tratamiento de estabilizaciÓn del lodo residual …
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UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
TRATAMIENTO DE ESTABILIZACIÓN DEL LODO RESIDUAL MEDIANTE LOMBRICULTURA EN LA PLANTA
DE TRATAMIENTO PARROQUIA CHONGÓN TRABAJO EXPERIMENTAL
Trabajo de titulación presentado como requisito para la obtención del título de
INGENIERA AMBIENTAL
AUTOR
ZURITA GARZÓN SHIRLEY JANETH
TUTOR
ING. ARCOS JÁCOME DIEGO ARMANDO M.Sc.
GUAYAQUIL – ECUADOR
2021
2
UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
Portada
APROBACIÓN DEL TUTOR
Yo, ARCOS JÁCOME DIEGO ARMANDO, docente de la Universidad Agraria del Ecuador, en mi calidad de Tutor, certifico que el presente trabajo de titulación: TRATAMIENTO DE ESTABILIZACIÓN DEL LODO RESIDUAL MEDIANTE LOMBRICULTURA EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO PARROQUIA CHONGÓN, realizado por la estudiante ZURITA GARZÓN SHIRLEY JANETH; con cédula de identidad N°2350564379 de la carrera INGENIERÍA AMBIENTAL, Unidad Académica Guayaquil, ha sido orientado y revisado durante su ejecución; y cumple con los requisitos técnicos exigidos por la Universidad Agraria del Ecuador; por lo tanto se aprueba la presentación del mismo.
Atentamente, Firma del Tutor Guayaquil, 18 de Mayo del 2021
3
UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE
SUSTENTACIÓN
Los abajo firmantes, docentes designados por el H. Consejo Directivo como miembros del Tribunal de Sustentación, aprobamos la defensa del trabajo de titulación: “TRATAMIENTO DE ESTABILIZACIÓN DEL LODO RESIDUAL MEDIANTE LOMBRICULTURA EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO PARROQUIA CHONGÓN”, realizado por la estudiante ZURITA GARZÓN SHIRLEY JANETH, el mismo que cumple con los requisitos exigidos por la Universidad Agraria del Ecuador.
Atentamente,
MUÑOZ NARANJO DIEGO, M.Sc. PRESIDENTE
GARCÍA ORTEGA JOANSY, M.Sc. ARCOS JÁCOME DIEGO, M.Sc. EXAMINADOR PRINCIPAL EXAMINADOR PRINCIPAL
Guayaquil, 18 de Mayo del 2021
4
Dedicatoria
El presente trabajo de titulación lo dedico
principalmente a Dios, por ser mi inspiración y
fortaleza para continuar en este proceso de obtener
uno de los anhelos más deseados. A mis padres, por
su amor, trabajo y sacrificio en todos estos años,
gracias a ustedes he logrado llegar hasta aquí́ y
convertirme en lo que soy.
Mi ángel Victoria quien fue mi luz y mi amor
incondicional. Mis abuelos Eugenio y Emma por ser
el pilar de apoyo en mis años de preparación
académica.
5
Agradecimiento
Le doy gracias a mis padres Gilbert y Ruth por
apoyarme en todo momento, por los valores que me
han inculcado y por haberme dado la oportunidad de
tener una excelente educación en el transcurso de mi
vida.
Agradezco por la confianza, apoyo y dedicación al
Ing. Diego Arcos quien fue mi guía en el proceso de
este proyecto.
6
Autorización de Autoría Intelectual
Yo ZURITA GARZÓN SHIRLEY JANETH, en calidad de autora del proyecto realizado, sobre “TRATAMIENTO DE ESTABILIZACIÓN DEL LODO RESIDUAL MEDIANTE LOMBRICULTURA EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO PARROQUIA CHONGÓN” para optar el título de Ingeniera Ambiental, por la presente autorizo a la UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR, hacer uso de todos los contenidos que me pertenecen o parte de los que contienen esta obra, con fines estrictamente académicos o de investigación. Los derechos que como autora me correspondan, con excepción de la presente
autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en
los artículos 5, 6, 8; 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su
Reglamento.
Guayaquil, Mayo 18 del 2021
ZURITA GARZÓN SHIRLEY JANETH
C.I. 2350564379
7
Índice general
Portada .................................................................................................................. 2
APROBACIÓN DEL TUTOR ................................................................................. 2
APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE SUSTENTACIÓN ........................................ 3
Dedicatoria ............................................................................................................ 4
Autorización de Autoría Intelectual .................................................................... 6
Índice general ....................................................................................................... 7
Índice de figuras ................................................................................................. 13
Resumen ............................................................................................................. 14
Abstract ............................................................................................................... 15
Introducción .................................................................................................... 16
Antecedentes del problema ......................................................................... 17
Planteamiento y formulación del problema ............................................... 18
Planteamiento del problema ..................................................................... 18
Formulación del problema ........................................................................ 19
Justificación de la investigación ................................................................ 19
Delimitación de la investigación ................................................................. 20
Objetivo general ........................................................................................... 20
Objetivos específicos................................................................................... 20
MARCO TEÓRICO .......................................................................................... 21
Estado del arte .............................................................................................. 21
Bases teóricas .............................................................................................. 23
Plantas de tratamiento de aguas residuales ........................................... 23
Productos obtenidos de las plantas de tratamientos de aguas
residuales............................................................................................................ 23
2.2.2.1. Lodos residuales ................................................................................... 23
8
Composición de los lodos residuales ..................................................... 24
2.2.3.1. Compuestos orgánicos e inorgánicos ................................................ 24
2.2.3.2. Contenido de patógenos ...................................................................... 24
Manejo de la lombricultura ....................................................................... 24
2.2.4.1. Sustrato .................................................................................................. 24
2.2.4.2. Construcción de lechos ........................................................................ 25
2.2.4.3. Preparación de lechos .......................................................................... 25
2.2.4.4. Siembra de lombrices ........................................................................... 25
2.2.4.5. Cosecha de lombrices .......................................................................... 25
2.2.4.6. Taxonomía de la lombriz roja californiana ....................................... 26
Propuesta al tratamiento de lombricultura empleado al uso de suelos
agrícolas.............................................................................................................. 26
Marco legal .................................................................................................... 27
Normativa para el uso y aprovechamiento de lodos residuales ........... 27
US-EPA parte 503 Normas para el uso o eliminación de lodos
residuales............................................................................................................ 27
NOM-004-SEMARNAT-2002 ...................................................................... 28
MATERIALES Y MÉTODOS ............................................................................ 29
Enfoque de la investigación ........................................................................ 29
Tipo de investigación ................................................................................ 29
Diseño de investigación ........................................................................... 29
Variables .................................................................................................... 30
Variable independiente ......................................................................... 30
Tratamientos .............................................................................................. 30
Diseño experimental ................................................................................. 31
9
Recolección de datos................................................................................ 31
Análisis estadístico ................................................................................... 32
3.2.5.1. Medidas de tendencia central y variabilidad ....................................... 33
RESULTADOS ................................................................................................. 34
4.1 Caracterización mediante parámetros fisicoquímicos y biológicos del
lodo residual proveniente de la parroquia Chongón para disminuir
contaminantes. ................................................................................................... 34
4.1.1 Datos del pH .............................................................................................. 34
4.4.1.1. Análisis estadístico ............................................................................... 36
4.4.1.2. pH............................................................................................................ 37
4.1.2 Datos de la temperatura ............................................................................ 39
4.1.2.1. Análisis estadístico ............................................................................... 41
4.1.2.2. Temperatura °C ...................................................................................... 41
4.1.3 Datos de la Humedad ................................................................................ 43
4.1.3.1. Análisis estadístico ............................................................................... 46
4.1.3.2. Humedad ................................................................................................ 46
4.2 Análisis de los tratamientos (T1, T2, T3, T4), utilizando es más óptimo
para la estabilización del lodo residual. ........................................................... 48
4.3 Propuesta para la utilización del mejor tratamiento como alternativa de
estabilización de lodos residuales para la minimización de la contaminación
ambiental............................................................................................................. 49
Discusión ........................................................................................................ 50
Conclusiones .................................................................................................. 51
Recomendaciones .......................................................................................... 52
Bibliografía ...................................................................................................... 53
10
Anexos ............................................................................................................ 59
11
Índice de tablas
Tabla 1. Composición de los tratamientos ........................................................... 30
Tabla 2. Diseño experimental. .............................................................................. 31
Tabla 3. Análisis inicial de los parámetros Fisicoquímicos. .................................. 34
Tabla 4. Resultados de la medición de pH - Semana 1 ....................................... 34
Tabla 5. Resultados de la medición de pH - Semana 2 ....................................... 35
Tabla 6. Resultados de la medición de pH - Semana 3 ....................................... 35
Tabla 7. Resultados de la medición de pH - Semana 4 ....................................... 36
Tabla 8. Resultados de la medición de pH - Semana 5 ....................................... 36
Tabla 9. Análisis estadístico de pH. ..................................................................... 37
Tabla 10. ICs de 95% individuales para la media basados en Desv. Est. agrupada.
............................................................................................................................. 37
Tabla 11. Test: Tukey agrupación. ....................................................................... 38
Tabla 12. Resultados de la Temperatura °C - Semana 1.39Tabla 13. Resultados
de la Temperatura °C - Semana 2. ....................................................................... 39
Tabla 14. Resultados de la Temperatura °C - Semana 3. .................................... 40
Tabla 15. Resultados de la Temperatura °C - Semana 4. .................................... 40
Tabla 16. Resultados de la Temperatura °C - Semana 5. .................................... 41
Tabla 17. Análisis estadístico de la Temperatura °C. ........................................... 41
Tabla 18. ICs de 95% individuales para la media basados en Desv. Est. agrupada
............................................................................................................................. 42
Tabla 19. Test: Tukey agrupación. ....................................................................... 42
Tabla 20. Resultados de la Humedad - Semana 1. .............................................. 44
Tabla 21. Resultados de la Humedad - Semana 2. .............................................. 44
Tabla 22. Resultados de la Humedad - Semana 3. .............................................. 45
12
Tabla 23. Resultados de la Humedad - Semana 4. .............................................. 45
Tabla 24. Resultados de la Humedad - Semana 5. .............................................. 46
Tabla 25. Análisis estadístico de la Humedad. ..................................................... 46
Tabla 26. ICs de 95% individuales para la media basados en Desv. Est. agrupada
............................................................................................................................. 47
Tabla 27. Test: Tukey agrupación. ....................................................................... 47
Tabla 28. Características de los lodos obtenidos en la PTAR. ............................. 59
Tabla 29. Características de los lodos residuales ................................................ 60
Tabla 30. Límites máximos permisibles para metales pesados en lodos residuales.
............................................................................................................................. 61
Tabla 31. Límites máximos permisibles de patógenos en lodos residuales. ........ 61
Tabla 32. Límites máximos permisibles para metales en biosólidos. ................... 62
Tabla 33. Aprovechamiento de biosólidos. ........................................................... 62
13
Índice de figuras
Figura 1. Cambios de pH. ................................................................................ 38
Figura 2. Cambios de Temperatura °C. ........................................................... 43
Figura 3. Cambio de la humedad. .................................................................... 48
Figura 4. Construcción de lechos. .................................................................... 63
Figura 5. Lodo residual, materia vegetal y lombrices ....................................... 63
Figura 6. Monitoreo de los lechos .................................................................... 64
14
Resumen
De acuerdo al tratamiento de aguas residuales, el residuo final denominado lodo
crudo el cual posee características peligrosas a largo plazo. Sin embargo, se ha
implementado el proceso de lombricultura como principal estabilizador y
remediador del lodo residual. De acuerdo al trabajo de titulación se evaluó los
parámetros fisicoquímicos y biológicos e los lodos residuales generados en la
Planta de Tratamiento de Agua Residual en la Parroquia Chongón mediante la
lombricultura; la muestra de lodo inicial presentó un pH de 6.7, temperatura de
24.5°C, humedad 5 (muy húmedo) y Coliformes Totales en una concentración
colonial de 34.000 UFC. Para el cumplimiento de los objetivos se aplicaron cuatro
tratamientos (lodo crudo, compost, lombrices, materia vegetal) durante cinco
semanas. Obteniendo como resultado viable el Tratamiento 2 (lodo crudo +
lombrices + materia vegetal), el cual alcanzó una remoción del 80% de Coliformes
Totales. Como resultado final de la muestra tratada presentó un pH de 7.2 una
temperatura óptima y una humedad permitida dentro del rango máximo permisible
de la Agencia Protectora Ambiental (EPA).
Palabras clave: Aguas residuales, lodo residual, lombricultura, planta de
tratamiento de aguas residuales.
15
Abstract
According to wastewater treatment, the final waste called crude sludge which has
long-term dangerous characteristics. However, the vermiculture process has been
implemented as the main stabilizer and remediator of residual sludge. According to
the titration work, the physicochemical and biological parameters of the residual
sludge generated in the Wastewater Treatment Plant in Chongón Parish were
evaluated through vermiculture; the initial mud sample presented a pH of 6.7,
temperature of 24.5 ° C, humidity 5 (very humid) and Total Coliforms in a colonial
concentration of 34,000 CFU. For the fulfillment of the objectives, four treatments
were applied (raw sludge, compost, worms, vegetable matter) for five weeks.
Obtaining as a viable result Treatment 2 (crude sludge + worms + vegetable matter),
which achieved a removal of 80% of Total Coliforms. As a final result, the treated
sample presented a pH of 7.2, an optimum temperature and a humidity allowed
within the maximum permissible range of the Environmental Protection Agency
(EPA).
Key words: Wastewater, waste sludge, vermiculture, wastewater treatment plant.
16
Introducción
El crecimiento poblacional trae consigo un mayor consumo de agua, para
diferentes actividades ya sea en el sector doméstico o en el sector industrial de las
cuales se generan aguas residuales. Dentro del contexto, el proyecto busca
implementar una metodología de bioensayo, con el propósito de reutilizar y
aprovechar los biosólidos provenientes de la Planta de Tratamiento de Aguas
Residuales en la Parroquia Chongón, evitando el vertimiento del lodo residual o
una inadecuada disposición (Cueva, 2016).
El tratamiento de estabilización del lodo implica descontaminación de
parámetros con materia orgánica, microorganismos patógenos a través del proceso
de lombricultura, el cual consiste en transformar el lodo en un residuo inerte es
decir que no es nocivo. Para la disposición final de los lodos residuales es necesario
estabilizarlos, es decir, reducir la cantidad de materia orgánica. Los procesos
biológicos presentan una alternativa viable para la estabilización, pues a diferencia
de los procesos fisicoquímicos, los lodos residuales ya estabilizados pueden ser
reutilizados (Marimbo, 2013).
El proceso de lombricultura permite el desplazamiento de partículas a lo largo
de diferentes estratos. Las lombrices pueden desarrollarse sólo bajo condiciones
aerobias, que son provocadas por la porosidad de los materiales donde subsisten
y por la misma aeración que estos animales provocan por su desplazamiento a
través del material. Las condiciones aerobias así establecidas ayudan al
florecimiento de microorganismos aerobios que conjuntamente con las lombrices
degradan los desechos (Morales, 2015).
En la presente investigación se plantea la alternativa biotecnológica
(lombricultura) para el tratamiento de estos lodos residuales utilizándolo como
17
materia prima para la producción de abono orgánico, dándole un valor agregado a
este residuo. En este sentido, el propósito de este trabajo es investigar si mediante
la lombricultura se puede dar un valor agregado al lodo de papel, convirtiéndolo en
enmienda orgánica (Cueva, 2016).
Antecedentes del problema
En la Unión Europea se generan 9´000000 ton/año, Estados unidos cuenta con
un sistema de reducción de volumen y estabilización dentro de las PTAR,
generando anualmente 7.2 millones de toneladas de lodos residuales, como países
desarrollados distribuyen su reutilización: el 45% para la agricultura, 23%
generación de energía térmica, 18% relleno de tierra y el 14% en compostaje
(Wanderley, 2008).
El Ecuador el 8% de las aguas negras tienen algunas eminencias de tratamiento,
Cuenca cuenta con el mejor tratamiento del país cubriendo el 95% de las aguas
residuales en la PTAR UCUBAMBA, tiene una planta alterna para el tratamiento de
lodos residuales, el cual incluye el proceso de extracción, conducción,
espesamiento, deshidratación, almacenamiento. Con este proceso se obtiene un
subproducto denominado lodo residual, con una producción de 200ton/año,
considerados peligrosos por las altas cantidades de metales pesados y
microorganismos patógenos (Guillen, 2009).
El Golfo de Guayaquil contiene una mezcla de aguas de origen marino y dulce,
constituye el ecosistema ambiental. De acuerdo al subsistema de saneamiento de
la ciudad de Guayaquil consiste en 3926 km de colectores y 61 estaciones de
bombeo de aguas residuales, que brindan cobertura al 70% del área de servicio.
La mayor parte de las aguas residuales de la ciudad son descargadas mediante
pretratamiento, al río Guayas y Daule. En sus actividades de depuración genera un
18
subproducto que es el lodo residual que proviene del caudal, una vez deshidratado
es depositado en un terreno baldío de la parroquia Chongón adyacente a un canal
del Estero Salado. Este desecho de la actividad de la planta no ha sido evaluado
en sus propiedades físicas, químicas y biológicas (Alarcón, 2018).
Planteamiento y formulación del problema
Planteamiento del problema
En la actualidad el país en vías de desarrollo es mínima la investigación sobre
la calidad microbiológica de los lodos y en la existencia de estudios sobre la
eficiencia de remover organismos microbiológicos presentes en el lodo residual,
convirtiéndose en el principal obstáculo con respecto a la disposición del residuo
en el ámbito de la agricultura ya que su efecto puede producir enfermedades
virales, bacterianas y parasitológicas (Grajales, 2007).
En el tratamiento de aguas servidas se generan subproductos líquidos, sólidos
y semisólidos dependiendo del proceso de purificación se obtienen los lodos
residuales. Su alta carga de contaminantes está representada por los porcentajes
de materia orgánica y microorganismos de origen fecal como bacterias,
protozoarios y helmintos (Sousa, 2007).
Los huevos de helmintos son considerados como indicadores microbiológicos
de mayor incidencia en el tratamiento de aguas residuales y generación de lodos,
estos microorganismos pueden permanecer en el ambiente durante meses y por
su resistencia a diversas condiciones ambientales (Ortiz, 2008).
Para la disposición final de los lodos residuales se encuentra la deshidratación
que consiste en reducir la humedad utilizando calor, uno de los problemas
principales es que reduce apenas un 20% de volumen, por otro lado si se utiliza la
incineración mediante la combustión de quemadores se reduce en un 80%el
19
volumen y se eliminan los compuestos orgánicos tóxicos, esto destruye por
completo las bacterias y nutrientes que pueden ser útiles como fertilizantes y en el
caso de dioxinas y furanos provocando contaminación ambiental considerable
(Villanueva, 2017).
Formulación del problema
¿Cuál es la efectividad del proceso de lombricultura como tratamiento de
estabilización de los lodos residuales proveniente de la Planta de Tratamiento de
Agua Residual de la Parroquia Chongón?
Justificación de la investigación
Debido a la crisis ambiental que enfrenta actualmente el mundo, es de gran
importancia plantear alternativas para el tratamiento y disposición final de los lodos
generados por las Plantas de Tratamiento de Agua Residual, ya que el tratamiento
que se aplican a estos lodos comúnmente no aprovechan su potencial energético
y agrícola (Torres, 2017).
El tratamiento mediante lombricultura tiene ventajas en acelerar la materia
orgánica mediante procesos naturales de fermentación, control de temperatura,
nutrientes y la humedad en el proceso, de esta manera se le da un valor agregado
al residuo para la recuperación de suelos (Molina, 2016).
La importancia ambiental del proceso de estabilización radica en transformar los
biosólidos, darles un valor agregado y proporcionar un adecuado aprovechamiento
a estos residuos de la planta de tratamiento de agua residual del presente estudio,
se encuentra localizada en la Parroquia Chongón, con la cual se busca tecnologías
de bajo costo (Pichucho, 2019).
20
Delimitación de la investigación
Espacio: el presente trabajo de investigación se realizará en la Parroquia Chongón,
Cantón Guayaquil.
La fase de laboratorio se realizará en el laboratorio de Agua y Suelos de la facultad
de ciencias agrarias campus Guayaquil de la Universidad Agraria del Ecuador,
durante 6 meses
Tiempo: el trabajo experimental tendrá una duración de 6 meses
Población: la población beneficiaria es de 200 habitantes de la Parroquia
Chongón.
Objetivo general
Evaluar el tratamiento de estabilización del lodo residual mediante lombricultura
en la planta de tratamiento de la parroquia Chongón para disminuir contaminantes
Objetivos específicos
- Caracterizar mediante parámetros fisicoquímicos y biológicos el lodo
residual proveniente de la parroquia Chongón al inicio y la finalización de la
investigación.
- Analizar cuál de los tratamientos (T1, T2, T3, T4) desarrollados es el más
óptimo para la estabilización de lodos residuales.
- Proponer la utilización del mejor tratamiento como alternativa de
estabilización de lodos residuales para la minimización de la contaminación
ambiental.
Hipótesis
La aplicación del proceso de lombricultura permitirá la estabilización de los
parámetros fisicoquímicos y biológicos de los lodos residuales.
21
Marco teórico
Estado del arte
Los primeros estudios acerca de la conversión de lodos a vermicomposta se
llevaron a cabo inicialmente Mitchel, et al, en el Colegio de Ciencias ambientales y
Forestales de la Universidad de Nueva York en Siracusa, EUA, en 1977.
Posteriormente, Mitchel, et al., 1980, investigaron el papel de Eisenia foetida, en la
descomposición del lodo residual en los lechos de secado. En las vermicompostas
producidas las bacterias aerobias y anaerobias fueron abundantes, y las bacterias
dominantes no fueron entéricas, esto significa que se redujo la contaminación fecal
(Greece, 2011).
La caracterización de los lodos es la clave para cuantificar las concentraciones
de nutrientes para su aplicación en los suelos y de los compuestos dañinos que
deben ser eliminados. Para el adecuado manejo de lodos se debe evaluar la
composición química (incluida la concentración de metales pesados), así como el
contenido de patógenos y parásitos que posean. Para la determinación de las
demandas química y bioquímica de oxigeno DQO y DBO se utilizan técnicas
espectrofotométricas, mientras que para los sólidos se utiliza el método
gravimétrico o el volumétrico. En el caso del nitrógeno total se emplea el método
de Kjeldahl y para determinar el fósforo total el de cloruro de estaño (Keysler, 2011).
En 1981, Hornor y Mitchell, estudiaron los efectos de E. foetida en los flujos del
carbono volátil y de los compuestos de sulfuro de los lodos residuales, y Hartenstein
sugirió el uso potencial de las lombrices como una solución para el manejo de lodos
residuales. En sus estudios se seleccionaron dos especies E. eugeniae y E. foetida,
debido a su alta tasa de reproducción y fácil manejo en condiciones de explotación
a gran escala (Keysler, 2011).
22
La toxicidad de las heces fecales de las lombrices para ellas mismas significa la
necesidad de retener E. foetida en la capa de lodo tanto tiempo como el requerido
para convertir el lodo en vermicomposta. El conocimiento de la cantidad del material
que pasa a través del tubo digestivo de la lombriz por unidad de tiempo, para un
determinado tipo de lodo, permite la predicción de la cantidad de lodo que se puede
tratar por unidad de tiempo. E. foetida pierde y gana peso rápidamente, sobre un
ilimitado suministro de materiales orgánicos (Keysler, 2011).
En 1984, Loehr et al, presentaron los resultados de una investigación del
proceso de vermiestabilización en los que se había utilizado lodos residuales
estabilizados y no estabilizados. Se evaluaron cuatro especies de lombriz: E.
foetida, E. eugeniae, P. Hawaiana y P. Excavatus. La especie E. foetida resultó con
la mayor capacidad reproductiva. El mejor crecimiento de E. foetida en cuanto a
peso ganado ocurrió al utilizar un lodo que tuvo un contenido total de sólidos, con
una base húmeda entre 9 y 17%. El mejor crecimiento y producción de huevos para
las especies de lombrices ocurrió con una temperatura de 20 a 25ºC. Con lodos
líquidos y deshidratados, la vermiestabilización fue una función exitosa por largos
periodos de tiempo: más de un año para lodo deshidratado y por lo menos seis
meses para lodos líquidos. Los costos estimados indican que los costos de
inversión y anuales de la vermiestabilización de lodo líquido son competitivos con
respecto a otros sistemas de manejo de lodo (Frederickson, 2010).
En 1985, Loehr de la Universidad de Cornell, evaluaron diferentes factores
fundamentales que afectan el proceso de vermiestabilización tales como la
temperatura, contenido de humedad y el uso combinado de diferentes especies de
lombrices (policultivo). El mejor crecimiento y reproducción ocurrió a temperaturas
de 20 a 25ºC. El crecimiento de todas las especies se redujo a 30ºC y la muerte
23
ocurrió a 35ºC. De las cinco especies, E. foetida produjo el mayor número de
individuos juveniles en veinte semanas del estudio. El crecimiento de E. foetida
ocurrió de manera óptima con un lodo con un contenido total de sólidos, base
húmeda, de 9 a 16%. El policultivo no tuvo ninguna ventaja sobre el monocultivo
(Frederickson, 2010).
Bases teóricas
Plantas de tratamiento de aguas residuales
El tratamiento de aguas y las plantas de tratamiento de agua son un conjunto de
sistemas y operaciones de tipo físico, químico y biológico cuyo final es que a través
del proceso se eliminen los contaminantes no deseables de las aguas. La finalidad
de estas operaciones es conseguir unas aguas con las características adecuadas
sal uso que se les vaya a dar, por lo que la combinación y naturaleza exacta de los
procesos varía en función tanto de las propiedades de las aguas de partida como
de su destino final (Castrejon, 2014).
Las aguas residuales pueden proceder de actividades industriales, agrícolas o
domésticas, los tratamientos de aguas residuales dependen del tipo de
contaminante y pueden contener: precipitación, neutralización, oxidación química y
biológica, reducción, filtración, osmosis (Alarcon, 2009).
Productos obtenidos de las plantas de tratamientos de aguas
residuales
2.2.2.1. Lodos residuales
Lodo, es el sólido, semisólido o líquido residual generado durante el tratamiento
de residuos domésticos, en una planta de tratamiento. Los lodos residuales
incluyen, pero no están limitados a espuma o sólidos removidos en proceso de
tratamiento primario, secundario o avanzado de agua residual; y material derivado
24
de lodos residuales. El lodo residual no incluye las cenizas generadas durante la
incineración de los mismos o gravas y piedras generados durante el tratamiento
preliminar de residuos (Avedoy, 2009).
Los lodos por sus características adquiridas después de un proceso de
estabilización pueden ser aprovechados siempre y cuando cumpla con los límites
máximos permisibles, ya que este material es de alto potencial biológico, debido a
la cantidad de nutrientes como nitrógeno, fosforo, potasio (Bermeo, 2014).
Composición de los lodos residuales
2.2.3.1. Compuestos orgánicos e inorgánicos
Depende de la calidad de las aguas domiciliarias, la cantidad proveniente y la
última fase de acondicionamiento posterior de los lodos determinan la composición
y características, proceso de recolección y tratamiento de las aguas servidas. Los
principales componentes orgánicos que representan el 70%, las proteínas 60%,
carbohidratos 25%, grasas y aceites 10%. Mientras que los compuestos
inorgánicos representan el 30% están los cloruros, metales pesados, nitrógeno,
fosforo, azufre, sales y arenas (Bedoya, 2013).
2.2.3.2. Contenido de patógenos
Los lodos se componen por diferentes patógenos lo que limitan la utilización de
los lodos como abono orgánico, debido a las altas concentraciones (Barrios, 2011).
Manejo de la lombricultura
2.2.4.1. Sustrato
Alrededor de 20 a 25% de celulosa se debe colocar la primera capa de material
en la cual se colocan las lombrices. Constituida por estiércol a una temperatura que
no sobrepase los 25 C, cuando el proceso de fermentación y descomposición
alcanza los 80 C, la acidez y los gases propios pueden matar las lombrices. Se
25
puede colocar carbonato de calcio por cada metro cuadrado una porción de 300g
con el fin de reducir la acidez del sustrato y regularizar el pH de 6 a 8.5 (Avilez,
2011).
2.2.4.2. Construcción de lechos
Los lechos generalmente pueden ser de madera, pero pueden emplearse
cajones de polietileno, la base debe ser perforada para la aireación y drenaje del
agua. La instalación debe ser en terrenos permeables, lejos de los árboles y cerca
de lugares en donde se pueda recoger la materia orgánica (Cardoso, 2008).
2.2.4.3. Preparación de lechos
Se coloca un colchón de materia orgánica en descomposición la cual será el
refugio de lombrices en caso de que las condiciones del medio no sean favorables
si los alimentos, la humedad, el pH y la temperatura. Luego se coloca una capa de
estiércol y se riega, se cubre con suelo para evitar malos olores. El material se lo
riega durante 4 días para cubrir la humedad del 70% que requieren las lombrices
(Enriquez, 2014).
2.2.4.4. Siembra de lombrices
Una vez que el sustrato está colocado en los lechos, el pH y la tempera cumplen
el rango establecido (20-25 C) y se haya realizado el riego. Se colocan 50 lombrices
en el lecho y se riega, estas se introducen en el sustrato si más de 2 mueren el
sustrato después de 48 horas no funciona en el caso de que se distribuyan en el
medio el alimento es el correcto (Escalante, 2011).
2.2.4.5. Cosecha de lombrices
La mayor parte de las lombrices ha sido extraída del lecho, se procede a retirar
el humus. Se recolecta el humus y se lo puede dejar a la intemperie para que se
termine de secar durante meses para luego ser comercializado (Malinska, 2012).
26
2.2.4.6. Taxonomía de la lombriz roja californiana
En el orden de los oligoquetos hay aproximadamente 1800 especies agrupadas
en 5 familias distribuidas en todo el mundo. La familia de los lombrícidos tiene unas
220 especies con tamaños que oscilan desde unos pocos milímetros hasta más de
un metro (Moreno, 2015).
Reino: Animalia
División: Anélidos
Clase: Clitelados
Orden: Oligoquetos
Familia: Lombrícidos
Género: Eisenia
Especie: fortida
NC: Eisenia fortida
Propuesta al tratamiento de lombricultura empleado al uso de
suelos agrícolas
Las opciones propuestas son aquellas que no se han contemplado o que
presentan bajo nivel de complejidad para su implementación. Son principalmente
estructuras de simple diseño y construcción o medidas emergentes en la operación
de la planta. Las medidas a proponer se enfocan en el tratamiento primario, ya que
de su operación se ve involucrada la efectividad del tratamiento biológico. Para
establecer las estructuras y operaciones se proyectarán tanto la población de
diseño como la carga de diseño con el fin de diseñar cada estructura con la
operación más crítica dentro de las posibilidades (Poveda, 2016).
27
Marco legal
Normativa para el uso y aprovechamiento de lodos residuales
Actualmente en el Ecuador, no se cuenta con normativa para lodos residuales
que controle los límites máximos permisibles de contaminantes para su
aprovechamiento y disposición final. En este sentido, se debe adoptar una
normativa Internacional que la Autoridad Ambiental Nacional considere aplicable.
Normas como la CFR 40 parte 503 “Normas para el Uso o Eliminación de Lodos
Residuales” de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (US-
EPA) y la Norma Oficial Mexicana NOM-004-SEMARNAT-2002, están siendo
aplicadas en el país.
US-EPA parte 503 Normas para el uso o eliminación de lodos
residuales
La US-EPA CFR parte 503 establece las normas generales, los límites de
contaminantes, prácticas de gestión y las normas de funcionamiento para el uso o
eliminación de los lodos generados en el tratamiento de las aguas residuales
domesticas en una PTAR.
Se indican las concentraciones máximas para metales pesados en los lodos
residuales y las concentraciones de metales pesados para ser aplicados en tierras
agrícolas, bosques, contacto directo con el público, recuperación in situ, jardines
de casa entre otros (Ver Tabla 4).
La norma establece dos clases de biosólidos, clase A y B cada una debe cumplir
con requisitos de acuerdo a su posterior aplicación. Estos requisitos se basan
especialmente en la disminución de patógenos (Coliformes fecales, Salmonella spp
y Huevos de Helmintos) (Ver Tabla 5).
28
Los lodos clase A, son aquellos que por su contenido de patógenos y limites más
exigentes de metales pesados (concentración de contaminantes), se consideran de
calidad excepcional y su aplicación no tiene ninguna restricción en cultivos de
consumo directo.
Los lodos clase B, tienen su aplicación limitada en cultivos agrícolas de consumo
directo, pero si pueden ser aprovechados en la recuperación de suelos,
plantaciones forestales y cobertura de rellenos sanitarios.
NOM-004-SEMARNAT-2002
La Norma Oficial Mexicana NOM-004-SEMARNAT-2002 establece las
especificaciones y los límites máximos permisibles de contaminantes en lodos y
biosólidos para su aprovechamiento y disposición final (Ver Tabla 6).
En esta norma los biosólidos son clasificados de la siguiente manera:
Por su contenido de metales pesados en tipo: excelente y bueno
Por su contenido de patógenos de clase: A, B, C
El aprovechamiento de los biosólidos que cumplen con los límites máximos
permisibles de esta norma, se establecen en función del tipo y clase, con un
contenido de humedad hasta el 85% (Ver Tabla 7).
29
Materiales y métodos
Enfoque de la investigación
La investigación debe tener un enfoque experimental e investigativo con
respecto al análisis inicial y final del lodo residual de la Planta de Tratamiento de
Agua Residual ubicada en la Parroquia Chongón. En base a la obtención de
resultados se debe plantear una propuesta amigable con el ambiente.
Tipo de investigación
La investigación se realizará como:
Investigación de campo y laboratorio. - Se realizará en un área junto a la fosa
de tratamiento de lodo en la Parroquia Chongón.
Investigación experimental. - Se instalará un área experimental utilizando un
diseño de bloques completamente al azar, que permitirá analizar las variables en
estudio, mediante la conformación de 12 unidades experimentales.
Diseño de investigación
El diseño de la investigación se aplicará en un método que es de tipo
experimental y de campo cuya fundamentación fue la evaluación de lodo residual
con diferentes estratos de lombrices, compostaje y materia vegetal. Debido a que
se realizarán experimentos y se diseñan tratamientos de estudios.
Metodología
Se emplea un método comparativo con el fin de determinar la eficiencia del
proceso de lombricultura en la descontaminación de lodo residual a partir de los
análisis iniciales y finales del lodo, de acuerdo a los 4 tratamientos empleados se
determinan los cambios radicales en cada uno de ellos.
30
Variables
Variable independiente
Tratamiento 1: lodo crudo, materia vegetal
Tratamiento 2: lodo crudo, lombrices, materia vegetal
Tratamiento 3: lodo crudo, lombrices, compostaje, materia vegetal
Tratamiento 4: lodo crudo, lombrices, materia vegetal
Variable dependiente
Fisicoquímico
Humedad
Temperatura
pH
Biológico
Microrganismos patógenos
Tratamientos
De acuerdo al trabajo experimental se aplicarán cuatro tratamientos aplicando
diferentes componentes.
Tabla 1. Composición de los tratamientos
Nº. Tratamientos Composición
Tratamiento 1 Lodo crudo, materia vegetal
Tratamiento 2 Lodo crudo, lombrices, materia vegetal.
Tratamiento 3 Lodo crudo, lombrices, compostaje,
materia vegetal.
Tratamiento 4 Lodo crudo, lombrices, materia vegetal.
Autor, 2019
31
Diseño experimental
Para este experimento se utilizó el diseño completamente al azar (DCA), con 4
tratamientos y 5 repeticiones, y para el proceso de evaluación de las variables se
usan la prueba de Tukey al 95% de probabilidad.
Modelo A: Yij = 𝜇+Ti+Eij
Donde:
𝜇= media general
Ti= efecto de i-ésimo tratamiento
Eij= ~N (𝜇 − 𝜎2) y de forma independiente
De acuerdo al experimento se especifican los diferentes tratamientos
especificando la dosis adecuada con los diferentes elementos a utilizar.
Tabla 2. Diseño experimental. Tratamiento N. Lombrices V. Lodo crudo (L) Composta (L) R. Orgánicos (L)
T1 (Lodo crudo con materia vegetal)
0 3 0.0 0.0
T2 (Lodo crudo con lombrices+materia vegetal)
50 3 0.0 0.0
T3 (Lodo crudo+lombrices+composta)
50 1.5 1.5 0.0
T4 (Lodo crudo+lombrices+materia vegetal)
50 1.5 0.0 1.5
Autor, 2019
Recolección de datos
En el trabajo experimental de acuerdo a las especificaciones de la toma de datos
se realizará cada 15 días, mediante una ficha se llevará el control de los parámetros
establecidos y con el fin de encontrar el tratamiento adecuado.
3.2.4.1. Recursos
Materiales
Madera
32
Clavos
Martillo
Material orgánico
Compostaje
Materia vegetal
Lombriz roja californiana
Equipos
Soil meter
3.2.4.2. Métodos y técnicas
Una de las técnicas más importantes que se utilizará son lechos la cual es la
técnica de alternancia de las capas de distintos materiales con la finalidad de
controlar la humedad, temperatura, nutrientes y la relación de los parámetros
físicos y biológicos.
Análisis de microorganismos patógenos (Coliformes totales) sirven como
indicadores sobre la eficiencia de los tratamientos para la destrucción de las
bacterias, estas bacterias contienen una gran cantidad de Salmonella, cuando los
Coliformes totales son destruidos por ende la Salmonella disminuye y tiene un
decrecimiento. El conteo de los Coliformes totales se lo realizará mediante placas
de Petrifilm 3M.
Análisis estadístico
El DCA (Diseño Completamente al Azar), tratamiento asignado completamente
al azar a las unidades experimentales, por lo tanto, las unidades experimentales
son asignados completamente al azar a los tratamientos sin ninguna otra
restricción.
Modelo A: Yij = 𝜇+Ti+Eij
33
Donde:
𝜇= media general
Ti= efecto de i-ésimo tratamiento
Eij= ~N (𝜇 − 𝜎2) y de forma independiente
3.2.5.1. Medidas de tendencia central y variabilidad
Media
La media es el estadístico más utilizado para resumir conjuntos de datos
cuantitativos.
�̅� = ∑ 𝑥𝑖
𝑛
Desviación estándar
Es el promedio de desviación de las poblaciones con respecto a la media. La
desviación estándar es la raíz cuadrada positiva de la varianza y se convierte en la
medida de variabilidad más utilizada.
𝐷𝐸 = √∑ 𝐼𝑥 − 𝜇2𝐼
𝑁
34
Resultados
4.1 Caracterización mediante parámetros fisicoquímicos y biológicos del lodo
residual proveniente de la parroquia Chongón para disminuir contaminantes.
Para los pertinentes análisis del lodo residual fue necesario realizar análisis
antes y después del tratamiento, de acuerdo a las técnicas especificadas con el
propósito de describir los resultados de cada parámetro del lodo residual.
Resultados iniciales de los parámetros fisicoquímicos de la muestra de lodo
residual (Ver Tabla 3).
Tabla 3. Análisis inicial de los parámetros Fisicoquímicos.
Materia orgánica Ph Temperatura Humedad inicial
Lodo residual 6.7 24.5°C 5
Autor, 2021
4.1.1 Datos del pH
Los datos obtenidos durante los 37 días de experimentación del lodo residual
(Ver Tabla 4, 5, 6, 7, 8).
Tabla 4. Resultados de la medición de pH - Semana 1
Tratamientos
Promedio pH
Lodo crudo + materia vegetal 7
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal 7
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal +
compostaje 7
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal 7
Autor, 2021
35
Tabla 5. Resultados de la medición de pH - Semana 2
Tratamientos Promedio pH
Lodo crudo + materia vegetal 7
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal
7.2
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal + compostaje
7.1
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal
7
Autor, 2021
Tabla 6. Resultados de la medición de pH - Semana 3
Tratamientos Promedio pH
Lodo crudo + materia vegetal 7
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal
7
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal + compostaje
7
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal
7
Autor, 2021
36
Tabla 7. Resultados de la medición de pH - Semana 4
Tratamientos Promedio pH
Lodo crudo + materia vegetal 7
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal
7
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal + compostaje
7
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal
7
Autor, 2021
Tabla 8. Resultados de la medición de pH - Semana 5
Tratamientos Promedio pH
Lodo crudo + materia vegetal 7
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal
7
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal + compostaje
7
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal
7
Autor, 2021
4.4.1.1. Análisis estadístico
Resultados del análisis estadístico mediante el Diseño completamente al azar
(DCA) y la prueba de Tukey al 95% de probabilidad.
37
4.4.1.2. pH
Con los datos obtenidos durante la ejecución del diseño experimental del pH,
tablas 9,10 y 11, se muestran los siguientes resultados del análisis estadístico.
Tabla 9. Análisis estadístico de pH.
FV GL SC CM F P F tabu
Tratamiento 3 0,02750 0,00917 1.26 0.320 3.24
Error
experimental
16 0,11611 0,00726
Total 19 0,14361
Autor, 2021
Tabla 10. ICs de 95% individuales para la media basados en Desv. Est. agrupada.
Tratamiento N Media Desv.
Est
-----+---------+---------+-----
----+----
Lodo crudo+materia vegetal
5 7,1768 0,0792 (----------*-----------)
Lodo crudo+lombrices+materia vegetal
5 7,2156 0,0983 (-----------*----------)
Lodo crudo+lombrices+materia vegetal+compostaje
5 7,1168 0,0615 (-----------*----------)
Lodo crudo+lombrices+materia vegetal
5 7,1428 0,0965 (----------*-----------)
7,070 7,140 7,210 7,280
Autor, 2021
38
Tabla 11. Test: Tukey agrupación. Nivel N Media Agrupación
2 5 7,21560 A
1 5 7,17680 A
4 5 7,14280 A
3 5 7,11680 A
Autor, 2021
De acuerdo al resultado de ANOVA tabla 9 y test Tukey 10 y 11, con relación al
tratamiento estadísticamente no existe diferencia significativa, con un valor F= 1.26
y un valor P= 0.320>3.24 nivel de significancia demostrando que todas las medias
son iguales y con un CV de 0.0852%.
Figura 1. Cambios de pH. Autor, 2021
En la Figura 1, se puede observar como el pH aumenta significativamente con
el pasar de los días con respecto al pH inicial 6.7; esto se debe a que los
tratamientos instaurados con diferentes nutrientes que van regulando el pH con
relación al tiempo. Los cuatro tratamientos instaurados tuvieron comportamientos
similares durante las cinco semanas. En la semana cinco se observó un constante
6,90
7,00
7,10
7,20
7,30
7,40
1 2 3 4 5
pH
TRATAMIENTOS
Tratamientos
lodo crudo + material vegetal
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal + compostaje
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal
39
cambio en el tratamiento dos (lodo crudo + materia vegetal + lombrices), mostrando
un pH de 7.2, el cual es un pH neutro, permitiendo estar dentro de los rangos
permisibles de acuerdo a la EPA.
4.1.2 Datos de la temperatura
Los datos obtenidos durante los 37 días de experimentación del lodo residual
(Ver Tabla 12, 13, 14, 15 y 16).
Tabla 12. Resultados de la Temperatura °C - Semana 1.
Tratamientos Promedio °T
Lodo crudo + materia vegetal 23,8
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal 23,2
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal + compostaje
23,2
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal 23,2
Autor, 2021
Tabla 13. Resultados de la Temperatura °C - Semana 2.
Tratamientos Promedio °T
Lodo crudo + materia vegetal 23,2
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal 24
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal + compostaje
23,2
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal 24,2
Autor, 2021
40
Tabla 14. Resultados de la Temperatura °C - Semana 3.
Tratamientos Promedio °T
Lodo crudo + materia vegetal 23
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal 24,2
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal + compostaje
24
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal 23,8
Autor, 2021
Tabla 15. Resultados de la Temperatura °C - Semana 4.
Tratamientos Promedio °T
Lodo crudo + materia vegetal 23,4
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal 23,4
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal + compostaje
23,8
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal 23,8
Autor, 2021
41
Tabla 16. Resultados de la Temperatura °C - Semana 5.
Tratamientos Promedio °T
Lodo crudo + materia vegetal 24,2
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal 24,2
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal + compostaje
24,2
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal 24,2
Autor, 2021
4.1.2.1. Análisis estadístico
Resultados del análisis estadístico mediante el Diseño completamente al azar
(DCA) y la prueba de Tukey al 95% de probabilidad.
4.1.2.2. Temperatura °C
Con los datos obtenidos durante la ejecución del diseño experimental de la
temperatura °C, tablas 17, 18 y 19, se muestran los siguientes resultados del
análisis estadístico.
Tabla 17. Análisis estadístico de la Temperatura °C.
FV GL SC CM F P F tabu
Tratamiento 3 0.310 0.103 0.50 0.690 3.24
Error
experimental
16 3.328 0.208
Total 19 3.638
Autor, 2021
42
Tabla 18. ICs de 95% individuales para la media basados en Desv. Est. agrupada.
Tratamiento N Media Desv.
Est
-----+---------+---------+-----
----+----
Lodo crudo+materia vegetal
5 23,520 0.482 (----------*-----------)
Lodo crudo+lombrices+materia vegetal
5 23.800 0.469 (-----------*----------)
Lodo crudo+lombrices+materia vegetal+compostaje
5 23.680 0.460 (-----------*----------)
Lodo crudo+lombrices+materia vegetal
5 23840 0.410 (----------*-----------)
23.10 23.40 23.70 24.00
Autor, 2021
Tabla 19. Test: Tukey agrupación.
Nivel N Media Agrupación
4 5 23.8400 A
2 5 23.8000 A
3 5 23.6800 A
1 5 23.5200 A
Autor, 2021
De acuerdo al resultado de ANOVA tabla 17 y test Tukey 18 y 19, con relación
al tratamiento estadísticamente no existe diferencia significativa, con un valor F=
0.50 y un valor P= 0.690>3.24 nivel de significancia demostrando que todas la
medias son significativamente diferentes.
43
Figura 2. Cambios de Temperatura °C. Autor, 2021
En la Figura 2, se puede observar como la temperatura aumenta
significativamente con el pasar de los días con respecto a la temperatura inicial
24.5°C; esto se debe a que los tratamientos instaurados con diferentes nutrientes
van regulando la temperatura con relación al tiempo. Los cuatro tratamientos
instaurados tuvieron comportamientos similares durante las cinco semanas. En la
semana cinco se observó un constante cambio en el tratamiento dos (lodo crudo +
materia vegetal + lombrices), mostrando una temperatura similar de 24°C,
permitiendo estar dentro de los rangos permisibles de acuerdo a la EPA.
4.1.3 Datos de la Humedad
Los datos obtenidos durante los 37 días de experimentación del lodo residual
(Ver Tabla 20, 21, 22, 23 y 24).
22
22,5
23
23,5
24
24,5
1 2 3 4 5
DA
TOS
DE
TEM
PER
ATU
RA
TRATAMIENTOS
Temperatura
lodo crudo + material vegetal
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal + compostaje
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal
44
Tabla 20. Resultados de la Humedad - Semana 1.
Tratamientos Promedio H
Lodo crudo + materia vegetal 4,4
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal 4,6
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal + compostaje
4,4
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal 4,6
Autor, 2021
Tabla 21. Resultados de la Humedad - Semana 2.
Tratamientos Promedio H
Lodo crudo + materia vegetal 4,4
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal 4,6
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal + compostaje
4,4
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal 4
Autor, 2021
45
Tabla 22. Resultados de la Humedad - Semana 3.
Tratamientos Promedio H
Lodo crudo + materia vegetal 4,8
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal 4,2
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal + compostaje
4,2
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal 4,4
Autor, 2021
Tabla 23. Resultados de la Humedad - Semana 4.
Tratamientos Promedio H
Lodo crudo + materia vegetal 4,4
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal 4,6
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal + compostaje
4,4
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal 4,4
Autor, 2021
46
Tabla 24. Resultados de la Humedad - Semana 5.
Tratamientos Promedio H
Lodo crudo + materia vegetal 4,2
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal 4,2
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal + compostaje
4,2
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal 4,2
Autor, 2021
4.1.3.1. Análisis estadístico
Resultados del análisis estadístico mediante el Diseño completamente al azar
(DCA) y la prueba de Tukey al 95% de probabilidad.
4.1.3.2. Humedad
Con los datos obtenidos durante la ejecución del diseño experimental de la
humedad, tablas 25, 24 y 27, se muestran los siguientes resultados del análisis
estadístico.
Tabla 25. Análisis estadístico de la Humedad.
FV GL SC CM F P F tabu
Tratamiento 3 0.0720 0.0240 0.60 0.624 3.24
Error
experimental
16 0.6400 0.0400
Total 19 0.7120
Autor, 2021
47
Tabla 26. ICs de 95% individuales para la media basados en Desv. Est. agrupada.
Tratamiento N Media Desv.
Est
-----+---------+---------+----
-----+----
Lodo crudo+materia vegetal
5 4.4400 0.2191 (----------*-----------)
Lodo crudo+lombrices+materia vegetal
5 4.4400 0.2191 (-----------*----------)
Lodo crudo+lombrices+materia vegetal+compostaje
5 4.3200 0.1095 (-----------*----------)
Lodo crudo+lombrices+materia vegetal
5 4.3200 0.2280 (----------*-----------)
4.20 4.35 4.50 4.65
Autor, 2021
Tabla 27. Test: Tukey agrupación.
Nivel N Media Agrupación
2 5 4.4400 A
1 5 4.4400 A
4 5 4.3200 A
3 5 4.3200 A
Autor, 2021
De acuerdo al resultado de ANOVA tabla 25 y test Tukey 26 y 27, con relación
al tratamiento estadísticamente no existe diferencia significativa, con un valor F=
0.60 y un valor P= 0.624>3.24 nivel de significancia demostrando que todas la
medias son iguales.
48
Figura 3. Cambio de la humedad. Autor, 2021
En la Figura 3, se puede observar como la humedad se mantiene
significativamente con el pasar de los días con respecto a la humedad inicial 5; esto
se debe a que los tratamientos instaurados con diferentes nutrientes se van
regulando con la humedad con relación al tiempo. Los cuatro tratamientos
instaurados tuvieron comportamientos similares durante las cinco semanas. En la
semana cinco se observó un constante cambio en el tratamiento dos (lodo crudo +
materia vegetal + lombrices), mostrando una humedad de 4, permitiendo estar
dentro de los rangos permisibles de acuerdo a la EPA.
4.2 Análisis de los tratamientos (T1, T2, T3, T4), utilizando es más óptimo para
la estabilización del lodo residual.
En la determinación del tratamiento óptimo se basó en los resultados obtenidos
a través de la experimentación. Se estudiaron los parámetros fisicoquímicos (pH,
Temperatura y humedad) y biológicos. Según el análisis en base a los cuatro
tratamientos el que resultó apropiado el tratamiento 2 (Lodo residual + lombrices +
materia vegetal), este tratamiento demostró un pH neutro 7.2; temperatura de 24°C
3,6
3,8
4
4,2
4,4
4,6
4,8
5
1 2 3 4 5
DA
TOS
DE
HU
MED
AD
TRATAMIENTOS
Humedad
lodo crudo + material vegetal
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal + compostaje
Lodo crudo + lombrices + materia vegetal
49
y una humedad normal dentro del rango permitido de acuerdo a la EPA. Según los
análisis microbiológicos se observó una disminución de Coliformes totales de 220
(UFC). Se demostró que el lodo pertenece a la categoría A según los resultados
totales.
4.3 Propuesta para la utilización del mejor tratamiento como alternativa de
estabilización de lodos residuales para la minimización de la contaminación
ambiental.
En el tratamiento de lodos residuales generados en las Plantas de Tratamiento
de Aguas Residuales de la Parroquia Chongón, se propone la Utilización del
tratamiento 2, en el cual se aplica lodo crudo + lombrices + materia vegetal de
acuerdo a las dosis establecidas en el diseño experimental tabla 2, durante 37 días
de prueba el cual corresponde a 5 semanas con ayuda de la lombricultura se obtuvo
una mejora en la calidad del lodo residual. La reducción de los organismos
patógenos fue en un 80%, pH regulado, humedad conveniente y temperatura
adecuada.
50
Discusión
El lodo residual sin tratamiento presentó un pH inicial de 6.7, temperatura de
24.5°C y una humedad de 5, estos datos están dentro de los límites máximos
permisibles de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA),
con respecto al análisis microbiológico el conteo de colonias de Coliformes totales
fue de 34,00 UFC, lo cual está permitido en los límites permisibles de a EPA.
El proceso de lombricultura es una técnica viable y amigable con el ambiente ya
que establece, regular parámetros fisicoquímicos y eliminar organismos patógenos
del lodo residual.
Las condiciones climáticas regulan y controlan la humedad adecuada de estos
lodos en proceso de ser tratados. En el caso de utilizar sustratos orgánicos se
verifico que los lodos muestran cambios con respecto a los parámetros
fisicoquímicos.
El pH se monitoreó cada 7 días y se observó que varía durante todo el proceso
de tratamiento en función del tiempo teniendo similares comportamientos con los
monitores realizados, se tiene en cuenta que el pH influye sobre la eficiencia en
función al tiempo, lo que se confirmó que el pH 7 está dentro de un rango neutro.
En cuanto al análisis inicial de los microorganismos patógenos obtenidos de
coliformes totales (34,000 UFC), así demostrando que el lodo residual es de tipo A,
lo cual sirve como remediador ambiental. Se determinó que el proceso de
lombricultura tiene una condición óptima en la reducción de los microorganimos
patógenos obteniendo atributos benéficos que puede ser utilizado en varias
actividades como es la agricultura y biorremediación.
51
Conclusiones
El lodo residual proveniente de las Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales
de la Parroquia Chongón, se determinó que pueden ser tratados mediante el
proceso de lombricultura. Durante la experimentación se realizaron mediciones de
los parámetros fisicoquímicos, microbiológicos en estudio (pH, temperatura,
humedad) al inicio y al final de la prueba experimental.
Al tratar el lodo residual con el Diseño Completamente al Azar (DCA), el cual
consistió en cuatro tratamientos y cinco repeticiones con diferentes dosis. Se
comprobó la destrucción de los coliformes totales, microorganismos patógenos y
huevos de Helminton.
Basado en la experimentación de diferentes combinaciones los resultados
generados con los distintos tratamientos y pruebas que se realizaron con la ayuda
del proceso de lombricultura permitieron concluir que el tratamiento T2 (lodo crudo
+ lombrices + materia vegetal) resultó ser el mejor tratamiento como remediación
ambiental por su gran contenido de materia orgánica y nutrientes. Además, con
ausencia de microrganismos patógenos.
Se formula la propuesta de aprovechamiento de los lodos residuales teniendo
en cuenta la proliferación secundaria de los Coliformes Totales. Es un hecho de
que el proceso de lombricultura tiene la facultad biológica de sobrevivir a las
condiciones climáticas presentes en los diferentes elementos residuales.
52
Recomendaciones
Al concluir el desarrollo de esta investigación se mencionan las siguientes
recomendaciones:
Se recomienda optimizar el manejo de lodos residuales desde su generación
hasta su disposición final.
La temperatura y la humedad son variables que se comportan de manera
independiente, y que son susceptibles a los cambios del medio por lo tanto es
fundamental que las condiciones necesarias sean primordiales para mantenerlas
controladas. Por este motivo se recomienda adicionar la sistematización al proceso.
En el transcurso de esta investigación no se realizaron análisis de metales
pesados debido al enfoque de este estudio el cual fue estabilizar el lodo mediante
el proceso de lombricultura. Pero es recomendable que las PTAR tengan en cuenta
los riesgos tóxicos que pueden contraer al depositar los lodos residuales en
terrenos útiles para la agricultura.
Se recomienda seguir con el estudio de factibilidad aplicado a otras empresas
de la ciudad, para determinar si la técnica de lombricultura es efectiva y viable
económicamente.
53
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59
Anexos
Tabla 28. Características de los lodos obtenidos en la PTAR.
Unidad % de humedad del
lodo
Densidad relativa
Intervalo Intervalo Sólidos Lodos
Sedimentación primaria 88-96 88-96 1.4 1.02
Filtro percolador 91-95 91-95 1.5 1.025
Precipitación química - - 1.7 1.03
Lodos activados 90-93 90-93 1.3 1.005
Tanques sépticos - - 1.7 1.03
Tanques imhoff 90-95 90-95 1.6 1.04
Aireación prolongada 88-92 88-92 1.3 1.015
Lodo primario digerido
anaerobiamente
90-95 90-95 1.4 1.02
Laguna aireada 88-92 88-92 1.3 1.01
Lodo primario digerido
aerobiamente
93-97 93-97 1.4 1.012
Benavides, 2019
60
Tabla 29. Características de los lodos residuales
Parámetro Unidad Máximo Promedio Mínimo
Ph - 7.22 6.61 6.04
Densidad aparente gr/cc 1.11 1.07 1.04
Solidos totales % 18 13.5 9.7
Sólidos volátiles % 4.8 2.9 1.1
Cromo mg/kg 515 295 15
Cadmio mg/kg 15 2.9 0.70
Cobre mg/kg 279 195 10
Níquel mg/kg 120 32 5
Plomo mg/kg 270 131 8
Zinc mg/kg 1421 960 90
Coliformes totales NMP 296 E+08 2.01E+05 1.30+E03
Huevos de
helmintos
NMP 179 90 10.1
Benavides, 2019
61
Tabla 30. Límites máximos permisibles para metales pesados en lodos residuales.
Contaminante Concentración de contaminantes para aplicación (mg/kg) en base seca
Concentración máxima (mg/kg) en base seca
Arsénico 41 75
Cadmio 39 85
Cobre 1500 4300
Plomo 300 840
Mercurio 17 57
Níquel 420 420
Selenio 100 100
Zinc 2800 7500
US-EPA, 1995
Tabla 31. Límites máximos permisibles de patógenos en lodos residuales.
Clase Patógenos
Coliformes fecales (NMP/g)
Salmonella spp (NMP/g)
Huevos de helmintos viables (huevos/4g)
A Menor de 1000 Menor de 3 Menor de 1
B Menor de 2000000 Mayor de 1
Benavides, 2019
62
Tabla 32. Límites máximos permisibles para metales en biosólidos. Contaminante (determinados en forma total)
Excelentes (mg/kg) en base seca
Bueno (mg/kg) en base seca
Arsénico 41 75
Cadmio 39 85
Cromo 1200 3000
Cobre 1500 4300
Plomo 300 840
Mercurio 17 57
Níquel 420 420
Zinc 2800 7500
SEGOB, 2003
Tabla 33. Aprovechamiento de biosólidos.
Tipo Clase Aprovechamiento
Excelente A Usos urbanos con contacto directo durante su aplicación. Los establecidos para la clase B y C.
Excelente o bueno B Usos urbanos sin contacto directo durante su aplicación.
Los establecido para la clase C.
Excelente o bueno C Usos forestales. Mejoramiento de suelos. Usos agrícolas.
SEGOB, 2003
63
Figura 4. Construcción de lechos. Zurita, 2021
Figura 5. Lodo residual, materia vegetal y lombrices Zurita, 2021
64
Figura 6. Monitoreo de los lechos Zurita, 2021