización para 1958
con el fin de realizar el tratamiento de efluente residuales obteniendo para 1993 un
aproximado de 3.000 lagunas de estabilización en esta región. (León y Moscoso,
1996).
En Venezuela se han venido realizando diversas investigaciones sobre el
funcionamiento de tratamientos de efluentes residuales, pero muy específicamente
sobre lagunas de estabilización en los que se han abordado temas de suma
importancia que han permitido conocer y mejorar el funcionamiento de las lagunas
(Aldana y col., 1984; Bracho y col., 1986; Aldana y col., 1995; Villasmil y col, 1995;
Jerez y col. 1995; Bracho y col., 1997; Sepúlveda, 1997; Aldana y col., 1998; Aldana y
col., 1999; Fernández y col., 2000; Cárdenas y col., 2005).
74
1.4. Uso de aguas residuales para riego.
La utilización de las aguas residuales en la irrigación es tan antiguo como el cultivo
de la tierra, Si embargo, el aprovechamiento controlado en gran escala se remonta sólo
al siglo pasado, cuando en algunas partes de Europa, Australia, India y Estados Unidos
se crearon los llamados campos de aplicación con el fin de eliminar las aguas negras y
evitar la contaminación de los ríos (Braatz y col., 2000).
En la actualidad el aprovechamiento controlado de las aguas residuales depuradas
y no depuradas para el riego corresponde a una práctica común en Europa, Estados
Unidos, México, Australia, China, India y el lejano Oriente y en menor medida en Chile,
Perú, Argentina, Sudán y Sudáfrica, incorporándose a estos países Colombia y
Venezuela. (Caparro, 1992; Jiménez, 1995; León y Moscoso; 1996, Braatz y col., 2000;
Trujillo y col., 2000, Iseas y col., 2000, Kouraa y col., 2004).
En Venezuela se han venido ejecutando diversas investigaciones sobre el proceso
en si del tratamiento de efluentes residuales en lagunas de estabilización (Aldana y
col., 1984); (Bracho y col., 1986); (Aldana y col., 1995); (Villasmil y col., 1995); (Jerez y
col., 1995); (Bracho y col., 1997); (Sepúlveda, 1997); (Aldana y col., 1998); (Aldana y
col., 1999); (Fernández y col., 2000); (Cárdenas y col., 2005).
Sin embargo en cuanto a experiencias realizadas sobre el efecto que puede tener el
efluente tratado se han encontrado pocas publicaciones. (Morante, 2004).
Los trabajos realizados por (Valbuena, 1996; Iseas y col., 2000; Trujillo y col., 2000;
Rosillo, 2002; Morante, 2004) hacen énfasis en que los efluentes obtenidos pueden ser
utilizados para el riego, pero muy específicamente para cultivos que no sean utilizados
para el consumo humano, pero si con fines agropecuarios, es decir del subtipo 2B que
son aguas para riego de cultivos que no se consumen crudos según, lo establecido en
la norma Venezolana. (Apéndice).
1.5. Calidad de agua para riego.
75
El uso del agua residual para la irrigación requiere tener claro que un efluente
puede tener elementos que no se consiguen en un agua de riego normal como son:
Metales pesados, nutrientes como fósforo, nitrógeno, microorganismos patógenos,
contenidos de sales (sodio), elementos potenciales fitotóxicos (Bario, cloruro) (Metcalf,
1995; Ramos, 2002).
En el país las Normas de aguas residuales para riego se encuentran establecidas
en el Decreto 883 de la Gaceta Oficial Venezolana 5.021 de fecha 18/12/1995
(Apéndice); la cual clasifica el agua como un agua tipo 2. Aguas destinadas a usos
agropecuarios; la misma se encuentra subdivida en dos (2) subtipos:
a. 2 A: Aguas para riego de vegetales destinados al consumo humano.
b. 2 B: Aguas para el riego de cualquier otro tipo de cultivo y para uso
pecuario.
CAPITULO II
RESEÑA DE LA PLANTA PROCESADORA DE AVES Y EL SISTEMA DE
TRATAMIENTO
76
La Planta Procesadora de Aves, propiedad de la Empresa “Criadores Avícolas del
Zulia, C.A.” (CRIAZUCA) empezó sus actividades el pasado 28/11/97. En sus inicios, se
beneficiaban alrededor de unas 2.000 aves/día, en la actualidad se benefician
aproximadamente unas 25.000 aves por día. Criazuca, está localizada en el Km. 21 de
la vía que conduce hacia Perijá, Parroquia Los Cortijos, Municipio, San Francisco del
Estado Zulia y ocupa un área aproximada de 8,06 ha.
2.1. Etapas del proceso de matanza de las aves.
El proceso de matanza se inicia con la recepción e inspección de las aves, estas
hacen un recorrido por diferentes etapas, hasta finalizar con el despacho en camiones
cavas para su distribución hasta los diferentes establecimientos que comercializan
estos productos (Figura 1).
Descarga de las jaulas
Transportador suspendido
Recepción e inspección
77
2.1.1. Descripción de las etapas.
a. Recepción e inspección.
78
Es el primer paso en el proceso de beneficio de las aves y abarca diferentes
operaciones tales como: descarga de las jaulas, colgado de las aves en el transportador
suspendido, aturdido, degüelle y desangre. Aunque operativamente son algo sencillas,
estas operaciones son de vital importancia para el contexto de la operación, pues tienen
el poder de afectar, de manera irreversible, la calidad de las aves.
b. Escaldado.
Este proceso tiene la finalidad de transferir calor a los folículos a fin de facilitar la
remoción mecánica de las plumas durante el desplumado. En este proceso se emplean
dos (2) tecnologías para el escaldado: a) Inmersión en agua caliente, la cual es la más
difundida, y b) Inyección de aire caliente y húmedo (técnica reciente).
El escaldado consiste en hacer pasar las aves desangradas por un tanque con agua
caliente por un determinado tiempo. La relación tiempo - temperatura, es clave en estos
procesos, será establecida en base a diferentes parámetros tales como el color de la
piel (blanco o amarillo) al peso del ave y a la calidad de pechuga que se requiere.
Durante el recorrido por el tanque, las aves más frías, absorben parte del calor del
medio en que está inmersa (el agua caliente) lo que hace aflojar los folículos de las
plumas (Figura 2).
c. Desplumado.
El desplumado o simplemente pelado, tiene la finalidad de remover las plumas de las
aves. El proceso se realiza automáticamente en un equipo de desplumado (Figura 3). El
Figura 2. Vista del equipo de escaldado
79
equipo posee unos dedos mecánicos que se encuentran montados sobre platos, que
instalados en grupos y formando barras horizontales, giran en sentidos alternados.
(Figura 4). En esta fase del procesado se utiliza una gran cantidad de agua la cual es
descargada a los canales recolectores, que conduce el agua hacia dos (2) cilindros
rotatorios, en donde se separan los sólidos del agua (plumas, vísceras, etc.)
d. Cortadora de patas y cabezas.
Este proceso es automático y consiste en cortar las patas y las cabezas de las aves
con una sierra circular que se encuentra en el transportador suspendido. Las patas y las
cabezas, inmediatamente son trasladadas al área de menudos, son lavadas con agua,
empacadas, refrigeradas y por último son despachadas, para su distribución. En esta
etapa no se generan residuos sólidos, solo líquidos, los cuales pasan al tamiz rotatorio
(desbaste principal), junto al agua generada en el proceso de escaldado.
e. Eviscerado.
El proceso de eviscerado de las aves tiene como función presentar las vísceras para
la inspección sanitaria y separar las vísceras comestibles (molleja, hígado y corazón) de
Figura 3. Vista del equipo de
desplumado Figura 4. Vista de la parte interna de la
desplumadora
80
las no comestibles que son entonces desechadas. Estas operaciones, deben ser
ejecutadas de tal manera de garantizar el máximo rendimiento y la mejor calidad
microbiológica de las aves. En esta fase, las vísceras comestibles son llevadas hasta el
área de lavado con agua y clasificación, para su posterior empacado y refrigeración,
para finalmente ser despachados.
Las vísceras no comestibles (residuos sólidos) son arrojados a los canales
recolectores para seguidamente llegar hasta el separador rotativo. En este equipo son
recolectados manualmente y embarcadas en camiones para su traslado hasta las
granjas de los criadores de cerdos, quienes utilizan estos desechos como complemento
de la alimentación. (Figura 5 y Figura 6). Los tamices rotatorios corresponden a los
equipos de procesado y actúan como una primera unidad de desbaste, para evitar que
los residuos sólidos sean descargados al sistema de tratamiento. Es importante
mencionar que los residuos sólidos del proceso son reutilizados, como alimento para
ganado, evitando disponerlos en el relleno sanitario.
f. Selección de las aves.
Figura 5. Vista del tamiz rotativo para
separar las vísceras.
Figura 6. Vista del tamiz rotativo para
separar las plumas.
81
En esta etapa, se realiza la clasificación de las aves, tipo A y B, considerando el
peso de la misma y el color de la piel. Las aves del tipo A pasan inmediatamente al área
de empaque y las tipo B a la zona de despresado (Figura 7 y Figura 8).
2.2. Descripción del Sistema de Tratamiento.
El sistema para el tratamiento de las aguas residuales industriales de Criazuca, se
encuentra ubicado dentro de las instalaciones de la empresa, específicamente detrás
del área de proceso.
El sistema en estudio está dividido en tres (3) fases, la primera llamada desbaste,
que tiene como finalidad la eliminación de los sólidos gruesos, esta fase está constituida
por dos (2) tamices rotatorios (desbaste principal). Uno de ellos se emplea para separar
las vísceras (Figura 5) y el otro para las plumas (Figura 6).
La segunda fase está compuesta por un conjunto de seis (6) trampas; a saber, tres
(3) trampas de retención de grasa y tres (3) para retener los sólidos y la tercera fase la
conforman dos (2) lagunas de estabilización en serie; las cuales según información
suministrada por la empresa funcionan como lagunas facultativas, tal y como se
muestra en la figura 9.
Figura 7. Vista del área de empaque. Figura 8. Vista del área de
despresado.
82
2.2.1. Dimensión de las lagunas de estabilización.
En la Tabla 2 que se muestra a continuación, se presentan las dimensiones de las
dos (2) lagunas
Tabla 2. Dimensiones de las lagunas de estabilización
2.2.2. Disposición final de las aguas tratadas.
Laguna Largo (m) Ancho (m)
Facultativa 1
Facultativa 2
63,00
63,00
21,00
24,00
Figura 9. Esquema del sistema de tratamiento
Riego
Galpón Criazuca
Ventas al Detal
Ga
lpo
nes y
Com
ed
or
Red de Trampas
Laguna Facultativa 1
Laguna Facultativa 2
Desbaste
83
El efluente final del tratamiento, se utiliza para el riego cultivo de pasto de forraje,
sembrado en un área aproximada de cinco hectáreas (5 ha.). Este pasto es utilizado
para la alimentación de ganado bovino (Figura 10).
CAPITULO III
CAPITULO III
Figura 10. Vista del área de cultivo de pasto de forraje.
84
METODOLOGIA USADA PARA LA EVALUACION DEL TRABAJO
El presente trabajo de investigación se inició diez (10) años después de la puesta en
marcha el funcionamiento del sistema para el tratamiento de las aguas residuales
industriales de la Empresa Criadores Avícolas del Zulia, C.A. el cual está conformado
por dos (2) lagunas de estabilización. En virtud de ello, fue necesario realizar un
diagnostico previo (Figura 11) con el propósito de recopilar la información mínima
necesaria sobre el funcionamiento de este sistema y la calidad del afluente y efluente.
3.1. Inspección ocular al Sistema de Tratamiento de Agua Residuales Industriales
de la Empresa Criazuca.
Metodología usada para la Evaluación del Trabajo
Análisis complementario Inspección ocular al sistema. Solicitud de información básica. (Memoria descriptiva, análisis y
otros)
Selección de los puntos de muestreos
Evaluación físico-químico y bacteriológica
Elaboración del Programa de Monitoreo y preparación de la logística de campo y
laboratorio
Caracterización del afluente y efluente de las dos lagunas
Análisis de las medidas de control y
mantenimiento del sistema
Selección de la tanquilla para medir
el caudal
Evaluación de las medidas de control y mantenimiento del sistema el caudal
Cuidado y mantenimiento de las instalaciones
Determinación de la batimetría de los lodos acumulados en el
fondo de la segunda laguna
Evaluación del sistema de separación de desechos sólidos
Evaluación del sistema de tanquillas
Figura 11. Diagrama de la metodología usada para el diagnostico del sistema.
85
En primer lugar, se visitó el sistema para el tratamiento de las aguas residuales
industriales.
Durante esta visita se identificó y localizó el número y tipo de unidades que
conforman el sistema, además; se observó la técnica utilizada para la separación de los
desechos sólidos, el número y diseño de las trampas de retención de grasas y sólidos,
la geometría de las lagunas, la localización de la descarga del efluente final y por ultimo
la ubicación de los puntos de monitoreo.
Para complementar esta información: se procedió a solicitar a la Empresa, los
siguientes documentos:
Memoria Técnica Descriptiva del Proyecto original del Sistema de
Tratamiento.
Caracterización del agua cruda, utilizada como soporte en el diseño del sistema
de tratamiento.
Registro de caudales desde la puesta en marcha de la planta.
Registro de precipitaciones, Intensidad de luz, velocidad y dirección del viento de
la estación climatológica más cercana a la Empresa.
La inscripción en el Registro de Actividades Susceptibles de Degradar el
Ambiente (RASDA) y la Autorización como Empresa Generadora, otorgada por el
Ministerio del Poder Popular para el Ambiente. (MinAmb)
3.2. Selección de los puntos de muestreos.
Se identificaron y seleccionaron tres (3) puntos de muestreos registrados como:
Punto 1, ubicado en la entrada de la primera laguna, el punto 2, localizado en la salida
de la primera laguna y el punto 3, situado en la salida de la segunda laguna, tal y como
se muestra en la Figura 12.
Efluente
86
3.4. Evaluación físico-química y bacteriológica.
3.3.1. Programa de Monitoreo y caracterización del afluente y efluente.
Para los análisis de los parámetros físicos-químicos, se tomaron muestras
compuestas, dos (2) veces por semanas durante siete (7) semanas a la entrada y
salidas de cada laguna, desde el día 23/07/07 hasta el 03/09/07, en cada muestreo; se
tomó una (1) muestra compuesta en cada punto. Para la toma de muestras se utilizó
un (1) envase de plástico con capacidad de un litro (1,00 l).
En cada punto de captación de las muestras, es decir, a la entrada y a las salidas
de cada una de las lagunas se analizaron los siguientes parámetros. Demanda
Bioquímica de Oxigeno (DBO) Demanda Química de Oxigeno (DQO) nitrógeno total,
fósforo total, aceites y grasas y sólidos suspendidos totales, de igual manera en el sitio
de captación se midió el pH, la temperatura y el oxigeno disuelto (OD) utilizando para
ello los equipos que se muestran en la Figura 13 y Figura 14.
87
Todos los parámetros fueron determinados siguiendo la metodología descrita en el
Standard Methods (1999)
En la Tabla 3 que se muestra a continuación, se presentan un resumen de la
metodología utilizada.
Tabla 3. Metodología empleada para los análisis de agua.
Standard Methods, (1999)
Una vez obtenidos los resultados del efluente final, los valores se compararon con
los límites máximos o rangos establecidos en el Decreto 883 de fecha 11/10/95,
publicado en la Gaceta Oficial de la República de Venezuela 5021 de fecha 18/12/95,
Parámetro Método Número del Método
Aceites y grasas
DBO
DQO
Fósforo
Nitrógeno
SST
Gravimétrico
Winkler Azide
Colorimétrico
Colorimétrico
Nitrógeno total Kjeldahl
Gravimétrico
5520-B
5210-B
5220-B
4500-P
4500 NH3
2540-D
88
referido a las “Normas para la Clasificación y el Control de la Calidad de los Cuerpos
de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos.”, específicamente con lo establecido en el
Capitulo II. De la Clasificación de las Aguas. Artículo 3. Aguas del Subtipo 2B. Aguas
para Riego de cualquier otro tipo de cultivo y para uso agropecuario.
3.3.2. Determinación de la constante de desaparición de los coliformes totales.
Para la determinación de la velocidad de desaparición de los coliformes totales, se
utilizó un reactor por carga de sesenta litros (60,00 l) de capacidad. Este reactor fue
llenado con agua cruda e insertado en un flotador (Figura 15) y colocado en la segunda
laguna, por un periodo de seis (6) días. Las muestras fueron captadas en envases
estériles, con una frecuencia de (2) veces al día, la primera a las 10:00 a.m. y la
segunda a las 12:00 m. Para su análisis se utilizó el método de dilución, empleando la
técnica de filtración por membrana recomendado por Ayres y Mara, (1996).
Las muestras fueron transportadas refrigeradas (Figura 16) desde el sitio de
captación hasta el laboratorio del Centro de Investigación del Agua (CIA) de la
Figura 15. Vista del reactor usado para la toma de muestra para los análisis de coliformes totales.
89
Universidad del Zulia (LUZ) donde se realizaron los análisis de laboratorio
correspondientes.
3.3.3. Determinación de la demanda ultima de DBO.
El experimento consistió en tomar una muestra diaria del agua cruda durante seis
(6) días. A cada muestra se le aplicó diluciones de 10 % y se inoculó en el respirómetro.
A dichas muestra se le registró el consumo de oxigeno disuelto diario, con lo cual se
calculo la DBO1-20, DBO2-20, DBO3-20…hasta DBO 28-20. La DBOu fue calculada
empleando los Métodos de los Mínimos Cuadrados y el de Fujimoto. (Romero, 2001).
3.3.3.1. Cálculo de las constante K y L.
Figura 16. Vista del método de conservación de las muestras de agua en el campo para su traslado al laboratorio del Centro de Investigación del Agua. (CIA)
90
Para el cálculo de las constantes de K y L existen varios métodos, en este trabajo
para determinar dichas constantes se utilizó el Método Gráfico de Fujimoto. Método
Gráfico de Thomas y el Método de la Pendiente de Thomas. (Mínimos Cuadrados).
a) Descripción del Método Gráfico de Fujimoto.
En este método se representa una solución grafica de la ecuación de la DBO de la
primera etapa, considerada como una ecuación de primer orden, a través del método de
diferenciales finitas.
Se debe efectuar un ploteo aritmético de la DBOt+1 vs. DBOt; los puntos que resultan
representan en valor aproximado, una línea recta, independiente del parámetro L. La
intersección de este ploteo con una línea de pendiente m = 1, da la demanda ultima (L).
Una vez que el valor de L ha sido determinado la constante de velocidad K se obtiene
utilizando la siguiente ecuación:
tKL
LtLn 1 (20)
De donde: t
L
y1Ln
K1
(21)
Considerando a y uno de los valores medidos de DBO al correspondiente tiempo t.
b) Método Grafico de Thomas.
Este método, es la combinación de cálculos numéricos y graficación de valores,
esencialmente, consiste en evaluar las constantes de la curva de la DBO.
Para ello se pueden utilizar las siguientes expresiones:
A
Bx61,2'K
y:
91
3A'Kx3,2
1L
En las cuales B representa la pendiente de la línea recta, A el intercepto con el eje
de las ordenadas, y K y L los valores de la constante de desoxigenación y la demanda
bioquímica de oxigeno total de la primera, cuando esta recta se ha obtenido graficando
los valores (t/y)1/3 como ordenadas y los de t como las abcisas (t = tiempo, e y la DBO
en un instante cualquiera t).
c) Método de la pendiente de Thomas. (Mínimos Cuadrados)
Sigue el método de los mínimos cuadrados de la ecuación básica de la reacción de
la primera etapa. En él la suma de los cuadrados de una serie de residuos tiende a
cero.
Como la ecuación:
)yL(Kdt
dy (1)
O bien:
0dt
dy)yL(K
Es lineal (potencialmente de primer orden) entre dy/dt e y, las expresiones de K y L
pueden ser obtenidas mediante el método citado de los mínimos cuadrados, el cual
requiere que la suma de n cuadrados sea minima, o bien que:
Σn R
2 = mínimo
Siendo:
y
(mg/l
)
T, en días
(L-y) = DBO
Remanente de primera etapa (por ejercerse) al tiempo t
y= DBO ejercida al tiempo t (generalmente 5 días)
92
R = residuo = 0dt
dy)yL(K (22)
Si llamamos 'ydt
dy = pendiente de la curva, entonces:
'yKyKLdt
dy)yL(KR
Llamando:
KL= a
K= - b (23)
Entonces:
R= a + by - y’ (24)
Como el método requiere que Σ R
2 = Σ (a+by-y’)2 = mínimo, el criterio de que dR
respecto a cada constante sea igual a cero, debe cumplirse. Así:
0b
R;0
a
r 22
O sea que:
0a
RR0
a
RR2
Pero: 1a
R
Con respecto a la ecuación 24.
Sustituyendo:
n
0
n
o
n
00'yyba01)'ybya(
a
RR
Y:
0'yybna (25)
Primera ecuación.
93
De igual manera:
0b
RR2
b
R2
Siendo yb
R
con respecto a la ecuación (24). Sustituyendo:
0y)'ybya(b
RR
Y entonces:
0'yyybya 2 (26)
Segunda ecuación.
La solución simultánea de las ecuaciones (25) y (26) da los valores de K y L, ya que:
K4343,0'Kb
a
b
a
K
aLaKL
bK
Como el calculo incluye la determinación de y’, yy’ e y2, para cada valor de y; y la
sustitución de su sumatoria dentro de las ecuación (25) y (26), es necesario desarrollar
valores de dy/dt = y’, en base a los valores observados para t e y.
La siguiente relación permite tal desarrollo, de acuerdo a la figura 17.
1n1n
n1n
1nnn1n
1nn
n1n1nn
tt
tt
tt)yy(
tt
tt)yy(
'y
(27)
En donde yn y tn son las magnitudes y tiempos de los puntos en los cuales se
computa a y’. A su vez: yn-1 y tn-1, los puntos precedentes; y: yn+1 y tn+1, los puntos que
siguen.
94
Figura 17. Relación entre las magnitudes y el
tiempo.
Cuando los incrementos de tiempo son iguales:
ttttt 1nnn1n
(28)
t2
yy'y
dt
dy 1n1n
(29)
Las pendientes a la curva de ejercicio de la DBO, para los casos de líneas rectas o
curvas, están dadas, de acuerdo al grafico de la figura, (a y b), como sigue:
(a) (b)
Figura 18. Pendiente de la curva de la DBO, para los casos de
líneas rectas o curvas.
La pendiente y’ (en el punto de coordenadas t2, y2):
b
d
a
c'y
dt
dy (30)
y
t
(n-1)
(n+1)
y’=dy/dt
n
tn
yn
y
t
(t3,y3)
a
tn
(t2,y2) c
b d
(t1,y1)
(t3,y3)
y
t
a
tn
(t2,y2) c
b d
(t1,y1)
95
Pendiente y’ (en t2, y2):
ba
a)b/d(b)a/c(
dt
dy'y
(31)
Cuando a = b
ba
dc'y
(32)
En término de las coordenadas:
13
23
1223
12
2312
tt
tt
tt)yy(
tt
tt)yy(
'ydt
dy
(33)
Para el caso de periodos de igual duración, un día por ejemplo, la pendiente de la
curva puede encontrarse para cada punto, aplicando:
2
dc
ba
dc'y
dt
dy
En donde: a y b= 1 día; c y d, las ordenadas para los dos días consecutivos
correspondientes.
3.4. Calculo del caudal.
Para el cálculo del caudal se seleccionó y acondicionó la cuarta tanquilla y fue usada
como vertedero rectangular de pared gruesa, las medidas se realizaron desde las 5:45
a.m. hasta las 6:45 p.m., ambas horas inclusive, cuando la empresa operó a su mayor
capacidad; es decir, benefició 25.000 aves. (Figura 19 y figura 20)
96
Figura 19. Vista de la tanquilla utilizada como vertedero para medir el caudal.
297 cm.
97 cm.
48 cm.
142 cm.
145 cm.
Punto donde se tomó
la altura del agua. 120 cm.
Afluente
Pared del vertedero
Espesor = 15 cm.
Figura 20. Corte longitudinal de la tanquilla existente tomada como vertedero
donde fue medido el caudal.
97
Para calcular el caudal se empleó la siguiente formula:
Q = 1,84 x L x Hmax1,5
Donde.
Q = Caudal. (m3/s)
L = ancho del canal. (m)
Hmax = Cabeza sobre el vertedero.
3.5. Medición del lodo de la segunda laguna.
Se efectuó una batimetría, en la segunda laguna con la finalidad de determinar la
acumulación de lodo en el fondo. En la primera no fue realizado este experimento
debido a que la misma no le fue retirado el lodo en 10 años. La acumulación de lodos
se encuentra visible en algunas partes (Figura 21)
Figura 21. Vista de la primera laguna.
Nata Nata
Presencia de lodo en
la superficie
98
Para realizar la batimetría, se aplicó el método descrito por Malán, (1964). Este
método consiste en utilizar un tubo de PVC de 8 cm. de diámetro, forrado con una tela
blanca de tipo boggie, a la cual se le fijó una cinta métrica. (Figura 22)
Para efectuar la batimetría se siguió la siguiente metodología.
a) Preparación del tubo calibrado.
b) Demarcación de la laguna con cuadriculas imaginarias. En esta investigación se
efectuaron cuadriculas de 3 m x 3 m. (Figura 21)
c) Elaboración de la planilla de campo para registrar la altura del lodo y del agua.
d) Preparación de la balsa para la ejecución del trabajo.
e) Realización del trabajo:
En ambos extremos de la laguna, se colocaron seis (6) tubos cada tres (3)
metros para demarcar la separación de las cuadriculas. (Figura 23).
Se empleó una cuerda de nylon de cincuenta (50) metros de largo, la cual fue
calibrada cada tres (3) metros con un nudo.
Figura 22. Vista en primer plano el instrumento utilizado para la batimetría.
Cinta métrica Tela blanca
Tubo PVC
99
La cuerda se sujetó a los tubos galvanizados localizados en los extremos de
la laguna.
La cuadricula fue demarcada en la superficie repitiendo la metodología
descrita.
La balsa, fue posicionada en cada coordenada, con el cordel fijado en el tubo,
lo cual ofrece la posición horizontal, mientras que la otra posición, se obtuvo con la
demarcación del nudo en la cuerda. Ambas posiciones, dan el punto de intercepción de
la cuadricula.
Luego fue introducido el tubo calibrado y se procedió a leer la altura de agua.
(Figura 25).
Posterior a ello, se extrajo el tubo del agua y se registró la altura de lodo.
Luego, los datos fueron introducidos en un software apropiado (Surfer Versión
5.04) con la finalidad de generar las curvas de nivel del fondo de la laguna.
Figura 23. Vista de las cuadrículas imaginarias de 3 m x 3 m en la segunda laguna
100
3.6. Operación y mantenimiento del sistema.
El sistema de tratamiento fue inspeccionado con el propósito de comprobar la
presencia y localización del dispositivo para medir el caudal. Este, no fue ubicado, ya
que no fue construido; por lo tanto, se seleccionó y acondicionó una de las tanquillas
existentes, la cual se utilizó como un vertedero rectangular de pared gruesa. (Figura 19)
Figura 25. Vista de la Introducción del tubo graduado para medir la altura del
lodo.
Figura 24. Vista de los tubos para fijar
la cuerda de la cuadrícula.
101
CAPITULO IV
RESULTADOS Y DISCUSION
4.1. Inspección ocular al Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales
Industriales de la Empresa Criadores Avícolas del Zulia, C.A.
4.1.1. Irregularidades observadas durante la visita de inspección al
Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales Industriales de la Empresa
Criazuca.
En las lagunas sujetas al estudio se observaron las siguientes irregularidades:
El diseño de estas lagunas fue realizado sin ningún estudio previo, acerca de la
caracterización del agua, determinación de constante cinética y estudio del caudal de
diseño.
No existe una memoria descriptiva del sistema, es decir, que las mismas fueron
construidas empíricamente.
El sistema de tratamiento no posee un aviso que identifique el tipo de
tratamiento de aguas residuales, existente.
La vía de acceso a las lagunas y las internas no se encuentran en buenas
condiciones, necesitan limpieza.
La Empresa no dispone de personal entrenado ni laboratorio para determinar in
situ los parámetros básicos tales como: temperatura, pH y oxigeno disuelto (OD) entre
otros.
La Empresa no lleva registros de caudal, eficiencia del sistema, ni
mantenimiento preventivo de retiro de maleza de los taludes de las lagunas, así como
tampoco se efectúa la remoción de nata flotante, ni se realiza el retiro de los lodos del
fondo.
Invasión de gramíneas al espejo de agua de las lagunas.
102
En virtud de lo antes mencionado, ambas lagunas han perdido progresivamente los
taludes debido a la invasión de la maleza en esta área, lo cual trajo como
consecuencia una reducción del espejo de agua.
Por otra parte, se notó una capa gruesa y sólida de nata sobre la superficie de la
primera laguna (Figura 26), propia de lagunas anaeróbica y finalmente se observaron
áreas totalmente sedimentada a causa del poco ó ningún mantenimiento. Es
importante indicar que la empresa desconocía las labores preventivas que se le debe
realizar a este tipo de sistema.
La procesadora de aves, no dispone de los planos de las lagunas, del desbaste y
del sistema de recolección, por lo cual se procedió a contratar a una empresa
especializada para la recolección de los datos y elaboración de los planos. Los
resultados revelaron que las lagunas no disponen de válvulas de paso que permitan la
limpieza del lodo de la laguna anaeróbica.
4.2. Evaluación físico-química y bacteriológica.
Figura 26. Vista de la capa gruesa y sólida de plumas, nata y la maleza en los taludes.
Nata Nata Maleza Maleza
Maleza
Capa gruesa y sólida de plumas
103
4.2.1. Caracterización del afluente y efluente en cada una de las lagunas.
Los resultados de los parámetros DBO, DQO y temperatura se muestran en la
Tabla 4.
Las características del afluente son: DBO5-20 = 1.056,20 mg/l, DQO = 2.501,40 mg/l,
la temperatura 30,18 oC, oxigeno disuelto (OD) 2,50 mg/l y un pH = 7,30
Tabla 4. Valores promedios de DBO. DQO y Temperatura del afluente y efluente
a la entrada y salidas de cada una de las lagunas.
Punto de Monitoreo
DBO (mg/l)
DQO (mg/l) Temperatura
oC
Prom Efic
(%)
SD
Prom Efic
(%)
SD
Prom
SD
EL1 1.056,20 ----- 175,43 2.501,40 ----- 497,79 30,18 0,04 SL1 356,60 66,23 144,62 1.093,40 56,29 481,45 28,38 0,53 SL2 240,00 32,70 39,89 690,40 36,86 120,97 27,40 0,28
Por lo general, las lagunas anaeróbicas tienen una profundidad que varía entre
2 m a 5 m y reciben cargas orgánicas volumétricas mayores a 100 g DBO5/m3-d.
Estas altas cargas orgánicas producen condiciones anaerobias estrictas (oxigeno
disuelto ausente) en todo el volumen de la laguna, (Mara y Person, 1998). En el
caso en estudio, la primera laguna se encuentra operando como laguna
anaeróbica, debido a que su carga orgánica volumétrica, medida como DBO es de
347,52 g/m3.d y también al incremento promedio del nitrógeno total de 84,12 mg/l a
124,88 mg/l y del fósforo total de 23,97 mg/l a 26,15 mg/l. (Tablas 6 y 7)
La eficiencia de remoción para la DBO5-20 fue de 66,23 % y un 56,29 % para la
DQO. De acuerdo con (Mara y Person, 1998; Yánez, 1993), las lagunas
anaeróbicas remueven entre 60 % y 70 % de DBO a temperaturas promedios de 30
oC, tal como ocurrió en este sistema.
DBO. Demanda Bioquímica de Oxigeno. DQO. Demanda Química de Oxigeno. EL1. Entrada primera laguna. SL1. Salida primera laguna. SL2. Salida segunda laguna. Prom. Promedio. Efic (%) Porcentaje de eficiencia. SD. Desviación estándar.
104
En la segunda laguna, los resultados se pueden relacionar con los reportados
por (Colina y Mora; 1997; Botero y col., 1998) quienes informan que la tendencia al
aumento del pH puede adjudicarse a la actividad fotosintética de las algas que
utilizan el CO2 del medio acuático haciendo que el pH aumente, manifestada
también, por el ligero incremento del OD de 0,80 mg/l a 1,40 mg/l, los cuales
coinciden con los valores reportados por (Bracho y col., 1995; Bracho y col., 1997).
4.2.1.1. Parámetros químicos evaluados en el Sistema de Tratamiento de
Aguas Residuales Industriales de la Empresa Criazuca.
4.2.1.1.1. pH.
Los valores promedios de pH obtenidos para las muestras no presentaron
diferencias entre sí, tanto en la entrada como a la salida (Tabla 5), al comparar los
valores promedios de entrada con los de salida, se observa que los valores de salida de
la primera laguna se mantienen por debajo a los de entrada para todos los muestreos
realizados, a la salida de la segunda laguna, se puede notar un leve aumento del pH.
También, se puede observar que el pH del sistema se mantiene dentro del rango óptimo
para el tratamiento anaeróbico que es (6,6 - 7,6) según (Romero, 2000), lo que indica
que el sistema se encuentra dentro de los valores adecuados para que realice la
actividad microbiana y la digestión anaeróbica de manera efectiva en las lagunas.
Tabla 5. Valores promedios de pH del afluente y efluente a la entrada y salidas de
cada una de las lagunas.
pH
Punto de Monitoreo
Prom
SD
EL1 7,30 0,20
SL1 6,70 0,00 SL2 7,10 0,00
EL1. Entrada primera laguna. SL1.
Salida primera laguna. SL2. Salida segunda laguna. Prom. Promedio.
SD. Desviación estándar
105
4.2.1.1.2. Fósforo total.
En la Tabla 6 se presentan los valores promedios del fósforo total, tanto a la entrada
como a la salida del sistema, así como también los máximos y mínimos obtenidos.
Tabla 6. Valores promedios del fósforo total en el afluente y efluente.
EL1. Entrada primera laguna. SL1. Salida primera laguna. SL2. Salida
segunda laguna. Prom. Promedio. Efic (%) Porcentaje de eficiencia.
En los valores de la Tabla 6 se puede observar un incremento promedio de la
concentración del fósforo total en la primera laguna de 23,97 mg/l a 26,15 mg/l. Este
aumento, puede atribuirse a la mineralización de compuestos orgánicos que contienen
fósforo.
Es muy importante recalcar que en el tratamiento anaerobio no se produce una
remoción eficiente de nutrientes, como lo señalado por Van (Haandel, 1994) en la
determinación de concentraciones de fósforos antes y después de un tratamiento
anaerobio, los cuales mostraron un incremento de dicho nutriente. La remoción de
nutrientes puede ser lograda en un paso separado post-tratamiento al anaerobio como
en el caso de las lagunas de maduración donde ocurre una remoción por sedimentación
de la biomasa algal, por lo que el comportamiento de los valores de concentración de
fósforo obtenido para este tipo de lagunas es el esperado.
En la segunda laguna, se aprecia una disminución de la concentración (26,15 mg/l a
22,08 mg/l). Esta disminución del fósforo total a la salida coincide con lo reportado por
(Bertis y Ramírez; 2001), quienes expresan que esto se debe a que este elemento es el
nutriente que más consumen los microorganismos para construir su material celular,
Fósforo (mg/l)
Punto de Monitoreo
Prom Efic
(%)
SD
Máximo
Mínimo
EL1 23,97 ---- 5,61 28,80 14,35
SL1 26,15 -8,34 4,87 31,56 20,35
SL2 22,08 18,43 0,96 23,67 21,16
106
también, puede fundamentarse en que el 10 % del fósforo encontrado en las aguas
residuales corresponde a la parte insoluble que es eliminada normalmente por
decantación en el fondo de las lagunas.
4.2.1.1.3. Nitrógeno total.
En la Tabla 7 se presentan los valores promedios del Nitrógeno total, tanto a la
entrada como a la salida del sistema, así como también los máximos y mínimos
obtenidos.
Tabla 7. Valores promedios del Nitrógeno total en el afluente y efluente.
EL1. Entrada primera laguna. SL1. Salida primera laguna. SL2. Salida
segunda laguna. Prom. Promedio. Efic (%) Porcentaje de eficiencia
Se puede notar un incremento promedio del nitrógeno total de 84,12 mg/l a 124,88
mg/l en la primera laguna. Este aumento, se debe como lo explica (Mara, 1998), a que
en una laguna anaeróbica el nitrógeno total es hidrolizado a nitrógeno amoniacal por
bacterias hidrolíticas presentes en la primera etapa de la digestión y es por ello que el
efluente de dicha laguna contiene una concentración más alta de nitrógeno amoniacal
que el afluente. Los nitritos y nitratos son una forma del nitrógeno que por lo general no
se encuentran en procesos anaerobios ya que según (Mara, 1992) son formas del
nitrógeno no predominantes en esta etapa de tratamiento debido a que estos son los
últimos estados de oxidación que alcanza el nitrógeno en sistemas de tratamientos de
aguas residuales mediante lagunas de estabilización, y en dichas lagunas no existen las
condiciones necesarias para que se de el proceso de nitrificación.
Nitrógeno (mg/l)
Punto de Monitoreo
Prom Efic
(%)
SD
Máximo
Mínimo
EL1 84,12 ---- 46 126 14
SL1 124,88 -32,64 19 145 95
SL2 110,00 13,20 13 128 95
107
En la segunda, se observa una disminución en la concentración del nitrógeno total
de 124,88 mg/l a 110,00 mg/l. Esta disminución viene dada por los procesos de
nitrificación y desnitrificación que ocurren en los procesos naturales de las lagunas.
En la nitrificación el Ión amonio se convierte primero en nitrito y luego en nitrato a
través de dos fases mediante (bacterias nitrificantes autótrofas) como se resume en las
siguientes ecuaciones:
Reducción de energía, fase 1
NH4 + 3/2 O2
Nitrosomonas NO2- + 2H+ + H2O (34)
Reducción de energía fase 2
N02 + 1/2 O2
Nitrobacter NO3- (35)
Los procesos de nitrificación están influenciados por la concentración de parámetros
como OD, temperatura, concentración de algas y pH. Dentro de estos parámetros el pH
puede ser el factor determinante para el caso de las lagunas de estabilización de
Criazuca debido a que cuando este parámetro se encuentra por encima de 7 permite
que el equilibrio se desplace hacia la izquierda, como se muestra en la ecuación 36.
NH3 + H2O NH4
- + OH- (36)
El desplazamiento ocurrido hace que el ión amonio se convierta en anomíaco que se
pierde como gas y por el cual se puede dar la disminución del nitrógeno (Metcalf-Eddy,
1995; Nurdogan y Oswald, 1995; Timothy y Michael, 1999).
En el caso de la desnitrificación el nitrato se convierte en gas nitrógeno y otros
productos gaseosos, que permiten la disminución del nitrógeno a través de la siguiente
ecuación:
NO3- NO2
- NO(g) N2O(g) N2(g) (37)
4.2.1.1.4. Oxigeno disuelto. (OD)
108
En la tabla 8 que seguidamente se muestra, se presentan los valores promedios del
oxigeno disuelto (OD) tanto a la entrada como a la salida del sistema.
Tabla 8. Valores promedios del oxigeno disuelto (OD) en el afluente y efluente.
La cantidad de oxígeno disuelto evaluado a la entrada y salida del sistema, arrojaron
diferencias entre sí debido al movimiento del agua y al contacto con la atmósfera en la
zona de medición; pero se estimó que dentro de la laguna la concentración de OD sea
igual a cero, sin embargo se carece de la información porque no se realizó un perfil de
OD.
A la salida de la primera laguna se detectó una pequeña concentración de OD (0.8
mg/l), mientras que a la salida de la segunda se detectó un aumento en la
concentración de OD de casi el doble (1,40 mg/l) esto como consecuencia de una
parcial estabilización de la materia orgánica por parte de los microorganismos y a la
constante introducción de oxigeno por la actividad fotosintética de las algas. Este
incremento coincide con el reportado por (Bracho y col., 1995); (Bracho y col., 1997).
4.2.1.1.5. Aceites y grasas.
En la Tabla 9, se muestran la reducción de los parámetros, aceites y grasas; los
cuales experimentan en forma progresiva el afluente al pasar por las dos (2) lagunas de
Oxigeno Disuelto. (OD)
Punto de Monitoreo
Prom Efic (%)
SD
EL1 2,50 ---- 1,80
SL1 0,80 68,00 0,30 SL2 1,40 -75,00 0,00
EL1. Entrada primera laguna. SL1. Salida primera laguna. SL2. Salida segunda laguna. Prom. Promedio. Efic (%) Porcentaje de eficiencia. SD. Desviación estándar.
109
estabilización, que conforman el sistema de tratamiento de las aguas residuales
industriales de Criazuca.
Es muy importante destacar que estos valores se encuentran por debajo o es inferior
a los límites máximos o rangos establecidos en la norma ambiental venezolana, el cual
es de 20 mg/l.
Tabla 9. Valores promedios de aceites y grasas en el afluente y efluente.
Punto de
Monitoreo
Aceites y grasas (mg/l)
Prom Efic (%)
SD
Máximo
Mínimo
EL1 28,20 ---- 3,33 32,70 23,70
SL1 16,70 68,86 1,33 17,6 14,40
SL2 15,82 5,56 1,96 17,90 13,80
EL1. Entrada primera laguna. SL1. Salida primera laguna. SL2. Salida segunda
laguna. Prom. Promedio. Efic (%) Porcentaje de eficiencia. SD. Desviación
estándar.
4.2.1.2. Parámetros físicos evaluados en el Sistema de Tratamiento de
Aguas Residuales Industriales de la Empresa Criazuca.
4.2.1.2.1. Sólidos Suspendidos Totales. (SST)
En el afluente se registró una concentración de sólidos suspendidos de 702,40 mg/l
los cuales fueron reducidos por la primera laguna en 81,09 %. Este comportamiento es
propio de una laguna anaeróbica la cual remueve la carga orgánica por sedimentación.
Caso contrario ocurre en una laguna facultativa en donde ocurre el crecimiento de algas
por acción fotosintética. El mecanismo de remoción de la DBO es por la oxidación.
Las algas se encuentran en suspensión aportando sólidos al sistema, lo cual se
evidencia por el incremento de los sólidos suspendidos de 132,80 mg/l a 205,00 mg/l.
Es por ello que en las lagunas facultativas no se mide la remoción de sólidos
suspendidos.
110
En la Tabla 10, se presentan los resultados de los análisis del parámetro sólidos
suspendidos totales. (SST)
Tabla 10. Valores promedios de los sólidos suspendidos totales en el afluente y
efluente.
EL1. Entrada primera laguna. SL1. Salida primera laguna. SL2. Salida segunda
laguna. Prom. Promedio. Efic (%) Porcentaje de eficiencia. SD. Desviación
estándar.
4.2.2. Determinación de la constante de desaparición de los coliformes totales.
Para determinar la constante de desaparición de los coliformes totales se procedió a
utilizar un reactor por carga, tal como se explicó en la metodología (Ver Cap. III).
Los resultados fueron ploteados (Figura 27), observándose una reducción en la
concentración de 2 x 107 ufc/100 ml., a 1,5 x 102 ufc/100 ml.
Punto de
Monitoreo
Sólidos Suspendidos Totales (mg/l)
Prom Efic (%)
SD
Máximo
Mínimo
EL1 702,40 ---- 264,08 1080,00 382,00
SL1 132,80 81,09 25,32 172,00 102,00
SL2 205,00 -54,70 20,22 224,00 174,00
111
Este valor coincide con los reportados para aguas residuales domésticas.
En la Tabla 11, se presenta la Composición Típica de las Aguas residuales
Domésticas.
Tabla 11. Composición típica de las aguas residuales domésticas.
Constituyentes
Unidad Concentración
Alta Media Baja
Sólidos totales. (T) mg/l 1.200 720 350 Sólidos Disueltos Totales. (SDT) mg/l 850 500 250 Fijos mg/l 525 300 145 Volátiles. mg/l 325 200 105 Sólidos en suspensión. (SS) mg/l 350 220 100 Fijos mg/l 75 55 20 Volátiles. mg/l 275 165 20 Sólidos sedimentales. mg/l 20 10 5 Demanda Bioquímica Oxigeno. (DBO) mg/l 400 220 110 Carbono orgánico total. (COT) mg/l 290 160 110 Demanda Química Oxigeno. (DQO) mg/l 1000 500 250 Nitrógeno (total en la forma N) mg/l 85 40 20 Orgánico. mg/l 35 15 8
R 2 = 0,9996
0
1
2
3
4
5
6
7
8
1 2 3 4 5 6
CT
(u
fc/1
00m
l) e
xp
resad
a e
n lo
gari
tmo
Tiempo en días
Figura 27. Gráfica de la constante de desaparición de los Coliformes.
112
Amoníaco libre. mg/l 50 25 12 Nitritos mg/l 0 0 0 Nitratos. mg/l 0 0 0 Fósforo. (total en forma P) mg/l 15 8 4 Orgánico. mg/l 5 3 1 Inorgánico. mg/l 10 5 3 Cloruros * mg/l 100 50 30 Sulfatos * mg/l 50 30 20 Alcalinidad. (como CaCO3) mg/l 200 100 50 Grasa mg/l 150 100 50 Coliformes totales NMP/100 ml 107-109 107-108 106-107 Compuestos orgánicos volátiles. (COVs) mg/l > 400 100-400 < 400 Los valores pueden aumentar por la cantidad presente de aguas de abastecimiento. Fuente. Metcalf y Eddy, 1.996
Para calcular a Kb se empleó la siguiente ecuación:
0t
01010
tt434,0
NlogNtlogKb
(ChicK, 1910) (38)
Kb
15434,0
10.320,7Kb Kb
736,1
10,4 2,36 d-1
4.2.3. Determinación de la demanda ultima de DBO. (L)
Los métodos aplicados corresponden al Método Gráfico de Fujimoto. Método Gráfico
de Thomas y el Método de la Pendiente de Thomas. (Mínimos Cuadrados), aunque los
resultados obtenidos son semejantes, se reportan valores promedios.
En la Figura 28 se puede observar la variación de la DBO en relación con el tiempo.
500
1000
1500
2000
2500
DBO (mg/l)
113
4.2.3.1. Método Gráfico de Fujimoto.
En este método se representa una solución grafica de la ecuación de la DBO de la
primera etapa, considerada como una ecuación de primer orden, a través del método de
diferenciales finitas.
Se debe efectuar un ploteo aritmético de la DBOt+1 vs. DBOt; los puntos que resultan
representan en valor aproximado, una línea recta, independiente del parámetro L. La
intersección de este ploteo con una línea de pendiente m = 1, da la demanda ultima (L).
Una vez que el valor de L ha sido determinado la constante de velocidad K se obtiene
utilizando la siguiente ecuación:
tKL
LtLn 1
De donde: t
L
y1Ln
K1
Considerando a y uno de los valores medidos de DBO al correspondiente tiempo t. A
continuación se muestra la aplicación del método.
y = 70.2x + 596.2 R 2 = 0.9382
1000
1500
2000
2500
Y (t+1)
L= 2216 mg/lt
114
4.2.3.2. Método Grafico de Thomas.
Este método, es la combinación de cálculos numéricos y graficación de valores,
esencialmente, consiste en evaluar las constantes de la curva de la DBO. Para ello se
pueden utilizar las siguientes expresiones:
A
Bx61,2'K y:
3A'Kx3,2
1L
En las cuales B representa la pendiente de la línea recta, A el intercepto con el eje
de las coordenadas y K y L los valores de la constante de desoxigenación y la demanda
bioquímica de oxigeno total de la primera, cuando esta recta se ha obtenido graficando
los valores (t/y)1/3 como ordenadas y los de t como las abcisas (t = tiempo, e y la DBO
en un instante cualquiera t).
115
11 dias04,0dias0367,01707,0
0024,0x61,2K
l/mg382.2l/mg80,381.2
1707,00367,03,2
1L
3
En donde: a y b= 1 día; c y d, las ordenadas para los 2 días consecutivos
correspondientes.
4.2.3.3. Método de la Pendiente de Thomas. (Mínimos Cuadrados)
Sigue el método de los mínimos cuadrados de la ecuación básica de la reacción de
la primera etapa. En él la suma de los cuadrados de una serie de residuos tiende a
cero.
0'yybyya
0'yybna
2
y = 0.0024x + 0.1707 R 2 = 0.9668
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17
18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 t
(t/Y)^1/3
A = 0,1707
Figura 30. Método Grafico de Thomas
116
Utilizando el método de sustitución para la resolución de las ecuaciones, queda:
0040.222.2b200.581.73a460.42
460.42
a27134.2b0134.2b460.42a27
Así:
460.42
a74,789.4649,122.698.3040.222.2a
460.42
460.42
a27134.2200.581.73040.222.2
460.42
b200.581.73040.222.2a
92,34074,329.4
49,082.476.1a
49,082.476.1a74,329.44,122.698.3040.222.2a74,789.46a460.42
doSustituyen
1665,0Kb1665,0460.42
)92,340(27134.2b:Asimismo
1dias0723,01665,0x4343,0Kx4343,0'K:Asi
l/mg048.257,047.21665,0
92,340
b
aL:entonces
En la Tabla 12, se puede observar un resumen de los resultados de la L y K
obtenidas por diferentes métodos.
Tabla 12. Resumen de la L y K.
Método empleado
Demanda Ultima (L)
(mg/l)
k (días-1) (base e)
K (días-1)
(base 10)
Fujimoto 2216 0.04 0.08
117
Grafico de Thomas 2382 0.04 0.08 Pendiente de Thomas (mínimos cuadrados)
2048 0.07 0.16
Determinación de KT
20T
20T 047,1KK
13.0047,1)08,0(K2030
T
4.3. Calculo del caudal.
Para calcular el caudal se empleó la siguiente formula:
Q = 1,84 x L x Hmax
1,5
Donde.
Q = Caudal. (m3/s)
L = ancho del canal. (m)
Hmax = Cabeza sobre el vertedero.
El caudal promedio para los días de máximo procesado de aves fue de 489.600 l, lo
cual equivale a 20 l/ave (Tabla 13). El volumen de agua utilizado para el procesado de
ave, coincide con la cantidad estimada para este tipo de industria, sugerida por el
Ministerio del Poder popular para la Salud.
Tabla 13. Calculo de caudal.
Producción de pollos estimada
Altura Promedio
(cm.)
Q (l/día)
Q (l/seg)
Litros de agua usada por pollo
25.000 (Actual) 4,43 489.600 5,67 19,58
118
4.4. Determinación de la batimetría de los lodos acumulados en el fondo de la
segunda laguna.
La batimetría se refiere al levantamiento de detalles con curvas de nivel que
permite conocer los cambios del fondo de la laguna. (Vergaras, 1993).
Las curvas de nivel indican que la altura del lodo en la laguna facultativa varió entre
10 cm., y 20 cm., siendo el promedio 10,45 cm. Estas lagunas han estado funcionando
por un período de diez (10) años, por lo cual se puede estimar que su rata de
deposición es de aproximadamente 1,0 cm/año. Este parámetro de diseño contribuye a
estimar la frecuencia de limpieza, la cual coincide con la señalada por (Mara, 1993)
quién indica que los periodos de limpieza de estas lagunas pueden realizarse cada
veinte (20) años.
La altura del agua en la laguna facultativa varió entre 0,67 m., y 2,20 m., siendo el
promedio 1.37 m.
Es muy importante mencionar que la altura del agua actual, está muy próxima a la
inicial, por lo cual su período de retención teórico no se ve afectado.
Para el cálculo del volumen del lodo, el volumen del agua y el volumen total, es
decir, el volumen del lodo más el volumen del agua, se usó el Software Surfer. Versión
5.04. Los datos fueron almacenados en archivos *.grd, que son la base para la
graficación y cálculos de volúmenes, los cuales fueron realizados por la Regla
Trapezoidal Extendida, la Regla de Simpson Extendida y la Regla de Simpson de 3/8
Extendida, obteniéndose los siguientes resultados.
a) Volumen del lodo.
Regla Trapezoidal: 149,995 m3.
Regla de Simpson's: 149,995 m3.
Regla de Simpson's 3/8: 149,995 m3.
b) Volumen del agua.
119
Regla Trapezoidal: 1.675,00 m3.
Regla de Simpson's: 1.675,00 m3.
Regla de Simpson's 3/8: 1.675,00 m3.
b) Volumen total (VT) = Volumen del lodo + Volumen del agua = 149,995 m3. +
1.675,00 m3. VT = 1.824,995 m3.
En la figura 31, se muestra la batimetría realizada en la segunda laguna.
120
Figura 31. Batimetría de la segunda laguna.
0.00 5.00 10.00 15.00
Ancho de la laguna. (m)
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
La
rgo
de
la la
gu
na
. (m
)
Afluente
Afluente
Efluente
Efluente
121
CONCLUSIONES
El sistema fue construido y puesto en funcionamiento sin ningún estudio o
diseño previo, además, no existe ningún tipo de mantenimiento y carece de vigilancia y
control por lo cual ambas lagunas han perdido progresivamente los taludes debido a la
invasión de maleza, ocasionando una reducción del espejo de agua
La carga orgánica de la primera laguna (347,52 mg/l) indica que la misma se
encuentra funcionando como una laguna anaeróbica, lo cual se corrobora por la alta
remoción de SS (81,09 %) los cuales contribuyeron a una remoción de DBO de 66,23
% a una temperatura de 30 oC en donde se presenta un leve incremento del nitrógeno
y fósforo. Por otra parte, la laguna se encuentra cubierta por una capa gruesa de nata
no existente en la segunda laguna, la cual actúa como facultativa considerando el
incremento de SS, OD y remoción de carga
Los valores de las constantes de desaparición de los coliformes totales (Kb =
2,36 d-1) y la de biodegradación de la materia orgánica (KT = 0,13) son similares a la de
aguas residuales domésticas.
La carga orgánica del efluente del sistema de tratamiento corresponde a un
agua doméstica cruda con concentración moderada, cuya DBO = 240,00 mg/l y la DQO
= 690,40 mg/l. Estos valores se encuentran en primera instancia muy por encima de la
Norma (Gaceta Oficial # 5021 del 18/12/95. Decreto # 883) por otra parte los valores
corresponden a agua cruda que requiere de la ampliación del sistema. Sin embargo,
las lagunas estudiadas fueron construidas sin diseña previo en donde su perfil
hidráulico no permite una ampliación, debido a que la salida del agua de la última
laguna es por rebose. En virtud de ello; se requiere el diseño de un sistema nuevo
(laguna anaeróbica, facultativa y de maduración) considerando:
DBO = 1.000 mg/l.
DQO = 2.500 mg/l.
CT = 2 x 107 ufc/10 ml.
Kb = 2,36 d-1.
122
K20 = 0,08 d-1.
KT = 0,13 d-1.
Carga orgánica volumétrica = 347,52 g/m3.d.
123
RECOMENDACIONES
Se propone realizar un estudio de suelo, donde se evalúen propiedades como
densidad aparente, porosidad, infiltración, permeabilidad y grado de compactación,
antes del diseño del sistema de tratamiento.
Establecer parcelas experimentales donde se riegue con este efluente para
diferente láminas de riego, diferentes cultivos y práctica de enmienda para conocer el
comportamiento del suelo en cuanto a sus características físicas y químicas en el
tiempo, lo que pudiera limitar la capacidad de uso potencial del suelo.
Se recomienda la elaboración e implementación de un Programa de Educación
Ambiental, orientada al uso racional del agua y al manejo adecuado de los desechos
sólidos peligrosos y no peligrosos.
124
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