tutor: ing. juan carlos bodero leÓn mg diciembre...
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I
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
UNIDAD DE POSGRADO INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO
MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN AMBIENTAL
PORTADA
“ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS DE PLANTAS DE
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA UNIDAD
EDUCATIVA DEL MILENIO, PARROQUIA PASCUALES
CANTÓN GUAYAQUIL Y PROPUESTA DE SOLUCIÓN”
TESIS PRESENTADA COMO REQUISITO PREVIO A LA
OBTENCIÓN DEL GRADO ACADÉMICO DE MAGÍSTER EN
ADMINISTRACIÓN AMBIENTAL
AUTOR: ING. LEONARDO ANTONIO PLÚA MARCILLO
TUTOR: ING. JUAN CARLOS BODERO LEÓN MG
GUAYAQUIL – ECUADOR
DICIEMBRE – 2015
II
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS
TÍTULO Y SUBTÍTULO: ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA UNIDAD EDUCATIVA DEL MILENIO, PARROQUIA PASCUALES CANTÓN GUAYAQUIL Y PROPUESTA DE SOLUCIÓN
AUTOR: ING. LEONARDO A. PLÚA MARCILLO
TUTOR: ING. JUAN CARLOS BODERO LEÓN MG REVISORES: ING. SISIANA CHÁVEZ MG
INSTITUCIÓN: UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD: UNIDAD DE POSGRADO INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO
CARRERA: ADMINISTRACIÓN AMBIENTAL
FECHA DE PUBLICACIÓN: DICIEMBRE 2015
No. DE PÁGS.: 118
TÍTULO OBTENIDO: Ingeniero Civil
ÁREAS TEMÁTICAS: AMBIENTAL
PALABRAS CLAVE: AGUAS RESIDUALES, AGUA TRATADA, CONTAMINANTES, CUERPO RECEPTOR, PLANTA DE TRATAMIENTO, SOSTENIBILIDAD, TRATAMIENTO, VOLUMEN.
RESUMEN: Existen problemas puntuales en el cantón Guayaquil que deben ser tratados y solucionados, entre los que podemos destacar el tratamiento de las aguas residuales producto de las actividades sean humanas o industriales. La planta de tratamiento, es una instalación o lugar donde a las aguas residuales se les retiran los contaminantes, para hacer del agua residual una agua sin riesgos a la salud o al medio ambiente, al disponerla en un cuerpo receptor natural (mar, ríos o lagos) o por su reutilización en otras actividades de nuestra vida cotidiana con excepción del consumo humano (no para ingerir o aseo personal). Este trabajo investigativo quiere contribuir para darle un tratamiento adecuado a las aguas residuales generadas en una unidad educativa del milenio en las zonas rurales y que cumpla con todos los principios y leyes ambientales, adicionalmente que sirva de referente para otras unidades educativas del milenio en otras ciudades, y provincias de nuestro país.
No. DE REGISTRO (en base de datos):
No. DE CLASIFICACIÓN:
DIRECCIÓN URL (tesis en la web):
ADJUNTO PDF: x SI NO
CONTACTO CON AUTOR/ES
Teléfono: 0994064417 E-mail: [email protected]
CONTACTO EN LA INSTITUCIÓN: Nombre: Unidad de Posgrado Investigación y Desarrollo
Teléfono: 2325530-38 Ext. 114
E-mail:
III
CERTIFICADO DEL TUTOR
En mi calidad de tutor del Programa de Maestría en Administración
Ambiental, nombrado por el Director General de la Unidad de Posgrado,
Investigación y Desarrollo, CERTIFICO: que he analizado la Tesis
presentada, como requisito para optar el grado académico de Magíster en
Administración Ambiental, titulada “ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS
DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
PARA UNIDAD EDUCATIVA DEL MILENIO, PARROQUIA
PASCUALES CANTÓN GUAYAQUIL Y PROPUESTA DE
SOLUCIÓN” la cual cumple con los requisitos académicos, científicos y
formales que demanda el reglamento de posgrado.
Guayaquil, Diciembre del 2015
ING. JUAN CARLOS BODERO LEÓN
C.C. 0909181703
TUTOR
IV
CERTIFICACIÓN DE REDACCIÓN Y ESTILO
Yo, JUDITH CECILIA PICO FONSECA Licenciada en Literatura y castellano
con el registro del SENESCYT No. 1006- 12- 1121414, por medio del
presente tengo a bien CERTIFICAR: Que he revisado la redacción, estilo
y ortografía de la tesis de grado elaborada por el Sr. Ing. Leonardo
Antonio Plúa Marcillo con C.C. # 1310313422, previo a la
obtención del Grado Académico de MAGISTER EN ADMINISTRACIÓN
AMBIENTAL
TEMA DE TESIS: “ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS DE PLANTAS DE
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA UNIDAD EDUCATIVA
DEL MILENIO, PARROQUIA PASCUALES CANTÓN GUAYAQUIL Y
PROPUESTA DE SOLUCIÓN”.
Trabajo de investigación que ha sido escrito de acuerdo a las normas
ortográficas y de sintaxis vigentes.
JUDITH CECILIA PICO FONSECA
C.C. # 0905832747
NÚMERO DE REGISTRO: 1006- 12- 1121414
NÚMERO DE TELÉFONO FIJO Y CELULAR: 2447381 – 0987884967
CORREO: [email protected]
V
DECLARACIÓN JURADA DEL AUTOR
Yo, Leonardo Antonio Plúa Marcillo, declaro bajo juramento ante la
Dirección de Posgrado de la Universidad de Guayaquil, que el trabajo aquí
descrito, así como sus resultados, conclusiones y recomendaciones
presentadas es de mi autoría y exclusiva responsabilidad, que es inédito y
no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación
profesional.
La reproducción total o parcial de esta tesis en forma idéntica o modificada,
no autorizada por los editores transgrede los derechos de autoría.
Cualquier utilización debe ser previamente solicitada a la Universidad de
Guayaquil, a través de la Dirección de Posgrado o al autor.
El autor acepta la propiedad intelectual compartida con la Universidad de
Guayaquil. Reconoce al tutor como coautor y a los colaboradores directos,
si los hubiere, en la investigación como coautores, para lo cual se indicará
la filiación institucional.
_______________________________
Ing. Leonardo Antonio Plúa Marcillo
C.C. 1310313422
VI
DEDICATORIA
El presente trabajo está dedicado principalmente a Dios, por permitirme
día a día mantenerme con las fuerzas necesarias para seguir adelante
en cada uno de los designios propuestos, y permitirme superar cada uno
de los obstáculos que se presentan en esa lucha constante para ser cada
día mejor.
Dedicado también a mis padres, que con sus sabias enseñanzas y
experiencias me guiaron por el camino correcto, aliento que día a día me
ha permitido superar cada una de las fronteras presentadas.
A mi esposa y a mis hijos por su compresión y cariño entregado, los
que siempre están a mi lado apoyándome en mis estudios de los
cual me siento extremadamente orgulloso.
También a nuestros amigos y compañeros de clase, con los cuales hemos
compartido grandes momentos y experiencias que nos conllevaron a
intercambiar muchos conocimientos. A mi tutor que con sus sabias
enseñanzas, orientaciones oportunas supo guiarme por el sendero
correcto preparándome constantemente para obtener un futuro
prometedor con conocimientos verdaderos.
Ing. Leonardo Antonio Plúa Marcillo
VII
AGRADECIMIENTO
Agradecido con Dios, por permitirme continuar sin desmayar en la lucha
constante de conservar una hermosa familia; mis padres, mi esposa, mis
hijos a los cuales espero siempre tener con buena salud, ya que son el pilar
fundamental para vencer fronteras y retos que me permitan desarrollarme
día a día como persona, padre y estudiante y de esta manera brindar un
futuro prometedor a mi familia.
A mi tutor, y a un gran amigo por su asesoramiento y constancia en sus
enseñanzas para fortalecer mis conocimientos, por sus observaciones y
críticas constructivas oportunas en el desarrollo de esta investigación.
Ing. Leonardo Antonio Plúa Marcillo
VIII
ÍNDICE GENERAL
PORTADA .................................................................................................. I
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA .................... II
CERTIFICADO DEL TUTOR .................................................................... III
CERTIFICACIÓN DE REDACCIÓN Y ESTILO ........................................ IV
DECLARACIÓN JURADA DEL AUTOR ................................................... V
DEDICATORIA ......................................................................................... VI
AGRADECIMIENTO ................................................................................ VII
ÍNDICE GENERAL ................................................................................. VIII
ÍNDICE DE CUADROS ............................................................................. XI
ÍNDICE GRÁFICOS ................................................................................. XII
RESUMEN .............................................................................................. XIII
SUMMARY ............................................................................................ XIV
INTRODUCCIÓN ....................................................................................... 1
CAPITULO I EL PROBLEMA.................................................................... 4
1.1. PLANTEAMIENTO DE PROBLEMA ................................................ 4
1.2. JUSTIFICACIÓN .............................................................................. 5
1.3. OBJETIVOS ........................................................................................ 5
1.3.1 Objetivo General ........................................................................ 5
1.3.2. Objetivos Específicos .................................................................. 5
1.4. HIPÓTESIS ...................................................................................... 6
1.5. Delimitación de la Investigación. ...................................................... 6
CAPITULO II MARCO TEÓRICO .............................................................. 8
2.1. AGUAS RESIDUALES. ....................................................................... 8
2.1.1. Origen de las Aguas Residuales .................................................. 8
2.1.2. Importancia del tratamiento de las Aguas Residuales. .............. 10
2.1.3 Clasificación de las Aguas Residuales ....................................... 12
2.1.4. Olores generados por las aguas residuales ............................... 13
2.1.5. Composición de las Aguas Residuales ...................................... 13
2.1.6. Parámetros de Medición ............................................................ 14
IX
2.2. ESTACIONES DEPURADORAS DE AGUAS RESIDUALES (EDAR)
................................................................................................................. 35
2.2.1. Planta de Tratamiento de Aguas residuales .............................. 37
2.2.2. Tipos de Tratamiento de Aguas residuales................................ 37
2.3. UNIDAD EDUCATIVA DEL MILENIO ............................................... 48
2.4 MARCO JURÍDICO ............................................................................ 51
CAPITULO III MATERIALES Y MÉTODOS ............................................ 54
3.1. MATERIALES ................................................................................... 54
3.1.1. Lugar de la investigación ........................................................... 54
3.1.2. Periodo de la investigación ........................................................ 54
3.1.3. Recursos empleados ................................................................. 54
3.1.4. Universo..................................................................................... 55
3.1.5. Muestra ...................................................................................... 55
3.2. MÉTODOS ........................................................................................ 55
3.2.1. Tipo de investigación ................................................................. 55
3.2.2. Diseño de investigación ............................................................. 56
CAPITULO IV RESULTADOS Y DISCUSIÓN ........................................ 57
4.1. ANALISIS DE OPCIONES ................................................................ 57
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES........................................... 77
CONCLUSIONES .................................................................................... 77
RECOMENDACIONES ............................................................................ 77
VI. LA PROPUESTA ............................................................................... 79
6.1. ANTECEDENTES ............................................................................. 79
6.2. INTRODUCCIÓN .............................................................................. 80
6.3. JUSTIFICACIÓN ............................................................................... 81
6.4. OBJETIVOS ...................................................................................... 81
6.4.1. Objetivo General ........................................................................ 81
6.4.2. Objetivos específicos ................................................................. 81
6.5. BENEFICIARIOS .............................................................................. 82
6.6. REFERENCIA TEÓRICA .................................................................. 89
BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................... 89
ANEXOS .................................................................................................. 93
X
Anexo 1. Resultado emitido por el Laboratorio del Análisis del Agua tratada
en Unidad Educativa del Milenio. (CHÁVEZ SOLUCIONES AMBIENTALES
Cía. Ltda.) ................................................................................................ 94
Anexo 2. Servicio de Acreditación Ecuatoriana (OAE LE C 14-002) ....... 95
Anexo 3. Parámetros de cumplimiento para aguas de uso estético ........ 96
Anexo 4. Parámetros de cumplimiento para descargas de agua al sistema
de alcantarillado público .......................................................................... 97
Anexo 5. Parámetros de cumplimiento para descargas a un cuerpo receptor
de agua dulce .......................................................................................... 98
Anexo 6. Parámetros de cumplimiento para descargas a un cuerpo de agua
marina ...................................................................................................... 99
Anexo 7.- Detalle Fotográfico Constructivo - Operativo ......................... 100
Anexo 8.- Requerimiento para actualización de resultados de ensayos de
laboratorios y contenido de agua tratada ............................................... 102
Anexo 9.- Respuesta a Requerimiento para actualización de resultados de
ensayos de laboratorios y contenido de agua tratada ............................ 103
XI
ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro No. 1. Conos de Imhoff ............................................................... 16
Cuadro No. 2. Concentración aproximada para agua residual de
concentración media ................................................................................ 17
Cuadro No. 3. Trampa de grasas ............................................................. 22
Cuadro No. 4. Agentes infecciosos potenciales ....................................... 32
Cuadro No. 5. Organismos empleados para la determinación de criterios de
rendimientos para diferente usos de agua ............................................... 33
Cuadro No. 6. Características del líquido séptico .................................... 35
Cuadro No. 7. Cálculo de la Carga de Sólidos generada por los estudiantes.
................................................................................................................. 82
Cuadro No. 8. Cálculo de la Carga de Sólidos generada por los Docentes.
................................................................................................................. 83
Cuadro No. 9. Cálculo de la Carga de Sólidos generada por el Personal
Residente en la Unidad Educativa del Milenio. ........................................ 83
Cuadro No. 10. Resumen del Cálculo de la Carga de Sólidos generada por
el Personal que acude en la Unidad Educativa del Milenio. .................... 83
Cuadro No. 11. Cálculo de la Carga de Sólidos incluido factor de seguridad
máximo del personal que acude en la Unidad Educativa del Milenio. ..... 84
Cuadro No. 12. ESQUEMA DE LAS VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS
SISTEMAS ANALIZADOS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES (SENACYT - UTPL, 2010) ................................................ 84
XII
ÍNDICE GRÁFICOS
Gráfico No. 1. Planta de tratamiento de aguas residuales ....................... 38
Gráfico No. 2. Tamices autos limpiantes ................................................. 38
Gráfico No. 3. Rejas separadores de objetos .......................................... 39
Gráfico No. 4. Microfiltros ........................................................................ 41
Gráfico No. 5. Tanques Sedimentadores ................................................. 42
Gráfico No. 6. Precipitación Química ....................................................... 43
Gráfico No. 7. Lodos Activados................................................................ 45
Gráfico No. 8. Biodisco ............................................................................ 46
Gráfico No. 9. Lagunaje ........................................................................... 46
Gráfico No. 10. Filtro Biológico ................................................................ 47
Gráfico No. 11. Filtro arena o grava ......................................................... 48
Gráfico No. 12. Panorámica de la Unidad Educativa Replica Estandarizada
Simón Bolívar........................................................................................... 51
Gráfico No. 13. Esquema representativo del Sistema de Tratamiento para
Aguas Servidas por Lagunaje. ................................................................. 64
Gráfico No. 14. Esquema representativo del Sistema de Tratamiento por
Cámaras Sépticas .................................................................................... 76
XIII
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL UNIDAD DE POSGRADO INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO
MAESTRÍA EN ADMINISTRACIÓN AMBIENTAL
“ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA UNIDAD EDUCATIVA DEL MILENIO,
PARROQUIA PASCUALES CANTÓN GUAYAQUIL Y PROPUESTA DE SOLUCIÓN”
Autor: Ing. Leonardo Plúa Marcillo
Tutor: Ing. Juan Carlos Bodero León Mg
RESUMEN
Existen problemas puntuales en el cantón Guayaquil que deben ser
tratados y solucionados, entre los que podemos destacar el tratamiento de
las aguas residuales producto de las actividades sean humanas o
industriales.
La planta de tratamiento, es una instalación o lugar donde a las aguas
residuales se les retiran los contaminantes, para hacer del agua residual
una agua sin riesgos a la salud o al medio ambiente, al disponerla en un
cuerpo receptor natural (mar, ríos o lagos) o por su reutilización en otras
actividades de nuestra vida cotidiana con excepción del consumo humano
(no para ingerir o aseo personal).
Este trabajo investigativo quiere contribuir para darle un tratamiento
adecuado a las aguas residuales generadas en una unidad educativa del
milenio y que cumpla con todos los principios y leyes ambientales,
adicionalmente que sirva de referente para otras unidades educativas del
milenio en otras ciudades, y provincias de nuestro país.
PALABRAS CLAVE:
Aguas Residuales, Agua tratada, Contaminantes, Cuerpo Receptor, Planta
de tratamiento, Sostenibilidad, Tratamiento, Volumen.
XIV
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
UNIDAD DE POSGRADO INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO MAESTRÍA EN ADMINISTRACION AMBIENTAL
"ANALYSIS OF ALTERNATIVE PLANTS FOR WASTEWATER TREATMENT UNIT EDUCATIONAL GOALS, PASCUALES CANTON GUAYAQUIL PARISH AND PROPOSED SETTLEMENT"
Autor: Ing. Leonardo Plúa Marcillo Tutor: Ing. Juan Carlos Bodero León Mg
SUMMARY
There are specific problems in Guayaquil canton that must be addressed
and solved, among which we highlight the treatment of wastewater are the
product of human or industrial activities.
The treatment plant is an installation or location where wastewater
contaminants are removed, for waste water once water without risk to health
or the environment, to arrange it in a natural receiving body (sea, rivers or
lakes) or for reuse in other activities of daily life other than human
consumption (not for eating or grooming).
This research work aims to contribute to give proper treatment to the
wastewater generated in an educational unit of the millennium and to
comply with all environmental laws and principles additionally serve as a
benchmark for other educational units of the millennium in other cities and
provinces our country.
KEYWORDS:
Wastewater treated water, dirt, Body Receiver treatment plant,
Sustainability, Treatment, and Volumen.
1
INTRODUCCIÓN
Toda comunidad genera residuos tanto sólidos como líquidos. La parte
líquida de los mismos, a lo que llamamos aguas residuales, es
esencialmente el agua de que se desprende la comunidad una vez que ha
sido contaminada durante los diferentes usos para los cuales ha sido
empleada. Entonces podemos definir al agua residual como la combinación
de los residuos líquidos, que provienen de residencias, instituciones
educativas, instituciones públicas, establecimientos industriales y
comerciales, a los que se les puede agregar aguas subterráneas,
superficiales y pluviales.
Las aguas residuales recopiladas en las diferentes comunidades son
transportadas y depositadas a cuerpos de agua receptores o al mismo
terreno dependiendo de su características, es decir que se deberá tener en
cuenta qué componentes se encuentran presente en dicho líquido antes de
ser expulsadas, de darse el respectivo tratamiento es necesario conocer
las características físicas, químicas con las que cuenta la deposición final
para así poder ser eliminadas con la finalidad de brindar protección al medio
ambiente.
.
Por las razones antes descritas, se hará un análisis de las condiciones y
necesidades del área afectada por este servicio como los es la UNIDAD
EDUCATIVA REPLICA ESTANDARIZADA SIMÓN BOLÍVAR, de Ciudad
Victoria, en la ciudad de Guayaquil de la Provincia del Guayas, y por
consiguiente se aplicarán los conocimientos técnicos-científicos y de
ingeniería, respetando la legislación y las normas reguladoras de la calidad
del agua para ser vertidas a un cuerpo receptor sin alterar el ambiente, la
normativa aplicable estará en concordancia con la legislación ecuatoriana
aplicable.
2
Para lo cual es necesario conocer las características físicas, químicas y
biológicas del agua residual proveniente de la Unidad Educativa, así como
sus características una vez tratadas, también serán necesario conocer los
diferentes procesos y operaciones unitarias que se llevarán a cabo para el
tratamiento de aguas residuales, por lo que como resultado emitirán aguas
con características que no serán nocivas al medio ambiente, el tratamiento
estará directamente relacionadas con el espacio físico disponible para la
implementación a la solución del tratamiento.
Para dar una solución viable a un tratamiento que tendrá que minimizar los
riesgos de contaminación a niveles permisibles para descarga sobre
cuerpos hídricos, o su posible reutilización, se deberá cumplir con los
parámetros permisibles que establece la normativa legal ecuatoriana
vigente, la posible reutilización de los líquidos y los lodos provenientes del
tratamiento de las aguas a tratar en la unidad educativa del milenio.
La posible reutilización estará direccionada al riego en las áreas verdes
sembradas en la unidad educativa dependiendo de las características
físico-químicas del efluente una vez tratado, o a la vertida a un cuerpo
receptor aledaño si las condiciones o características del líquido así lo
requieran. Por lo consiguiente una vez realizado el proceso de extracción y
descomposición efectiva de los lodos obtenidos de la planta de tratamiento
podrán ser utilizados como abono orgánico para sembrío una vez analizada
sus características y componentes que serán aptos para una determinada
especie sin afectar la salud del ser humano al entrar en contacto con la
misma.
El estudio estar estructurado de la siguiente manera:
Capítulo I El problema se describe planteamiento del problema
justificación, campo de acción, hipótesis de trabajo, objetivo.
3
Capítulo II Marco teórico. Está referido a la descripción de plantas de
tratamiento de aguas residuales para Unidad Educativa del Milenio, en la
parroquia Pascuales cantón Guayaquil.
Capítulo III: Materiales y métodos. En este capítulo se consideran las
estrategias metodológicas aplicadas en el estudio, su diseño de
investigación y la población a quien fue dirigida; las técnicas e instrumentos
utilizados para la obtención de datos.
Capítulo IV Resultados y discusión. Se relaciona a los resultados y
discusión, el análisis de las encuestas llevaron a interpretar la información,
analizarla y a lograr resultados que permitieron identificar las causas y
efectos del problema.
Conclusiones y recomendaciones.
VI Propuesta. Corresponde a la solución de la problemática presentada en
el estudio, la misma que tiene como propósito la propuesta de solución de
plantas de tratamiento de aguas residuales para Unidad Educativa del
Milenio para minimizar los riesgos de contaminación.
Bibliografía.
Anexos
4
CAPITULO I EL PROBLEMA
1.1. PLANTEAMIENTO DE PROBLEMA
Existen problemas puntuales en el cantón Guayaquil que deben ser
tratados y solucionados a la brevedad posible, entre los que podemos
destacar es el tratamiento de las aguas residuales producto de las
actividades humanas o industriales.
La planta de tratamiento, tiene como objetivo retiran los contaminantes
existente en las aguas provenientes de cualquier actividad humana, antes
de ser expulsadas o reutilizadas, es decir tendrán como resultado la
obtención de un agua residual sin riesgo para la salud o al medio ambiente,
al disponerla en un cuerpo receptor natural o por su reutilización en otras
actividades de nuestra vida diaria con excepción del consumo humano (no
para ingerir o aseo personal).
La poca o casi nada presencia de plantas de tratamiento de aguas
residuales en las unidades educativas en el cantón de Guayaquil, la cual
por la cantidad de alumnos que tienen las unidades educativas del milenio
en la actualidad generan grandes volúmenes de aguas residuales producto
de su actividad, ya que las unidades educativas tienen alumnos
generalmente en la mañana, en la tarde y muchas hasta en la noche, que
hacen que estos volúmenes contribuyan a la acumulación incontrolada de
estas aguas residuales y a su vez creando impactos ambientales nada
agradables.
Este trabajo investigativo quiere contribuir para darle un tratamiento
adecuado a las aguas residuales generadas en una unidad educativa del
milenio y que cumpla con todos los principios y leyes ambientales,
adicionalmente que sirva de referente para otras unidades educativas del
milenio en otras ciudades, y provincias de nuestro país, cuidando el entorno
5
y ambiente sin poner en riesgo la salud de las personas que concurren a la
misma.
1.2. JUSTIFICACIÓN
Este trabajo investigativo será de suma importancia debido a que se
procurará dar solución a un problema gravísimo como es el tratamiento de
las aguas residuales en las unidades educativas del milenio en zonas
donde no se cuenta con una red de evacuación de aguas servidas, así
mismo el posible aprovechamiento de las aguas ya tratadas para otros usos
y la utilización de los lodos provenientes de la planta de tratamiento como
posible abono orgánico en plantaciones de características que soporten los
componentes encontrados en los lodos una vez descompuesto.
1.3. OBJETIVOS
1.3.1 Objetivo General
Analizar tres alternativas de plantas de tratamiento de aguas residuales en
la Unidad Educativa del Milenio en la parroquia Pascuales, cantón
Guayaquil y escoger la mejor alternativa
1.3.2. Objetivos Específicos
1. Cuantificar la demanda de aguas residuales generadas por la
Unidad Educativa del Milenio parroquia Pascuales, cantón
Guayaquil.
2. Analizar tres plantas de tratamiento de aguas residuales para Unidad
Educativa parroquia Pascuales, cantón Guayaquil.
6
3. Proponer la mejor alternativa de planta de tratamiento de aguas
residuales.
1.4. HIPÓTESIS
Una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales en una unidad educativa
del milenio de la parroquia Pascuales del cantón Guayaquil, ayudará a
conservar el recurso agua, mejorando la calidad de vida de la población y
disminuyendo la contaminación ambiental y la reutilización de las aguas
tratadas.
1.5. Delimitación de la Investigación.
Debido a la problemática generada por la falta de tratamiento de las aguas
residuales en zonas donde no tienen el alcance a la evacuación de estas
aguas mediante una red pública, y el poco aprovechamiento de estas aguas
ya tratadas, generan una alta contaminación ambiental en el cantón
Guayaquil y un desaprovechamiento del recurso agua.
El monitoreo de los líquidos provenientes de la planta de tratamiento se lo
hará durante 6 meses y una vez por mes a fin de controlar las
características de los líquidos que serán afluentes para actividades varias
que no implican el consumo directo de estos líquidos.
Los ensayos de contenido de los líquidos se los realizará en un laboratorio
calificado y autorizado por Servicio ecuatoriano de acreditación (SAE),
dentro de los parámetros permisibles para las actividades que se
desarrollaran
Se tomará como zona modelo Las Instalaciones de la Unidad Educativa
Replica Simón Bolívar, ubicado en la Zona Noreste de Guayaquil, contiguo
a la Urbanización Ciudad Victoria, la Unidad Educativa tiene como
7
coordenadas las siguientes: Norte 9769371.00 m S Este 611631.00 m E.
Según ubicación satelital mediante Google Earth (Coordenadas datum
WGS84).
8
CAPITULO II MARCO TEÓRICO
2.1. AGUAS RESIDUALES.
2.1.1. Origen de las Aguas Residuales
Antes de establecer el origen de las aguas residuales citaremos varias
definiciones sobre aguas residuales:
El término agua residual define un tipo de agua que está contaminada con
sustancias fecales y orina, procedentes de desechos orgánicos humanos o
animales, su importancia es tal que requiere sistemas de canalización,
tratamiento y desalojo. Su tratamiento nulo o indebido genera graves
problemas de contaminación. El tratamiento y su disposición apropiada de
las aguas residuales comprenden el conocimiento de las características
físicas, químicas y biológicas de dichas aguas, de su significado y de sus
efectos principales sobre la fuente receptora. (M. MASABANDA, 2012)
Se denomina aguas servidas a aquellas que resultan del uso doméstico o
industrial del agua. Se les llama también aguas residuales, aguas negras o
aguas cloacales.
Son residuales pues, habiendo sido usada el agua, constituyen un residuo,
algo que no sirve para el usuario directo; son negras por el color que
habitualmente tienen.
Algunos autores hacen una diferencia entre aguas servidas y aguas
residuales en el sentido que las primeras solo provendrían del uso
doméstico y las segundas corresponderían a la mezcla de aguas
domésticas e industriales.
En todo caso, están constituidas por todas aquellas aguas que son
conducidas por el alcantarillado e incluyen, a veces, las aguas de lluvia y
las infiltraciones de agua del terreno. (Marsilli, 2005)
9
Las aguas residuales aparecen sucias y contaminadas: llevan grasas,
detergentes, materia orgánica, residuos de la industria y de los ganados,
herbicidas y plaguicida y en ocasiones algunas sustancias muy tóxicas.
Estas aguas residuales, antes de volver a la naturaleza, deben ser
depuradas. Para ello se conducen a las plantas o estaciones depuradoras,
donde se realiza el tratamiento más adecuado para devolver el agua a la
naturaleza en las mejores condiciones posibles. (Bravo, 2006)
Esta agua no tiene valor inmediato para el fin para el que se utilizó ni para
el propósito para el que se produjo debido a su calidad, cantidad o al
momento en que se dispone de ella. No obstante, las aguas residuales de
un usuario pueden servir de suministro para otros usuarios considerando
los parámetros permisibles establecidos para su reutilización. Las aguas de
refrigeración no se consideran aguas residuales. (FAO, 2015)
A las aguas residuales también se les llama aguas servidas, fecales o
cloacales. Son residuales, habiendo sido usada el agua, constituyen un
residuo, algo que no sirve para el usuario directo. Son cloacales porque son
transportadas mediante cloacas (del latín cloaca, alcantarilla), nombre que
se le da habitualmente al colector. (Universidad Santo Tomás, 2015)
Las aguas residuales pueden definirse como las aguas que provienen del
sistema de abastecimiento de agua de una población, después de haber
sido modificadas por diversos usos en actividades domésticas, industriales
y comunitarias. (G.E.I.A. – U.T.N., 2015)
Según su origen, las aguas residuales resultan de la combinación de
líquidos y residuos sólidos transportados por el agua que proviene de
residencias, oficinas, edificios comerciales e instituciones, junto con los
residuos de las industrias y de actividades agrícolas, así como de las aguas
subterráneas, superficiales o de precipitación que también pueden
agregarse eventualmente al agua residual. (G.E.I.A. – U.T.N., 2015)
10
Existen comunidades en nuestro entorno que vierten sus aguas residuales
de manera clandestina, es decir realizan las descargas directamente a los
ríos, aguas que necesitan el debido tratamiento. Por lo que con esto se ha
logrado que las especies que habitan en los diferentes ríos se hayan
extinguidos.
Por estas razones se buscará dentro de los posibles análisis a los
tratamientos de aguas residuales la alternativa económicamente viable y
funcional que implique resolver el problema de la manera eficaz, al mejor
costo posible y a entera satisfacción de los requirentes, así se aportará en
la optimización del gasto público de nuestro país.
Por su origen según (Universidad Católica del Norte Antofagasta, 2015) las
aguas residuales presentan en su composición diferentes elementos que
se pueden resumir como:
Componentes suspendidos
Gruesos (inorgánicos y orgánicos)
Finos (inorgánicos y orgánicos)
Componentes disueltos
Inorgánicos
Orgánicos
2.1.2. Importancia del tratamiento de las Aguas Residuales.
Dentro de la importancia al tratamiento de las aguas residuales la (CESPT,
2015) manifiesta lo siguiente:
11
En la formulación, planeación y diseño de un sistema de tratamiento se
pueden considerar objetivos diferentes, teniendo en cuenta la
disponibilidad de recursos económicos y técnicos, así como los criterios
establecidos para descarga de efluentes o eficiencias mínimas y,
eventualmente, motivaciones ecológicas.
Proteger el Salud Pública y el Medio Ambiente. Si las aguas residuales van
a ser vertidas a un cuerpo receptor natural (mar, ríos, lagos), será necesario
realizar un tratamiento para evitar enfermedades causadas por bacterias y
virus en las personas que entran en contacto con esas aguas, y también
para proteger la fauna y flora presentes en el cuerpo receptor natural.
El reúso del Agua Tratada.
Existen actividades en las que no se requiere utilizar agua potable
estrictamente y que se pueden realizar con agua tratada, sin ningún riesgo
a la salud, tales como:
Riego de Áreas Verdes (glorietas, camellones, jardines, centro
recreativos, parques, campos deportivos, fuentes de ornato)
Industriales y de servicios (lavado de patios y nave industrial, lavado
de flota vehicular, sanitarios, intercambiadores de calor, calderas,
cortinas de agua, etc.).
En este caso, la función del tratamiento de las aguas residuales será el
garantizar que no existirán efectos nocivos a la salud por entrar en contacto
con el agua tratada en las actividades antes descritas. Este tipo de objetivos
involucran tratamientos de mayor nivel, que generalmente enlazan la
implementación de las mejores tecnologías, y las calidades logradas son
casi tan buenas como las generadas para el agua potable.
12
2.1.3 Clasificación de las Aguas Residuales
Existen varias clasificaciones de las aguas residuales, pero la más
aceptada es la dictada por la Escuela de Ingeniería de Antioquia (Escuela
de Ingeniería de Antioquia, 2015), y se clasifican en:
1. Aguas residuales domésticas (ARD): son las provenientes de las
actividades domésticas de la vida diaria como lavado de ropa, baño,
preparación de alimentos, limpieza, etc. Estos desechos presentan un
alto contenido de materia orgánica, detergentes y grasas. Su
composición varía según los hábitos de la población que los genera.
2. Aguas lluvias (ALL): Son las originadas por el escurrimiento
superficial de las lluvias que fluyen desde los techos, calles, jardines y
demás superficies del terreno. Los primeros flujos de ALL son
generalmente muy contaminados debido al arrastre de basura y
demás materiales acumulados en la superficie. La naturaleza de esta
agua varía según su procedencia: zonas urbanas, rurales, semi
rurales y aún dentro de estas zonas se presentan enormes variaciones
según el tipo de actividad o uso del suelo que se tenga.
3. Residuos líquidos industriales (RLI): son los provenientes de los
diferentes procesos industriales. Su composición varía según el tipo
de proceso industrial y aún para un mismo proceso industrial, se
presentan características diferentes en industrias diferentes. Los RLI
pueden ser alcalinos o ácidos, tóxicos, coloreados, etc., su
composición refleja el tipo de materias primas utilizado dentro del
proceso industrial.
4. Aguas residuales agrícolas (ARA): son las que provienen de la
escorrentía superficial de las zonas agrícolas. Se caracterizan por la
presencia de pesticidas, sales y un alto contenido de sólidos en
13
suspensión. La descarga de esta agua es recibida directamente por
los ríos o por los alcantarillados.
2.1.4. Olores generados por las aguas residuales
Los olores característicos de las aguas residuales son causados por los
gases formados en el proceso de descomposición anaerobia. Los
principales tipos de olores según (G.E.I.A. – U.T.N., 2015) son:
Olor a moho: razonablemente soportable: típico de agua residual
fresca.
Olor a huevo podrido: “insoportable”; típico del agua residual vieja
o séptica, que ocurre debido a la formación de sulfuro de hidrógeno
que proviene de la descomposición de la materia orgánica contenida
en los residuos.
Olores variados: ocasionados por productos descompuestos, como
repollo, legumbres, pescado, de materia fecal, de productos rancios,
de acuerdo con el predominio de productos sulfurosos,
nitrogenados, ácidos orgánicos, etc.
2.1.5. Composición de las Aguas Residuales
Para determinar la composición de las aguas residuales se realizan
diversas medidas físicas, químicas y biológicas, entre las que se incluyen
la determinación de la demanda bioquímica de oxígeno (DBO5), la
demanda química de oxígeno (DQO), el pH, el nitrógeno total, los
detergentes, los sólidos suspendidos totales, los organismos coliformes
totales y los organismos coliformes fecales. (Contaminación de las aguas,
2015)
14
2.1.6. Parámetros de Medición
Dentro de los parámetros de medición para aguas residuales analizaremos
un criterio del sitio web (Dspace, 2009), quien manifiesta que:
Antes de mencionar los procesos y tipos de tratamiento que reciben las
aguas residuales es importante conocer las características de las mismas
ya que de acuerdo a esto se escogerá el tipo de tratamiento acorde a los
componentes de estas aguas residuales.
Cabe señalar que no todas las aguas residuales son iguales, los
componentes de las mismas son diferentes de acuerdo al uso que estas
hayan tenido.
Así, existen tres características fundamentales que nos ayudarán en el
estudio para la depuración de aguas residuales, estas son:
Físicas.
Químicas.
Biológicas.
Para el análisis de las aguas residuales existen métodos cuantitativos, los
que sirven para determinar la composición química de este tipo de agua,
entre estos métodos cuantitativos se puede citar el físico-químico,
gravimétrico y volumétrico, así mismo existen métodos cualitativos los
mismos que sirven para conocer las características físicas y biológicas.
El agua residual en general consta de diversos contaminantes, los cuales
tienen sus respectivas características, a continuación se citarán los mismos
con su explicación:
Sólidos suspendidos: Son los responsables del desarrollo de depósitos
de fango y condiciones anaerobias (sin presencia de oxígeno).
15
Patógenos: Por medio de los organismos patógenos se pueden transmitir
enfermedades.
Nutrientes: Se refiere al vertido de elementos como el fósforo, nitrógeno y
carbono al agua, ya que esto produciría una vida acuática no deseada o la
contaminación de aguas subterráneas en el caso de ser vertidos
directamente en el suelo.
Contaminantes prioritarios: Pueden ser compuestos orgánicos o
inorgánicos con ciertos parámetros de carcinogedicidad, mutagenicidad,
teratogenicidad o toxicidad y que podrían estar presentes en las aguas
residuales.
Materia orgánica biodegradable: Está compuesta de proteínas, grasas
animales, esta materia orgánica biodegradable por lo general se la mide en
función de la DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno) y de la DQO
(Demanda Química de Oxígeno).
Materia orgánica refractaria: Este tipo de materia puede hacer resistencia
a los tipos de tratamiento convencionales, como es el caso de los pesticidas
en el uso agrícola por citar un ejemplo.
Sólidos inorgánicos disueltos: Para que el agua residual pueda ser
reutilizada, el cual es uno de los objetivos fundamentales para que estas
sean depuradas se deberán remover constituyentes inorgánicos tales como
los sulfatos, sodio y calcio.
Metales pesados: Es necesario para que el agua residual pueda ser
reutilizada remover ciertos metales pesados especialmente aquellos que
se descargan durante procesos industriales.
Características Físicas.
16
Entre las principales características físicas presentes en el agua residual
están la cantidad de sólidos presentes (suspendidos, sedimentables,
disueltos), olor, temperatura, color, turbidez y densidad.
Sólidos Totales: Se conoce como sólidos totales a la materia que se
obtiene luego de que el agua ha sido sometida a evaporación (103ºC –
105ºC), descartando a la materia perdida durante este proceso, los sólidos
sedimentables son aquellos que se sedimentan luego de que la muestra de
agua residual ha estado en el cono de Imhoff (recipiente cónico)(Figura.
2.1) por el lapso de una hora, esta medida expresada en mililitros sobre litro
(ml/l) se aproxima a la cantidad de fango que se obtendrá en la decantación
primaria del agua residual.
Figura.2.1. (Conos de Imhoff)
Fuente: Metcalf & Eddy, Ingeniería de Aguas Residuales, Tratamiento, vertido y reutilización, 1995
Cuadro No. 1. Conos de Imhoff
Los sólidos pueden clasificarse en filtrables o no filtrables que serían los
sólidos en suspensión, para el proceso de separación se emplea por lo
general un filtro Whatman con un tamaño nominal de poro de 1,2μm, sin
embargo se puede utilizar también un filtro de membrana de policarbonato.
Los sólidos disueltos están compuestos de moléculas orgánicas,
inorgánicas e iones en disolución en el agua. No se puede eliminar la
fracción coloidal por sedimentación. Así mismo, los sólidos ya mencionados
17
pueden dividirse en función de su volatilidad (550ºC ± 50ºC), a estas
temperaturas la fracción orgánica se oxidará y se convertirá en gas dando
como resultado una fracción inorgánica en forma de ceniza. El análisis de
sólidos volátiles usualmente se emplea para determinar la estabilidad
biológica de fangos de aguas residuales.
A continuación se muestra una clasificación aproximada de los contenidos
de un agua residual de concentración media (Fig. 2.2).
Figura 2.2. Concentraciones aproximadas para un agua residual de concentración media
Fuente: Metcalf & Eddy, Ingeniería de Aguas Residuales, Tratamiento, vertido y reutilización, 1995
Cuadro No. 2. Concentración aproximada para agua residual de concentración media
Olor: Por lo general los olores presentes en las aguas residuales son
producto de los gases que se liberan en el proceso en el cual se
descompone la materia orgánica, este olor producido es muy desagradable,
el cual se debe principalmente a la presencia de sulfuro de hidrógeno (H2S)
el cual se genera al convertirse los sulfatos en sulfitos por acción de
microorganismos anaerobios, en las aguas residuales de origen industrial
pueden existir otras características.
18
Este aspecto que concierne a los olores es muy importante de tener en
consideración al momento de diseñar y construir sistemas de alcantarillado
sanitario y plantas de tratamiento debido a que las personas pueden ser
afectadas en su calidad de vida por este problema. Los olores pueden
detectarse en primer lugar por el sentido del olfato, el cual nos da aviso de
cuando un olor es desagradable y también se lo puede hacer de manera
instrumental con un medidor de sulfuro de hidrógeno portátil. También
existen otros aparatos como el Olfatómetro triangular dinámico o el medidor
de aromas para estudios de campo, entre los componentes que pueden ser
detectados puede estar los aminoácidos, amoníaco y compuestos
orgánicos volátiles.
Temperatura: La temperatura en las aguas residuales es un factor muy
importante, por lo general la temperatura de esta agua son mayores que
las del agua potable, esto se debe principalmente a que el calor específico
del agua es significativamente mayor que el del aire, con excepción en las
épocas en donde hay mucho calor, dependiendo de la geografía del sitio,
la temperatura de las aguas residuales varía entre 10ºC a 20ºC, por lo que
15º que es el valor intermedio sería un valor representativo.
La importancia de la temperatura en las aguas residuales se debe a la
influencia que tiene sobre la vida acuática que se podría desarrollar en
determinadas zonas, reacciones químicas y velocidades de reacción.
Una variación significativa en la temperatura del agua puede desencadenar
la desaparición de la vida acuática así como aguas con temperaturas muy
elevadas pueden dar como consecuencia aparición de hongos y plantas
acuáticas.
Cabe señalar que entre 25ºC y 30ºC son temperaturas en las cuales el
desarrollo de la actividad bacteriana estaría en su mejor momento.
19
Color: El color es un parámetro mediante el cual se pueden calificar las
aguas residuales, lo que específicamente se refiere a la edad de la misma.
En primera instancia el agua residual toma un color gris, sin embargo
cuando las condiciones hacen que la presencia de oxígeno desaparezca
esta agua va adquiriendo un color más oscuro hasta finalmente llegar a
negra. Este color gris o negro por lo general se debe a la formación de
sulfuros metálicos.
Turbidez: La turbidez de un agua se debe a la presencia de materias en
suspensión, finamente divididas; arcillas, limos, partículas de sílice,
materias inorgánicas, entre otras. La determinación de la turbidez tiene un
gran interés como parámetro de control en aguas contaminadas y
residuales. Se puede evaluar en el campo o en el laboratorio.
La turbidez en las aguas residuales es un parámetro indicador de la calidad
de esta agua respecto a la materia residual y coloidal en suspensión. La
medición de la turbiedad se realiza por medio de la comparación entre la
intensidad de la luz dispersada en la muestra y la intensidad registrada en
una suspensión de referencia en las mismas condiciones, la materia
coloidal dispersa absorbe la luz lo cual impide su transmisión.
Densidad: La densidad es un parámetro definido por la relación entre la
masa y el volumen, se puede expresar en diversas unidades, teniendo
como las más usuales kg/m³ y g/cm³. De acuerdo a la densidad del agua
residual se puede determinar la potencial formación de corrientes de
densidad en fangos de sedimentación y demás instalaciones de
tratamiento.
Características Químicas.
20
Básicamente las características químicas de las aguas residuales se las
puede estudiar en tres partes que son: materia orgánica, materia inorgánica
y los gases que se encuentran presentes en este tipo de aguas.
Materia Orgánica
De acuerdo a los sólidos presentes en una agua residual de concentración
media se puede decir que aproximadamente el 75% de los sólidos
suspendidos y el 40% de los sólidos filtrables son orgánicos, los cuales
provienen en gran parte de plantas y animales, estos compuestos
orgánicos están formados por la combinación de carbono, oxígeno e
hidrógeno y en algunas ocasiones de nitrógeno. Así mismo, se puede
detectar la presencia de otros elementos como el fósforo, azufre y el hierro,
las sustancias orgánicas que se encuentran en mayor proporción son las
proteínas con un porcentaje entre el 40 al 60%, los hidratos de carbono que
se encuentran en un 25 al 50% y las grasas con un 10% aproximadamente,
la urea es un constituyente principal en las aguas residuales debido a que
es un elemento que se encuentra en gran proporción en la orina.
Además de los constituyentes orgánicos mencionados anteriormente,
existen otros que están presentes pero en menor cantidad como las
moléculas orgánicas sintéticas.
Los Hidratos de carbono están presentes en los azúcares, almidones,
celulosa y fibra de madera, los mismos que forman parte de la composición
de las aguas residuales, estos hidratos de carbono están formados por
oxígeno, carbono e hidrógeno, los hidratos de carbono son algunos
solubles en agua como es el caso de los azucares al contrario de lo que
sucede con los almidones. Los azúcares tienden a descomponerse dando
como resultado un efecto de fermentación produciendo alcohol y CO2, los
almidones en cambio son más estables pero terminan convirtiéndose en
azúcares debido a la acción de las bacterias presentes y los ácidos
minerales disueltos.
21
La celulosa es el hidrato de carbono más importante en la composición de
un agua residual, ya que su destrucción es un proceso que se desarrolla
fácilmente en el terreno por la acción de hongos en condiciones donde el
pH es bajo.
Las proteínas, son los componentes primarios dentro del organismo animal,
siendo secundaria en los organismos vegetales, la composición química de
las proteínas es compleja ya que se puede descomponer de diversas
formas, unas son solubles en el agua y otras son insolubles, los procesos
químicos utilizados para la formación de proteínas son en combinación o
cadena de aminoácidos.
El carbono es un elemento fundamental en las proteínas, común en todas
las sustancias orgánicas, hidrógeno y oxígeno así como también una gran
cantidad de nitrógeno, pueden tener también elementos como el azufre,
hierro y fósforo, junto con la urea, las proteínas son las responsables de la
presencia de nitrógeno en las aguas residuales, así se concluye que
grandes cantidades de proteínas son las generadoras de olores fuertes y
desagradables en las aguas residuales.
Las grasas, que contemplan grasas animales y aceites es otro de los
componentes de gran importancia en los alimentos y por ende lo será en
las aguas residuales. El contenido de grasa es determinado por extracción
de la muestra con triclorotrifluoretano, ya que la grasa es soluble en el
mismo.
Los aceites y las grasas animales son compuestos de alcohol o glicerol y
ácidos grasos. Las grasas en general alcanzan las aguas residuales en
forma de mantequilla, manteca de cerdo, aceite vegetal, etc.
22
Las grasas son compuestos orgánicos de gran estabilidad, así que su
descomposición por acción de bacterias no es nada fácil, sin embargo son
atacadas por ácidos minerales, lo que hace que se forme glicerina y ácidos
grasos. Cuando están presentes sustancias con pH elevado como es el
caso del Hidróxido de Sodio (NaOH), la glicerina es liberada y se forman
sales alcalinas junto con ácidos grasos.
Existen otros componentes como es el caso del keroseno, aceites
lubricantes y derivados del petróleo, los cuales pueden ser vertidos al
alcantarillado público provenientes de lugares como tiendas, restaurantes
o talleres los cuales flotan en el agua residual en gran parte lo cual puede
dar como resultado que exista materia flotante desagradable. Es por eso
que actualmente se están usando sistemas como son las trampas de grasa
(Figura. 2.3) para que estas aguas no sean vertidas directamente a la red
de alcantarillado sino que tengan un tratamiento previo para que no existan
problemas en el futuro.
Figura. 2.3. Trampa de grasas
Cuadro No. 3. Trampa de grasas
Es importante conocer acerca de los agentes tensoactivos, que son
aquellos que están formados por moléculas de gran tamaño, ligeramente
solubles en el agua y los responsables de la aparición de espuma en las
23
plantas de tratamiento y en cuerpos de agua donde se descargan aguas
residuales.
La agencia de protección del medio ambiente (EPA, Environmental
Protection Agency) ha limitado el vertido de los aproximadamente 129
contaminantes prioritarios. La elección de que contaminantes deben ser
clasificados como prioritarios se la ha realizado en función de su relación
con procesos carcinógenos, mutaciones, teratomas o su alta toxicidad.
Los contaminantes de origen orgánico se pueden transformar, generar o
transportar en las plantas de tratamiento y redes de alcantarillado, en estos
procesos intervienen 5 parámetros que son: la volatización, degradación,
adsorción, circulación y generación.
Entre los principales contaminantes prioritarios se tienen los siguientes:
En los no metales están en Selenio y Arsénico, en los metales están el
Cadmio, Bario, Mercurio, Plomo, Cromo y Plata, dentro de los compuestos
orgánicos se puede citar al Benceno, Etil-benceno y Tolueno, dentro de los
compuestos halógenos están el Clorobenceno, Cloroetano, Diclorometano
y Tetraclorometano, en lo que respecta a pesticidas e insecticidas se tiene
la Endrina, Lindano, Metoxicloro, Toxafeno y Silvex.
Los compuestos orgánicos volátiles son aquellos en los que su punto de
ebullición está debajo de los 100ºC y una presión de vapor de 1mm Hg a
25ºC, estos compuestos tienen la propiedad de que cuando se encuentran
en estado gaseoso su movilidad es mayor y pueden ser liberados al medio
ambiente, sin embargo la presencia de estos compuestos en la atmósfera
puede ser nociva para la salud, además, los compuestos orgánicos volátiles
(COV´s) contribuyen al aumento de hidrocarburos reactivos en la
atmósfera. Hay que tener mucho cuidado con el vertido de estos
compuestos ya que sus efectos son dañinos en la salud de las personas.
24
En cuanto a lo que respecta a pesticidas y productos químicos de uso
agrícola, se puede decir que son tóxicos por lo que las aguas superficiales
se pueden ver afectadas por esta toxicidad, las aguas residuales no están
compuestas originalmente por estos elementos, sino que se incorporan a
estas por medio de escorrentías lo cual puede dar como resultado la muerte
de distintas formas de vida acuática y contaminación del agua.
Un factor muy importante a tomar en consideración es la medida del
contenido orgánico, los métodos para llevar a cabo esta medición pueden
ser los que sirven para determinar las concentraciones a nivel de traza, con
concentraciones de entre 0,001mg/l a 1 mg/l, los primeros ensayos de
laboratorio deben ser para determinar la DBO (Demanda Bioquímica de
Oxígeno), la DQO (Demanda Química de Oxígeno) y COT (Carbono
Orgánico Total), además se complementa el análisis con la DTeO
(Demanda Teórica de Oxígeno).
Como ensayos secundarios están los que se utilizan para determinar
concentraciones a nivel de traza, por debajo de 1mg/l, en donde se aplican
métodos instrumentales como la cromatografía de gases y la
espectroscopía de masa. La determinación de las concentraciones de
pesticidas se llevan a cabo mediante el método de extracción con carbono-
cloroformo, que consisten en la separación de los contaminantes del agua
haciendo pasar una muestra de agua por una columna de carbón activado.
A continuación se definirán los conceptos básicos de los elementos
primordiales para la medición de materia orgánica:
Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO): Es el parámetro que más se
emplea en lo que a contaminación se refiere, tanto para aguas superficiales
como residuales es la DBO5 que es la demanda bioquímica de oxígeno a
los 5 días, su determinación se relaciona con la medición de oxígeno
disuelto que consumen los microorganismos en el proceso de oxidación
25
bioquímica de la materia orgánica. Los resultados que se obtienen a partir
de los ensayos de la DBO son empleados para determinar la cantidad
aproximada de oxígeno que se requerirá para estabilizar la materia
orgánica presente, diseñar las plantas de tratamiento, medir eficacia de
procesos y controlar el cumplimiento de las limitaciones a las que están
sujetos los vertidos, sin embargo el ensayo que se usa actualmente para
determinar la DBO tiene sus limitantes y se están haciendo estudios para
mejorar el análisis de este importante parámetro, mientras tanto se debe
seguir de la manera tradicional.
Se debe diluir convenientemente la muestra con una solución preparada de
manera tal que se asegure la disponibilidad de nutrientes y oxígeno durante
el periodo de incubación, por lo general se suele preparar algunas
disoluciones para cubrir todo el intervalo de posibles valores de la DBO.
Cuando existen muestras con gran número de microorganismos, tal como
sucede con las aguas residuales no se debe inocular las muestras, si es
necesario se debe inocular el agua de dilución con un cultivo de bacterias
aclimatado a la materia orgánica y demás compuestos que se encuentran
en el agua residual. El periodo de incubación es por lo general de 5 días a
una temperatura de 20ºC sin descartar hacer este periodo de incubación
con diferentes tiempos de acuerdo a la conveniencia de las personas
encargadas de llevar a cabo el análisis, pero procurando que la temperatura
sea la misma
Como se mencionó anteriormente, el ensayo para determinar la DBO tiene
sus limitaciones, en la que se incluye la necesidad de disponer de una
elevada concentración de bacterias activas y aclimatadas que hagan las
funciones de inóculo, un pretratamiento cuando existan residuos con
niveles de toxicidad y la reducción de los organismos nitrificantes, así como
el tiempo requerido para la obtención de resultados. La gran limitación del
26
ensayo es el hecho de que en el tiempo de 5 días puede que no se haya
usado toda la materia orgánica soluble.
Demanda Química de Oxígeno (DQO): Este ensayo se lo utiliza para
efectuar la medición de materia orgánica de aguas superficiales como de
las residuales, en este ensayo se usa un agente químico oxidante en medio
ácido que sirve para determinar el equivalente de oxígeno de la materia
orgánica que pueda oxidarse. Un buen agente es el dicromato potásico que
proporciona excelentes resultados, este ensayo debe hacerse a
temperaturas elevadas. Es necesario utilizar un catalizador como el sulfato
de plata que facilita la oxidación de determinados tipos de compuestos
orgánicos. Así con el agente nombrado anteriormente la reacción química
correspondiente sería:
Materia orgánica (CxHyOz) + Cr2O7-2 + H+ Cr+3 + CO2 + H2O
Catalizador
Calor
Cuando se requiere medir la materia orgánica presente en las aguas
residuales es necesario el ensayo de DQO tanto para aguas industriales
como domésticas que contengan compuestos tóxicos, por lo general la
DQO de una agua residual es mayor que su DBO, esto se debe al mayor
número de compuestos cuya oxidación tiene lugar por vía química frente a
los que se oxidan por vía biológica.
Carbono Orgánico Total (COT): Es un método que sirve también para
determinar la materia orgánica que se encuentra presente en el agua, se lo
usa para concentraciones pequeñas de materia orgánica. El ensayo usado
para determinar el COT se lo realiza inyectando una cantidad conocida de
la muestra en un horno a temperatura elevada o en un medio de oxidación,
por medio de un catalizador el carbono orgánico se oxida a anhídrido
carbónico. La aireación y acidificación de la muestra antes del análisis
27
elimina los posibles errores por presencia de carbono inorgánico, si se
encuentran presentes en la muestra compuestos orgánicos volátiles (COV)
se deja a un lado el proceso de aireación para evitar su separación, sin
embargo algunos compuestos orgánicos puede que no se oxiden por lo que
los valores de los compuestos orgánicos totales sean un poco inferiores en
la práctica.
Demanda Teórica de Oxígeno (DTeO): Por lo general la materia orgánica
que componen las aguas residuales, proviene de combinaciones de
carbono, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno, los principales componentes de
este tipo son los hidratos de carbono, proteínas y grasas, así como los
productos que resultan de las descomposición de los mismos.
Materia Inorgánica.
Tanto aguas residuales como naturales constan de componentes
inorgánicos, los cuales determinan la calidad de las mismas, las
concentraciones de constituyentes inorgánicos aumentan debido al
proceso de evaporación que elimina un porcentaje del agua superficial y
deja las sustancias inorgánicas en el agua, existen algunos parámetros
importantes que son necesarios analizar para entender mejor lo descrito
anteriormente.
pH: Este parámetro es de gran importancia que determina la calidad ya sea
de aguas residuales como de aguas naturales, cuando un agua residual
tiene una concentración inadecuada del ión hidrógeno presentará
problemas con procesos biológicos y modificar la concentración de este ión
hidrógeno en el sitio de descarga. La escala indicadora del pH varía de 0
a 14 en donde los valores menores a 7 representan sustancias ácidas, las
sustancias que tienen un pH igual a 7 se las conoce como neutras y las que
tienen un valor mayor a 7 son conocidas como alcalinas o básicas.
28
El pH de los sistemas acuosos puede ser medidos con un pH-metro,
también existen soluciones indicadoras y papeles que cambian de color de
acuerdo al pH de la solución en donde se los aplica.
Cloruros: Las aguas residuales ya sean de proveniencia doméstica o
industrial poseen cloruros, de la misma forma las aguas naturales tienen
cloruros provenientes de la disolución de suelos y rocas.
Una principal fuente de cloruros son las heces humanas, el problema radica
en que los métodos convencionales en el tratamiento de las aguas
residuales no han tenido en cuenta la eliminación significativa de estos
cloruros.
Nitrógeno: El nitrógeno es un elemento esencial que sirve para el
crecimiento de protistas y plantas, por lo que se le denomina también como
nutriente, es así que cuando el contenido del mismo no es suficiente debe
añadírselo para que el agua residual sea tratable. El contenido total en
nitrógeno está compuesto por nitrógeno orgánico, amoníaco, nitrito y
nitrato.
Fósforo: Este elemento es fundamental para el crecimiento de algas y
otros organismos biológicos, por motivo de que en aguas superficiales
existen grandes proliferaciones de algas es necesario encontrar una
manera de limitar la cantidad de fósforo que alcanzan estas aguas, por
medio de vertidos de aguas, así como de la escorrentía natural. El fósforo
puede presentarse en soluciones acuosas como ortofosfato, polifosfato y
fosfatos orgánicos.
Azufre: El azufre está presente tanto en el agua potable como en las aguas
residuales, es necesario contar con él, para la síntesis de proteínas, el
mismo que será liberado en la degradación de estas. Los sulfatos se
reducen a sulfuros y a sulfuros de hidrógenos bajo la acción de bacterias
29
en ausencia de oxígeno. Se muestra a continuación las reacciones típicas
de estos procesos:
Materia orgánica + SO4-2 S-2 + CO2 + H2O
Bacteria
S-2 + 2H+ H2S
Compuestos Tóxicos Inorgánicos: Existen cationes que son fundamentales
en el tratamiento de las aguas residuales, entre estos compuestos,
considerados algunos como contaminantes prioritarios se pueden citar al
plomo, cobre, plata, arsénico, cromo y boro. También están presentes
algunos aniones tóxicos como los cianuros y cromatos que provienen de
los vertidos industriales, el ión fluoruro también puede aparecer con
frecuencia en las aguas residuales de industrias dedicadas a la fabricación
de componentes electrónicos.
Metales Pesados: Entre los metales que se encuentran con mayor
frecuencia en las aguas residuales están el Manganeso, Plomo, Níquel,
Cadmio, Zinc, Cromo, Hierro y Mercurio, algunos de estos metales se los
considera como contaminantes prioritarios. Muchos de estos metales
pesados son necesarios para el desarrollo de la vida biológica, cantidades
excesivas de estos metales puede limitar los usos del agua.
Gases
Dentro de los gases que están presentes en mayor proporción en las aguas
residuales están el oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono, amoníaco,
sulfuro de hidrógeno y metano. Existen otros gases que se encuentran en
menor proporción pero que de igual forma son necesarios tener en cuenta
como es el caso del cloro, ozono los óxidos de azufre y nitrógeno.
30
Oxígeno disuelto: Este parámetro es muy importante para la respiración
de los microorganismos aerobios y otras formas de vida, la cantidad de
oxígeno y demás gases que puedan estar presentes en la solución está
limitada a los siguientes factores: solubilidad del gas, presión parcial del
gas en la atmósfera, temperatura y pureza del agua.
Metano: Este gas resulta de la descomposición anaerobia de la materia
orgánica presente en el agua residual, es un hidrocarburo combustible de
gran valor energético, inodoro e incoloro. Por lo general no está presente
en gran proporción en el agua residual, ya que pequeñas cantidades de
oxígeno pueden resultar tóxicas y afectar a los organismos responsables
de producir metano.
El metano es altamente combustible y por ende tiene el riesgo de que haya
una explosión, es por eso que la cámaras de inspección y empalmes de
alcantarillas en donde exista la posibilidad de acumulación de gas deberán
ser aireados. En las plantas de tratamiento el metano se crea en los
procesos anaeróbicos que se utilizan para la estabilización de los fangos
de aguas residuales.
Sulfuro de hidrógeno: Este gas posee las propiedades de ser incoloro,
inflamable, con un olor bastante desagradable, el oscurecimiento del agua
residual se debe por lo general a la formación de Sulfuro de Hidrógeno el
cual se combina con el hierro presente para formar Sulfuro Ferroso y otros
sulfuros metálicos.
Características Biológicas.
Los principales parámetros biológicos de las aguas residuales son los
siguientes: microorganismos biológicos, organismos patógenos presentes
y ensayos de toxicidad.
31
Microorganismos: Los principales grupos de microorganismos presentes
en aguas, ya sean residuales o superficiales se clasifican en organismos
eucariotas, eubacterias y arquebacterias, la mayor parte de los organismos
pertenecen a las eubacterias.
La categoría protista, dentro de los organismos eucariotas incluye algas,
protozoos y hongos, los animales vertebrados e invertebrados se los
conoce como eucariotas multicelulares. Los virus presentes en el agua
residual se clasifican en función del sujeto infectado.
Organismos Patógenos: Estos organismos están presentes en las aguas
residuales y pueden proceder de deshechos humanos infectados o que
tengan cierta enfermedad.
En la tabla 2.5 se muestran las principales clases de organismos patógenos
presentes en el agua residual doméstica. Entre las enfermedades típicas
que causan los organismos patógenos están la tifoidea, diarrea y cólera.
Los organismos patógenos están presentes en las aguas residuales en
cantidades pequeñas y resultan difíciles de identificar, razón por la cual se
emplea el organismo coliforme como indicador ya que su presencia es
mayor y de fácil comprobación.
Los seres humanos evacuan entre 100000 y 400000 millones de
organismos coliformes diariamente, es por eso que la presencia de
coliformes puede dar como resultado la presencia de patógenos
32
Tabla 2.5. Agentes infecciosos potenciales en el agua doméstica residual bruta
Fuente: Metcalf & Eddy, Ingeniería de Aguas Residuales, Tratamiento, vertido y reutilización, 1995
Cuadro No. 4. Agentes infecciosos potenciales
Así mismo, existen otros tipos de organismos que pueden ser considerados
como indicadores de la contaminación del agua, se han desarrollado
ensayos que sean capaces de diferenciar entre coliformes totales,
coliformes fecales y estreptococos fecales. En la tabla 2.6 se muestran los
organismos que se emplean para establecer criterios de calidad de las
aguas y sus usos.
Agentes infecciosos potencialmente en el agua residual doméstica bruta
Organismo Enfermedad Comentario
Bacteria
Escherichia coli Gastroenteritis Diarrea
(enteropatogénica)
Legionella pneumophila Legionelosis Enfermedades respiratorias
agudas
Leptospira (150 esp.) Leptospirosis Leptospirosis, fiebre
(enfermedad de Weil)
Salmonella typhi Fiebre tifoidea Fiebre alta, diarrea, úlceras
en el intestino delgado
Salmonella (1700 esp.) Salmonelosis Envenenamiento de alimentos
Shigella (4 esp.) Shigelosis Disentería bacilar
Vibrio cholerae Cólera Diarreas fuertes, deshidratación
Yersinia enterolítica Yersinosis Diarrea
Virus
Adenovirus (31 tipos) Enfermedades respiratorias
Enterovirus (67 tipos)
Gastroenteritis,
anomalías cardíacas,
meningitis
Hepatitis A Hepatitis infecciosas Leptospirosis, fiebre
Agente Norwalk Gastroenteritis Vómitos
Reovirus Gastroenteritis
Rotavirus Gastroenteritis
Protozoos
Balantidium coli Balantidiasis Diarrea, disentería
Crytosporidium Criptosporidiosis Diarrea
Entamoeba histolytica Ameabiasis Diarreas prolongadas con sangre
Giardia lamblia Giardiasis Diarreas, naúseas, indigestión
Helmintos
Ascaris lumbricoides Ascariasis Infestación de gusanos
Enterobius vericularis Enterobiasis Gusanos
Fasciola hepática Fasciolasis Gusanos
Hymenolepis nana Hymenlepiasis Tenia enana
Taenia saginata Teniasis Tenia (buey)
T.solium Taniasis Tenia (cerdo)
Trichuris trichiura Trichuriasis Gusanos
33
Tabla 2.6. Organismos indicadores empleados para la determinación de
criterios de rendimiento para diferentes usos del agua
Cuadro No. 5. Organismos empleados para la determinación de
criterios de rendimientos para diferente usos de agua
Fuente: Metcalf & Eddy, Ingeniería de Aguas Residuales, Tratamiento,
vertido y reutilización, 1995
Ensayos de Toxicidad.
Estos ensayos tienen como objetivo la constatación de la aptitud de las
condiciones ambientales para el desarrollo de las determinadas formas de
vida acuática, establecimiento de concentraciones aceptables de los
diferentes parámetros convencionales en las aguas receptoras, estudio de
la influencia de los parámetros de calidad del agua sobre la toxicidad de
esta, constatación de la toxicidad de las aguas residuales para múltiples
variedades de especies de peces, establecimiento de la sensibilidad
relativa de un conjunto de organismos acuáticos determinado a los
efluentes y contaminantes habituales, determinación del nivel de
tratamiento de las aguas residuales para alcanzar los límites permitidos,
determinación de la efectividad de los procesos de tratamiento de aguas
residuales, establecimiento de los límites autorizados de descargas de
Organismos indicadores empleados para la determinación de
los criterios de rendimiento para diferentes usos del agua
Usos del agua Organismo indicador
Agua potable Coliformes totales
Actividades lúdicas en agua dulce Coliformes fecales
E.coli
Enterococos
Actividades lúdicas en agua salada Coliformes fecales
Coliformes totales
Enterococos
Zonas de crecimiento de moluscos Coliformes totales
Coliformes fecales
Irrigación agrícola Coliformes totales
(agua reutilizada)
Desinfección de efluentes de aguas residuales Coliformes totales
Coliformes fecales
34
efluentes y la determinación del cumplimiento de la legislación relativa a la
conservación de la calidad del agua.
En la actualidad aparte de determinar los contaminantes habituales de las
aguas residuales se ha dado una gran importancia a la determinación de
sustancias tóxicas en este tipo de aguas, los primeros análisis que se
efectúan son aquellos de criterio químico-específico. Si se analizarán las
miles de sustancias tóxicas que podrían estar presentes en una agua esto
resultaría muy costoso, es por eso que se hace un ensayo del efluente
global en el que intervienen organismos acuáticos, el cual es un ensayo
directo y económico para determinar la toxicidad.
Composición de las aguas residuales.
Las aguas residuales se componen de constituyentes físicos, químicos y
biológicos, los mismos que fueron analizados anteriormente. Existen
constituyentes típicos encontrados en el agua residual doméstica, así, de
acuerdo a la concentración de estos constituyentes se pueden clasificar
como agua residual concentrada, media o débil. El líquido séptico es el
fango producido en los sistemas de evacuación de aguas residuales
individuales, como es el caso de las fosas sépticas, en la Tabla 2.7 se
pueden observar ciertas características del líquido séptico.
Los datos sobre el incremento en el contenido en minerales de las aguas
residuales como consecuencia de los usos del agua y las variaciones de
los incrementos dentro de la red de alcantarillado, son especialmente
importantes a la hora de evaluar la posibilidad de reutilizar las aguas
residuales. El aumento de la cantidad de minerales presentes son
consecuencia del uso doméstico del agua, de la adición de agua con gran
contenido de minerales procedentes de pozos privados y aguas
subterráneas, así como el uso industrial. Los ablandadores de aguas
domésticas e industriales contribuyen también a aumentar el contenido
35
mineral del agua residual y en algunas zonas, pueden representar la mayor
parte del mismo.
Las técnicas de muestreo utilizadas en el estudio de aguas residuales
deben asegurar la obtención de muestras representativas debido a que los
datos que se deriven de los análisis de estas muestras serán la base para
el proyecto de las instalaciones del tratamiento de las mismas. El muestreo
debe ser de acuerdo a la situación presente, no existe un método único,
así, si el agua residual es de una composición compleja se deberá proceder
de una manera especial. Es decir, hay que seleccionar de manera correcta
los puntos de muestreo y determinar el tipo y frecuencia de muestra.
Tabla 2.7. Características del líquido séptico
Fuente: Metcalf & Eddy, Ingeniería de Aguas Residuales, Tratamiento, vertido y reutilización, 1995,
Cuadro No. 6. Características del líquido séptico
2.2. ESTACIONES DEPURADORAS DE AGUAS RESIDUALES
(EDAR)
Para este análisis citaremos a (Bruce cuba, 2015) en uno de sus
documentos manifiesta que:
Constituyente Intervalo Valor típico
Sólidos totales (ST) 5000-100000 40000
Sólidos en suspensión (SS) 4000-10000 15000
Sólidos en suspensión volátiles (SSV) 1200-14000 7000
DBO5 a 20ºC 2000-30000 6000
DQO 5000-80000 30000
Nitrógeno Kjedhal total (NKT como N) 100-1600 700
Amoníaco, NH3 como N 100-800 400
Fósforo total, como P 50-800 250
Metales Pesados (Fe, Zn, Al) 100-1000 300
36
En Ingeniería sanitaria, Ingeniería química e Ingeniería ambiental el término
tratamiento de aguas es el conjunto de operaciones unitarias de tipo físico,
químico o biológico cuya finalidad es la eliminación o reducción de la
contaminación o las características no deseables de las aguas, bien sean
naturales, de abastecimiento, de proceso o residuales llamadas, en el caso
de las urbanas, aguas negras, de manera que, al ser vertidas a los causea
naturales, su influencia sea mínima sobre la fauna y la flora de los mismos.
La finalidad de estas operaciones es obtener aguas con las características
adecuadas al 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.
Debido a que las mayores exigencias en lo referente a la calidad del agua
se centran en su aplicación para el consumo humano y animal estos se
organizan con frecuencia en tratamientos de potabilización y tratamientos
de depuración de aguas residuales, aunque ambos comparten muchas
operaciones.
La funcionalidad u operatividad o características de una planta de
tratamiento dependerá exclusivamente de la zona a implantar la solución y
el producto a obtener, ya que puede ser este un recurso que se puede
aprovechar o reutilizar a fin de economizar gastos dentro de una entidad,
institución o comunidad
Aquellos métodos de tratamiento en los que predominan los fenómenos
físicos se conocen como operaciones unitarias, mientras que aquellos
métodos en los que la eliminación de los contaminantes se realiza con
base en procesos químicos o biológicos se conocen como procesos
unitarios.
37
Al referirse a operaciones y procesos unitarios es porque se agrupan entre
sí para constituir los tratamientos primario, secundario y terciario. (Susan
Isabel, 2015)
2.2.1. Planta de Tratamiento de Aguas residuales
Es una instalación donde a las Aguas Residuales se les retiran los
contaminantes, para hacer de ella un agua sin riesgos a la salud y/o medio
ambiente al disponerla en un cuerpo receptor natural (mar, ríos o lagos) o
por su reúso en otras actividades de nuestra vida cotidiana con excepción
del consumo humano (no para ingerir o aseo personal). (CESPT, 2015)
2.2.2. Tipos de Tratamiento de Aguas residuales
Según (Medina, 2013), se conocen como operaciones unitarias a los
métodos de tratamiento en los que predominan los fenómenos físicos, y
como procesos unitarios a los métodos que la eliminación de los
contaminantes se realiza en base a procesos químicos o biológicos. En la
actualidad, estas operaciones y procesos unitarios se agrupan entre sí para
constituir los así llamados tratamiento primario, secundario y terciario (o
tratamiento avanzado).
El tratamiento primario contempla el uso de operaciones físicas tales como
la sedimentación y el desbaste para la eliminación de los sólidos
sedimentables y flotantes presentes en el agua residual. En el tratamiento
secundario se realizan procesos biológicos y químicos, los cuales se
emplean para eliminar la mayor parte de la materia orgánica. Y por último,
en el tratamiento terciario se emplean combinaciones adicionales de los
procesos y operaciones unitarias para remover esencialmente nutrientes,
cuya reducción con tratamiento secundario no es significativa.
38
Los tratamientos preliminares aunque no reflejan un proceso en sí, sirven
para aumentar la efectividad de los tratamientos primarios, secundarios y
terciarios. Las aguas residuales que fluyen desde los alcantarillados a las
plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR), son muy variables en
su flujo y contienen gran cantidad de objetos, en muchos casos
voluminosos y abrasivos, que por ningún motivo deben llegar a las
diferentes unidades donde se realizan los tratamientos y deben ser
removidos. Para esto son utilizados los tamices, las rejas, los microfiltros,
etc. (Escuela de Ingeniería de Antioquia, 2015)
Gráfico No. 1. Planta de tratamiento de aguas residuales
Fuente: (fluidos.eia.edu.co, 2015) Elaborado por: Ing. Leonardo Plúa
Los tamices auto limpiantes están construidos con mallas dispuestas en
una inclinación particular que deja atravesar el agua y obliga a deslizarse a
la materia sólida retenida hasta caer fuera de la malla por sí sola. La gran
ventaja de este equipo es que es barato, no tiene partes móviles y el
mantenimiento es mínimo, pero necesita un desnivel importante entre el
punto de alimentación del agua y el de salida.
Gráfico No. 2. Tamices autos limpiantes
39
Fuente: (inima, 2015) Elaborado por: Ing. Leonardo Plúa
Las rejas se utilizan para separar objetos de tamaño más importante que
el de simples partículas que son arrastrados por la corriente de agua. Se
utilizan solamente en desbastes previos. El objetivo es proteger los
equipos mecánicos e instalaciones posteriores que podrían ser dañados u
obstruidos con perjuicio de los procesos que tuviesen lugar. Se construyen
con barras metálicas de 6 o más mm de espesor, dispuestas paralelamente
y espaciadas de 10 a 100 mm. Se limpian mediante rastrillos que pueden
ser manejados manualmente o accionados automáticamente.
Para pequeñas alturas de la corriente de agua se emplean rejas curvas y
para alturas mayores rejas longitudinales dispuestas casi verticalmente.
Gráfico No. 3. Rejas separadores de objetos
Fuente: (ECCI, 2015) Elaborado por: Ing. Leonardo Plúa
40
Los microfiltros trabajan a baja carga, con muy poco desnivel, y están
basados en una pantalla giratoria de acero o material plástico a través de
la cual circula el agua. Las partículas sólidas quedan retenidas en la
superficie interior del microfiltro que dispone de un sistema de lavado
continuo para mantener las mallas limpias. Se han utilizado eficazmente
para separar algas de aguas superficiales y como tratamiento terciario en
la depuración de aguas residuales. Según la aplicación se selecciona el
tamaño de malla indicado. Con mallas de acero pueden tener luces del
orden de 30 micras y con mallas de poliéster se consiguen buenos
rendimientos con tamaños de hasta 6 micras.
41
Gráfico No. 4. Microfiltros
Fuente: (Escuela de Ingeniería de Antioquia, 2015) Elaborado por: Ing. Leonardo Plúa
La (Escuela de Ingeniería de Antioquia, 2015), define los tipos de
tratamiento de la siguiente manera:
TRATAMIENTOS PRIMARIOS: el principal objetivo es el de remover
aquellos contaminantes que pueden sedimentar, como por ejemplo los
sólidos sedimentables y algunos suspendidos o aquellos que pueden flotar
como las grasas.
El tratamiento primario presenta diferentes alternativas según la
configuración general y el tipo de tratamiento que se haya adoptado. Se
puede hablar de una sedimentación primaria como último tratamiento o
precediendo un tratamiento biológico, de una coagulación cuando se opta
por tratamientos de tipo físico-químico.
Sedimentación primaria: se realiza en tanques ya sean rectangulares o
cilíndricos en donde se remueve de un 60 a 65% de los sólidos
sedimentables y de 30 a 35% de los sólidos suspendidos en las aguas
residuales. En la sedimentación primaria el proceso es de tipo floculento y
los lodos producidos están conformados por partículas orgánicas.
42
Un tanque de sedimentación primaria tiene profundidades que oscilan entre
3 y 4 m y tiempos de detención entre 2 y 3 horas. En estos tanques el agua
residual es sometida a condiciones de reposo para facilitar la
sedimentación de los sólidos sedimentables. El porcentaje de partículas
sedimentadas puede aumentarse con tiempos de detención más altos,
aunque se sacrifica eficiencia y economía en el proceso; las grasas y
espumas que se forman sobre la superficie del sedimentador primario son
removidas por medio de rastrillos que ejecutan un barrido superficial
continuo.
Gráfico No. 5. Tanques Sedimentadores
Fuente: (Jumapam, 2015) Elaborado por: Ing. Leonardo Plúa
Precipitación química – coagulación: la coagulación en el tratamiento de las
aguas residuales es un proceso de precipitación química en donde se
agregan compuestos químicos con el fin de remover los sólidos. El uso de
la coagulación ha despertado interés sobre todo como tratamiento terciario
y con el fin de remover fósforo, color, turbiedad y otros compuestos
orgánicos.
43
Gráfico No. 6. Precipitación Química
Fuente: (interpresas, 2015) Elaborado por: Ing. Leonardo Plúa
TRATAMIENTOS SECUNDARIOS: el objetivo de este tratamiento es
remover la demanda biológica de oxígeno (DBO) soluble que escapa a un
tratamiento primario, además de remover cantidades adicionales de sólidos
sedimentables.
El tratamiento secundario intenta reproducir los fenómenos naturales de
estabilización de la materia orgánica, que ocurre en el cuerpo receptor. La
ventaja es que en ese proceso el fenómeno se realiza con más velocidad
para facilitar la descomposición de los contaminantes orgánicos en
períodos cortos de tiempo. Un tratamiento secundario remueve
aproximadamente 85% de la DBO y los SS aunque no remueve cantidades
significativas de nitrógeno, fósforo, metales pesados, demanda química de
oxígeno (DQO) y bacterias patógenas.
Además de la materia orgánica se va a presentar gran cantidad de
microorganismos como bacterias, hongos, protozoos, rotíferos, entre otros,
que entran en estrecho contacto con la materia orgánica la cual es utilizada
como su alimento. Los microorganismos convierten la materia orgánica
44
biológicamente degradable en CO2 y H2O y nuevo material celular. Además
de estos dos ingredientes básicos microorganismos – materia orgánica
biodegradable, se necesita un buen contacto entre ellos, la presencia de un
buen suministro de oxígeno, aparte de la temperatura, PH y un adecuado
tiempo de contacto.
Para llevar a efecto el proceso anterior se usan varios mecanismos tales
como: lodos activados, biodisco, lagunaje, filtro biológico.
LODOS ACTIVADOS: es un tratamiento de tipo biológico en el cual una
mezcla de agua residual y lodos biológicos es agitada y aireada. Los lodos
biológicos producidos son separados y un porcentaje de ellos devueltos al
tanque de aireación en la cantidad que sea necesaria. En este sistema las
bacterias utilizan el oxígeno suministrado artificialmente para desdoblar los
compuestos orgánicos que a su vez son utilizados para su crecimiento.
A medida que los microorganismos van creciendo se aglutinan formando
los lodos activados; éstos más el agua residual fluyen a un tanque de
sedimentación secundaria en donde sedimentan los lodos. Los efluentes
del sedimentador pueden ser descargados a una corriente receptora; parte
de los lodos son devueltos al tanque con el fin de mantener una alta
población bacteriana para permitir una oxidación rápida de la materia
orgánica.
45
Gráfico No. 7. Lodos Activados
Fuente: (Escuela de Ingeniería de Antioquia, 2015) Elaborado por: Ing. Leonardo Plúa
BIODISCO: es tan eficaz como los lodos activados, requiere un espacio
mucho menor, es fácil de operar y tiene un consumo energético inferior.
Está formado por una estructura plástica de diseño especial, dispuesto
alrededor de un eje horizontal. Según la aplicación puede estar sumergida
de un 40 a un 90% en el agua a tratar, sobre el material plástico se
desarrolla una película de microorganismos, cuyo espesor se autorregula
por el rozamiento con el agua, en la parte menos sumergida, el contacto
periódico con el aire exterior es suficiente para aportar el oxígeno necesario
para la actividad celular.
46
Gráfico No. 8. Biodisco
Fuente: (Escuela de Ingeniería de Antioquia, 2015) Elaborado por: Ing. Leonardo Plúa
LAGUNAJE: el tratamiento se puede realizar en grandes lagunas con
largos tiempos de retención (1/3 días) que les hace prácticamente
insensibles a las variaciones de carga, pero que requieren terrenos muy
extensos. La agitación debe ser suficiente para mantener los lodos en
suspensión excepto en la zona más inmediata a la salida del efluente.
Gráfico No. 9. Lagunaje
Fuente: www.info7.mx Elaborado por: Ing. Leonardo Plúa
FILTRO BIOLÓGICO: está formado por un reactor, en el cual se ha situado
un material de relleno sobre el cual crece una película de microorganismos
aeróbicos con aspecto de limos.
47
La altura del filtro puede alcanzar hasta 12 m. El agua residual se descarga
en la parte superior mediante un distribuidor rotativo cuando se trata de un
tanque circular. A medida que el líquido desciende a través del relleno entra
en contacto con la corriente de aire ascendente y los microorganismos. La
materia orgánica se descompone lo mismo que con los lodos activados,
dando más material y CO2.
Gráfico No. 10. Filtro Biológico
Fuente: (Escuela de Ingeniería de Antioquia, 2015) Elaborado por: Ing. Leonardo Plúa
TRATAMIENTOS TERCIARIOS: tiene el objetivo de remover
contaminantes específicos, usualmente tóxicos o compuestos no
biodegradables o aún la remoción complementaria de contaminantes no
suficientemente removidos en el tratamiento secundario.
Como medio de filtración se puede emplear arena, grava antracita o una
combinación de ellas. El pulido de efluentes de tratamiento biológico se
suele hacer con capas de granulometría creciente, duales o multimedia,
filtrando en arena fina trabajando en superficie. Los filtros de arena fina
son preferibles cuando hay que filtrar flóculos formados químicamente y
aunque su ciclo sea más corto pueden limpiarse con menos agua.
La adsorción con carbón activo se utiliza para eliminar la materia orgánica
residual que ha pasado el tratamiento biológico.
48
Gráfico No. 11. Filtro arena o grava
Fuente: (Escuela de Ingeniería de Antioquia, 2015) Elaborado por: Ing. Leonardo Plúa
2.3. UNIDAD EDUCATIVA DEL MILENIO
Según manifiesto de los integrantes de (Propuesta de la Mesa de
Educación/Coordinación Nacional., 2002), la educación en el Ecuador y en
toda América Latina experimentó una expansión notable a partir de 1950-
1960, con logros importantes como son la reducción del analfabetismo
adulto; la incorporación creciente de niños y jóvenes al sistema escolar,
particularmente de los sectores pobres de la sociedad; la expansión de la
matrícula de educación inicial y superior; una mayor equidad en el acceso
y retención por parte de grupos tradicionalmente marginados de la
educación tales como las mujeres, los grupos indígenas y la población con
necesidades especiales; el creciente reconocimiento de la diversidad
étnica, cultural y lingüística y su correspondiente expresión en términos
educativos.
No obstante, en este trayecto fueron quedando pendientes y acumulándose
muchos problemas, no sólo cualitativos sino también cuantitativos, que
hacen a la equidad, a la pertinencia y a la calidad de la oferta educativa, a
los contenidos, procesos y resultados de aprendizaje tanto de los alumnos
como de los propios maestros. La difícil situación económica, social y
49
política que ha atravesado el país en los últimos años, marcada entre otros
por una agudización de la pobreza y un fenómeno masivo de migración, ha
contribuido a deprimir aún más el cuadro educativo, provocando incluso la
reversión de algunos logros históricos.
Esto es particularmente grave en un momento en que la información y el
conocimiento pasan a ser reconocidos como los puntales de la nueva
"sociedad del aprendizaje", y el aprendizaje a lo largo de toda la vida se
instala como un paradigma y un principio orientador para replantear los
sistemas de educación y aprendizaje en todo el mundo.
Las sucesivas reformas (administrativas, curriculares, pedagógicas)
ensayadas en el país desde fines de la década de 1980 y a lo largo de la
década de 1990 no han tenido los resultados esperados en términos de
mejoramiento de la calidad de la educación, habiendo contribuido más bien
a reforzar el endeudamiento externo, la fragmentación de la política
educativa y el debilitamiento del Ministerio de Educación, Cultura, Deportes
y Recreación (MEC) con la instalación de unidades ejecutoras ubicadas
fuera de éste, a cargo de los llamados "proyectos internacionales",
financiados con préstamos del Banco Mundial y del BID.
La evaluación nacional de los compromisos adquiridos por el país en el
marco de la iniciativa mundial de Educación para Todos (Jomtien,
Tailandia, 1990), mostró escasos avances en las seis metas planteadas
para la década de 1990 en relación a la educación básica, a saber: la
expansión de los programas destinados a la primera infancia, la
universalización de la educación primaria, la reducción del analfabetismo
adulto a la mitad de la tasa vigente en 1990, la ampliación de los servicios
de educación básica para jóvenes y adultos, y la ampliación de las
oportunidades de información de la población en relación a ámbitos claves
para mejorar la calidad de la vida. La enseñanza y el aprendizaje en el
sistema educativo, desde el pre-escolar hasta la universidad, son desde
50
hace tiempo motivo de diagnóstico, insatisfacción y crítica pública, y sujetos
a reformas intermitentes y superficiales.
La educación formal ocupa un período limitado dentro de la vida de una
persona. Los aprendizajes que se realizan fuera del sistema escolar – en
la familia, el grupo de amigos, los medios de comunicación, el lugar de
trabajo, los espacios de encuentro y recreación, etc.- tienen un espacio
mayor y un peso creciente en la vida de las personas. Por eso, incidir sobre
la formación de niños, jóvenes y adultos, de alumnos y maestros, de hijos
y padres, implica ver mucho más allá de las aulas.
Según la página oficial del (Ministerio de Educación-Ecuador, 2012), en el
año 2005 Ecuador junto con 147 países suscribió la Declaración del
Milenio, en donde se establecen el conjunto de Metas de Desarrollo del
Milenio (MDG) a lograrse hasta el año 2015, entre las cuales se destacan
en el campo de la educación el asegurar que todos los niños y niñas del
mundo completen la educación primaria, se logre un acceso igualitario de
niños y niñas en todos los niveles de educación y se elimine la desigualdad,
enfocando esfuerzos en paridad de género en educación primaria y
secundaria.
El Objetivo de las Unidades Educativas del Milenio es brindar una
educación de calidad y calidez, mejorar las condiciones de escolaridad, el
acceso y la cobertura de la educación en sus zonas de influencia, y
desarrollar un modelo educativo que responda a las necesidades locales y
nacionales.
Por lo tanto es menester brindar las mejores condiciones de salubridad y
cuidado ambiental como complemento a los objetivos propuestos para el
desarrollo intelectual del estudiante, que se preparará día a día dentro de
las instalaciones construidas, por tal razón se garantizará una mejor
educación y bienestar del ser humano basado en el buen vivir ecuatoriano.
51
La Unidad Educativa que servirá como modelo para el desarrollo de la
investigación cuenta con áreas recreativas, canchas espacios verdes,
plazas cívicas, así como bloque de aulas, laboratorios de Física- Química,
laboratorio de Ciencias Naturales y Biología, Laboratorios de Computación,
Talleres de Electricidad y Mecánica, Biblioteca, Comedor Escolar y Zona
administrativa, a las instalaciones recurrirán un número de 1200
estudiantes aproximadamente por cada jornada de acuerdo a lo establecido
por el Ministerio de Educación.
Gráfico No. 12. Panorámica de la Unidad Educativa Replica Estandarizada Simón Bolívar
Fuente: (flckr, 2015) Elaborado por: Ing. Leonardo Plúa
2.4 MARCO JURÍDICO
CONSTITUCION DE LA REPUBLICA DEL ECUADOR,2008-
ASAMBLEA NACIONAL (Constitución de la Repulica del Ecuador,
2008)
Título II
Derechos
52
Capitulo segundo, derechos del buen vivir,
Capitulo séptimo derechos de la naturaleza,
Título VII
Régimen del Buen Vivir
Capítulo primero.
Sección segunda.-Salud
Sección novena.- Gestión del riesgo
Capítulo segundo.
Biodiversidad y recursos naturales
Sección primera.- Naturaleza y ambiente
Sección segunda.- Biodiversidad
Sección tercera.- Patrimonio natural y ecosistemas
Sección cuarta.- Recursos naturales
Sección quinta.- Suelo
Sección sexta.- Agua
Sección séptima.- Biosfera, ecología urbana y energías alternativas
PLAN NACIONAL DEL BUEN VIVIR 2013 – 2017.
(Plan Nacional del Buen Vivir, 2013)
Ley de Recursos Hídricos Usos y Aprovechamiento del Agua
promulgado en el registro oficial 305 (Ley de Recursos Hídricos Usos
y Aprovechamiento del Agua, 2014)
TEXTO UNIFICADO DE LEGISLACIÓN SECUNDARIA MEDIO
AMBIENTE LIBRO VI. (MInisterio del Ambiente, 2015)
Norma de Calidad Ambiental y de Descarga de Efluentes: Recurso
Agua.- Criterios de calidad para aguas de uso estético. (Ministerio
del Ambiente, 2015)
53
Anexo 1 del libro VI del texto unificado de legislación secundaria del
ministerio del ambiente.
NORMA DE CALIDAD AMBIENTAL Y DE DESCARGA DE
EFLUENTES AL RECURSO AGUA (Ministerio del Ambiente, 2015)
Normas de Descarga de Efluentes a un Cuerpo de Agua o Receptor:
Agua Dulce y Agua Marina.- Tabla 10
Anexo 1 del libro VI del texto unificado de legislación secundaria del
ministerio del ambiente
Ley de Gestión Ambiental. Codificación 2004-019. Publicada en el
Registro Oficial en el Suplemento del Registro Oficial 418 del 10 de
septiembre del 2004. (Ministerio del Ambiente, 2014)
54
CAPITULO III MATERIALES Y MÉTODOS
3.1. MATERIALES
3.1.1. Lugar de la investigación
El lugar de estudio se lo realizó en la Unidad Educativa del Milenio Simón
Bolívar ubicado en la Ciudadela Ciudad Victoria, parroquia Pascuales
cantón Guayaquil. Provincia del Guayas
3.1.2. Periodo de la investigación
Este trabajo se desarrolló mayoritariamente desde Enero 2014 – Diciembre
2014
3.1.3. Recursos empleados
3.1.3.1. Recursos Humanos
Para lograr culminar este proyecto se recurrió a.
Director de Tesis
Alumno
Personal involucrado del área de la Secretaria de Ambiente.
Personal involucrado del área de la Unidad Educativa Simón Bolívar.
Personal involucrado del área de laboratorio calificado por OAE
(Organización de Acreditación Ecuatoriana) para el análisis de Agua
Tratada.
3.1.3.2. Recursos Materiales
Dentro de los recursos materiales para el desarrollo de la actividad
tenemos
55
Computadora
Cámara fotográfica.
GPS
Impresora
Tintas de impresión
3 paquetes de papel bond
Equipo medidor de Ph para agua
Recipientes adecuados para toma de muestra del agua tratada
3.1.4. Universo
EL universo estará conformado por un reservorio de deposición final que
consta de cierto volumen de agua tratada para posterior análisis de
contenido y comparación de cada uno de los parámetros que se requieren
en esta investigación para corroborar el contenido y la calidad del agua
tratada permitida para su reutilización, en este caso en el riego de la áreas
verdes ubicadas en la Unidad Educativa, que se lo realiza como aporte al
Medio Ambiente, y ahorro al gasto público del país.
3.1.5. Muestra
La Muestra es universal por lo tanto no aplica formula de muestreo.
3.2. MÉTODOS
3.2.1. Tipo de investigación
Será un trabajo:
Exploratorio
Descriptivo
No experimental
56
3.2.2. Diseño de investigación
1. Cuantificar los volúmenes aguas residuales generadas por la Unidad
Educativa del Milenio Simón Bolívar ubicada en la parroquia
Pascuales, cantón Guayaquil.
Para conocer el volumen de agua generado en la Unidad Educativa
el cual se va a tratar estará en función de la cantidad de estudiantes
destinados para dicha unidad los cuales estarán en jornadas
diferentes de concurrencia a clases.
2. Analizar varias plantas de tratamiento de aguas residuales para
Unidad Educativa Simón Bolívar ubicada en la parroquia Pascuales,
cantón Guayaquil.
Se ha analizado tres alternativas de sistemas de tratamientos de
aguas residuales, y se ha optado por la más adecuada analizando
las condiciones físicas y receptivas de la zona sin afectar la salud de
sus integrantes y reduciendo el gasto público del país.
3. Proponer la mejor alternativa de planta de tratamiento de aguas
residuales.
Se ha propuesto la alternativa más viable de acuerdo a las
facilidades que brinda la zona, reutilización de los efluentes y
consideración del grado de contaminación de la zona a fin de no
afectar la salud de estudiantes y pobladores adyacentes a la unidad
educativa.
57
CAPITULO IV RESULTADOS Y DISCUSIÓN
4.1. ANALISIS DE OPCIONES
Debido a las características de las descargas de los centros educativos es
indispensable instalar sistemas de depuración de agua residuales antes de
su descarga final; con el objetivo de evitar contaminación de las fuentes
receptoras de las descargas, por tal motivo, se cumplirán con las exigencias
del Ministerio del Ambiente y normativa legal vigente aplicable de tal
manera se pueda salvaguardar la integridad de la comunidad, estudiantes,
docentes y padres de familias que concurrirían a la Unidad Educativa
Dentro de las propuestas o alternativas de tratamiento para aguas
residuales utilizaremos tres criterios de tratamientos, con la finalidad de
realizar la comparación de factores simultáneos en el tratamiento para así
poder concluir con la propuesta adecuada, analizando las condiciones del
sitio en el que estará construida la planta de tratamiento de aguas
residuales.
Entre los sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales a destacar
tenemos:
1.- Sistema de Turbo depuración
2.- Sistema de Lagunaje
3.- Sistema de Cámaras de Infiltración
1.- SISTEMA DE TURBO DEPURACIÓN
Para depuración de aguas residuales los mecanismos más utilizados son
por control biológico con sistemas Anaeróbicos y/o Aeróbicos, están
diseñados para depuración con los siguientes mecanismos:
Mecanismo Anaeróbico.- Esta técnica permite la descomposición de la
58
materia orgánica en agua residual con ausencia de oxígeno disuelto, donde
los microorganismos benéficos se desarrollan sin utilizar el oxígeno como
fuente primordial para su crecimiento, su fuente de alimento lo toman de la
descomposiciones secundarias, terciarias y de subproductos del
tratamiento, es un sistema muy usado como pozos sépticos de infiltración,
tanque IN-HOFF, etc.
Mecanismo Aeróbico.- Esta técnica permite la descomposición de la
materia orgánica cuando el agua residual manifiesta la presencia de
oxígeno disuelto con rango superior a 0,20 ppm, el mismo que actúa como
precursor del desarrollo de los microorganismos encargados de la
descomposición de la materia orgánica, durante la Bio Digestión estos
microorganismos usan el oxígeno y llevan los compuestos a elementos más
simples que en algunos casos pueden ser utilizados para mejorar los suelos
de actividades agrícolas.
El sistema ideal para depuración de las Aguas Servidas es aquel que
permite garantizar lo siguiente:
1. Sistema depurador de alta eficiencia y durabilidad.
2. Sistema depurador con baja inversión relativa por habitante.
3. Sistema operativo de purificación totalmente automatizado
4. Sistema depurador con reducida área de ocupación
5. Agua Tratada excelente calidad a bajo costo de producción
6. No debe depender de mano de obra calificada y costosa.
7. No debe depender del suministro de Insumos Químicos.
Las estadísticas realizadas en el Ecuador estiman que a nivel nacional más
del 95% de las aguas servidas se descargan sin tratamiento, siendo más
grave en las grandes ciudades donde los volúmenes de excretas son muy
elevadas y las descargas a los drenajes naturales generan alto impacto
59
ambiental.
Para proyectos de gran capacidad los sistemas depuradores más utilizados
son aeróbicos de lodos activados con aireación extendida de flujo por
compresor a pistón o impulsión por un Blower, el tiempo promedio de
aireación es 24 horas y se diseñan a manera de un canal dentro del tanque
de manera que se logre una alta eficiencia operativa en el proceso de
depuración.
Secuencias y Fases del Tratamiento
Fase 1
Sistema Receptor Primario
Construcción de caja revisión inicial donde se debe contemplar evacuación
directa de las aguas residuales por gravedad.
Bypass Hidrosanitario de seguridad para manejo alterno en caso de
emergencias.
Junto a la caja final (detallada en planos) se instalara un sistema de cajas
complementarias para:
Criba.- retención de solidos gruesos no biodegradables en hormigón
armado f´c=210 kg/cm2 medidas: 1.00 m ancho x 1.00 m largo x 2.00 m
altura con paredes de 0,10 cm de espesor.
Caja para sistema de válvulas.- en hormigón armado f´c=210 kg/cm2
medidas: 1.00 m ancho x 1.00 m largo x 2.00 m altura con paredes de 0,10
cm de espesor.
60
Caja cárcamo de bombeo.- en hormigón armado f´c=210 kg/cm2 medidas:
1.00 m ancho x 1.00 m largo x 3.00 m altura con paredes de 0,10 cm de
espesor en este compartimento se instalaran dos bombas sumergibles de
1 hp, TDH 12, que trabajan alternadamente con un temporizador para
alargar la vida útil de los equipos y se activan con un control de nivel cuando
hay demanda de agua, estas bombas abastecen de agua a las fosas
sépticas o ecualizador.
Ecualizador.- Se construirán dos módulos cilíndricos en hormigón armado
de f´c=210 kg/cm2 medidas: 3.00 m diámetro x 3.00 altura, con el objetivo
de dotar al sistema con dos receptores de caudal variable y alimentación
continua, además regula las grasas, estabiliza tenso activos, homogeniza
la mezcla y controla los picos de caudal.
Adicional se va a equipar estos módulos de ecualización con sistemas de
aireación de las siguientes características:
Blower regenerativo de 2 hp 220 v monofásicos.- cumplen la
función de inyectar oxígeno en el agua, generar turbulencia para que
las bacterias estén en suspensión, por lo que estas dos acciones
permiten que los microorganismos tengan el ambiente adecuado
para vivir y reproducirse, alimentándose de la materia orgánica y en
algunos casos inorgánica, que se desea eliminar en el agua; las
bacterias generan como desechos CO2 y agua.
4 difusores de burbuja fina D300 mm.- Los difusores de burbuja
fina de aire de membrana son utilizados esencialmente para el
tratamiento de aguas residuales y acuicultura para la aireación de
tanques de fangos activados en las estaciones depuradoras de
agua. Los micro - cortes de la membrana funcionan a modo de
válvula dejando pasar el aire bajo presión y cerrándose al paso del
agua. El resultado es una fina burbuja de aire que debido a su
61
pequeño diámetro de 0,5 a 1,0 mm asciende lentamente hasta la
superficie. El rendimiento se eleva considerablemente por dos
factores: mayor superficie de transferencia de oxígeno, mayor
tiempo de permanencia de la burbuja en el agua.
Bomba sumergible 1 hp / TDH 12 110 v.- Una bomba sumergible
es una bomba que tiene un impulsor sellado a la carcasa. El conjunto
se sumerge en el líquido a bombear. La ventaja de este tipo de
bomba es que puede proporcionar una fuerza de elevación
significativa pues no depende de la presión de aire externa para
hacer ascender el líquido.
Los equipos antes mencionados están previstos para dar una aireación
primaria de tal manera que se generen microorganismos aeróbicos y
estimular la BioDigestion.
La capacidad de estos módulos es de 21 m3 cada uno entregando 3 lotes
diarios de caudal de agua.
FASE 2
SISTEMA TURBO DEPURADOR
Después de la estabilización de las cargas residuales el agua ingresa
desde los tanques de ecualización al turbo depurador diseñado
estratégicamente en módulos cilíndricos y cónicos en su base, utiliza
aireación forzada con atmosferas controladas, rotación de masa, generador
de oxígeno puro acompañado de mecanismo para oxigenar el agua de una
manera acelerada y reducir la carga contaminante en DBO, DQO, S.S.
Aceites y grasas, tenso activos.
62
Este sistema intensifica el crecimiento de la población microbiológica
aeróbica produciendo la Bio Degradación de materia orgánica de forma
acelerada gracias a su tiempo de contacto bastante reducido comparando
los tratamientos tradicionales.
Equipamiento:
Construcción del sistema de interconexión y una fosa séptica depuradora
de forma cilíndrica terminada en hormigón medidas: 3.00 m diámetro x 3.00
altura, receptor para lote fijo, permite operar de 3 a 4 horas por lote.
Blower de 2 hp
4 difusores de burbuja fina D300 mm
Concentrador de oxígeno al 95%
Sistema de atmosferas controladas
Sensores de nivel
Bomba transfer de 1 hp /TDH 12
FASE 3
SISTEMA PURIFICADOR
Después del módulo de Turbo Depuración el agua ingresa a un procesos
de clarificación y purificación final donde incluye un hidrocución con
capitación de vórtice invertido que clarifica por efecto físico gracias a la
acción combinada de la centrifuga con la gravedad logrando una
separación de sedimentos y solidos suspendidos en el agua, cuenta
también con una guía de ingreso diseñada para permitir la rotación y un
acople de salida en el eje central diseñada para desagüe del agua de mejor
calidad adicional se instalara un sistema de retorno de lodos al sistema
Turbo Depurador.
63
Finalmente el agua después de ser tratada pasa por el proceso de
desinfección la misma que se generara a través de un sistema de ozono
Equipamiento:
Construcción de caseta 5,00 x 6,00 x H= 4,20 m como protección de
equipos con malla perimetral, puertas abatibles de malla.
Energía eléctrica 220 v.
Iluminación interna.
Sistema clarificador de vórtice para separación de sólidos.
Base cónica del tanque terminado en PVC con soporte metálico D= 1,35 x
H= 1,90 m.
Selector de agua clarificada.
Retorno de lodos al foso 2 automatizado.
Sistema de ozonificado 0,40 ppm con saturador para desinfección.
2.- SISTEMA DE LAGUNAJE
El sistema de tratamiento por lagunas, está basado en varios tipos de
lagunas conectadas en serie, en paralelo, o en una combinación de ambas.
64
Gráfico No. 13. Esquema representativo del Sistema de Tratamiento para Aguas Servidas por Lagunaje.
Fuente: http://corporativoambitec.com/wp-content/uploads/2012/03/laguna.gif Elaborado por: Ing. Leonardo Plúa
Esquema de una depuradora por lagunaje.
El tratamiento de lagunas proporciona el establecimiento necesario y
fomenta la mejora biológica de almacenaje en charcos o lagunas
artificiales. Se trata de una imitación de los procesos de autodepuración
que somete un río o un lago al agua residual de forma natural.
El sistema de lagunaje es barato y fácil de mantener pero presenta los
inconvenientes de necesitar gran cantidad de espacio y de ser poco capaz
para depurar las aguas de grandes núcleos. (J. Carretero, 2011)
Según (J. Toscano, 2014) manifiesta lo siguiente en cuanto a criterios y
contenidos de las Lagunas de Oxidación:
Las lagunas son excavaciones realizadas en un terreno para el tratamiento
de aguas residuales. La profundidad de estas es variable, pueden ser poco
profundas o bastante hondas.
65
La tecnología de tratamiento con lagunas se utiliza principalmente en
comunidades pequeñas; sin embargo, las lagunas aireadas y facultativas
se usan frecuentemente en comunidades medianas. Estos sistemas
pueden funcionar en forma independiente o en combinación con otros
sistemas de tratamientos de aguas residuales.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LAS TECNOLOGÍAS DE
TRATAMIENTO (SENACYT - UTPL, 2010)
Las ventajas de un sistema con lagunas son:
Rendimientos altos de depuración.
Reutilización del agua depurada.
Bajo costo de operación y mantenimiento de las instalaciones.
No precisa el empleo de aditivos.
Mantenimiento de personal poco especializado.
Reducciones medias de DBO5 y sólidos en suspensión alrededor
del 90%
Elevada eliminación de patógenos.
Eliminación del fósforo y reducción considerable de nitrógeno y
metales pesados
No existen limitaciones climáticas.
Segura desde un punto de vista ambiental siempre y cuando se
Cumplan con las restricciones propias del método.
Las pendientes no es un factor crítico, sin embargo pendientes muy
grandes obligan a gran movimiento de tierras
Reducida producción de fangos
Estabilidad frente a variación de temperatura.
Opcional el tipo de distribución.
Agua tratada apta para riego.
Aceptación por parte de la sociedad del reciclaje completo del agua
residual.
66
Las desventajas de un sistema con lagunas son:
Colmatación rápida del lecho filtrante.
Mantenimiento periódico de la superficie de aplicación.
No es un buen sistema para la eliminación de contaminantes
procedente de la actividad industrial.
Disposición del terreno suficiente, formado por materiales de
permeabilidad alta.
No son operativos cuando existen pendientes de más de 20%.
CLASES DE LAGUNAS
Las lagunas se pueden clasificar teniendo en cuenta la concentración de
oxígeno disuelto (nivel de aerobicidad), y la fuente que suministra el
oxígeno necesario para la asimilación bacterial de compuestos orgánicos
presentes en las aguas residuales en los siguientes tipos:
Lagunas Aerobias
Este tipo de lagunas son poco profundas ya que deben permitir la
penetración de la luz del sol en toda la columna de agua; por tal motivo se
tiene gran actividad fotosintética durante las horas de luz solar, en toda
columna de agua su profundidad varía entre 1 y 1,5 m.; Las lagunas
diseñadas para aumentar la actividad fotosintética de las algas se
denomina de alta tasa, el cual se refiere a la velocidad de producción
fotosintética de oxigeno por parte de las algas presentes y no a la velocidad
de asimilación metabólica de compuestos orgánicos, la cual permanece
invariable.
El oxígeno producido por las algas permite a las bacterias degradar en
forma aerobia los compuestos orgánicos presentes en el agua residual.
67
Durante las horas de luz solar, el oxígeno y el pH aumentan alcanzando
valores máximos, mientras que en las horas de oscuridad estos parámetros
disminuyen en forma considerable, respecto al valor máximo.
Los tiempos de retención de estos sistemas son relativamente cortos
(generalmente 5 a 10 días). Las lagunas aerobias se utilizan en
combinación con otras lagunas y su aplicación se limita a climas cálidos y
soleados.
Lagunas Facultativas
Este tipo de lagunas son las más usadas, la profundidad oscila entre 1.5 a
2.5 m., y se las conoce también como lagunas de estabilización. El
tratamiento se desarrolla por acción de las bacterias aerobias en la capa
superior y de bacterias anaerobias o anoxicas en la capa inferior,
dependiendo de la mezcla que se induce por acción del viento. Los sólidos
Sedimentables se depositan en el fondo de la laguna. El aporte de oxigeno
se logra por fotosíntesis y por reaireacion natural superficial. Las lagunas
facultativas pueden funcionar como lagunas con descarga controlada,
lagunas de retención total o como unidades de almacenamiento para un
tratamiento posterior sobre el suelo.
Lagunas aireadas con mezcla parcial
Las lagunas aireadas con mezcla parcial son más profundas y pueden
recibir mayor carga orgánica que una laguna facultativa. El suministro de
oxígeno se realiza por medio de aireadores mecánicos flotantes o difusores
de aire sumergidos. Las lagunas aireadas tienen una profundidad que varía
entre 2 y 6 m y se diseñan con un bajo tiempo de retención (3 a 20 días).
La principal ventaja radica en que necesita menor área que otros sistemas
de lagunas.
68
Lagunas Anaerobias
Este tipo de lagunas se diseñan para el tratamiento de residuos líquidos
con alto contenido de materia orgánica, generalmente aguas residuales de
industrias ubicadas en zonas rurales apartadas. Estas lagunas no cuentan
con zonas aerobias, la profundidad oscila entre 5 y 10 m.: y su tiempo de
retención va de 20 a 50 días, debido a esto generan malos olores y
requieren ser cubiertas o aisladas en zonas pobladas.
TRANSFORMACIÓN DE LOS CONSTITUYENTES DE LAS AGUAS
RESIDUALES
Las aguas residuales deben someterse a mecanismos de remoción de los
principales constituyentes tales como DBO, SST, nitrógeno, fosforo y
organismos patógenos.
Remoción de la DBO
Las lagunas son reactores que funcionan con una baja concentración de
microorganismos. En todas las lagunas excepto en las anaerobias la DBO
soluble se reduce mediante oxidación bacteria, mientras que la DBO
particulada se remueve por sedimentación. La transformación biológica que
ocurre en las lagunas facultativas y anaerobias se produce en forma
anaerobia. La remoción de DBO en una laguna depende del tiempo de
retención y de la temperatura del agua.
Remoción de solidos suspendidos totales
Los sólidos suspendidos en el afluente se remueven en las lagunas por
sedimentación. La mayoría de solidos suspendidos encontrados en el
efluente de estos sistemas están conformados por las propias algas que se
desarrollan en la laguna. La concentración de solidos suspendidos en el
69
efluente pueden alcanzar valores de 140mg/L en lagunas aerobias, y de 60
mg/L en lagunas con aireación.
Si el efluente de un sistema con lagunas se somete a un tratamiento
adicional sobre el suelo, o si se reutiliza en labores de riego, la
concentración de algas carece de importancia; sin embargo puede que no
se alcance el cumplimiento de una norma de vertimiento, ya que la
remoción de algas es bastante difícil. Por tanto en muchos casos se
requiere la implementación de procesos adicionales para conseguir la
remoción de estos sólidos en suspensión.
Algunos procesos que se pueden emplear para mejorar la calidad del
efluente de una laguna, respecto a la concentración elevada de SST son:
- Filtros de arena intermitentes
- Microtamices
- Filtros de grava
- Flotación con aire disuelto (FAD)
- Plantas acuáticas flotantes
- Humedales artificiales
Remoción de Nitrógeno
La remoción de nitrógeno en los sistemas de lagunas se obtiene como
resultado de la combinación de mecanismos que incluyen volatilización de
amoniaco (la cual depende del pH), captura de algas, nitrificación/
desnitrificacion, acumulación de lodos, y adsorción sobre los sólidos del
fondo.
70
Remoción de Fosforo
La remoción de fosforo en los sistemas con lagunas es mínima, a menos
que se adicionen reactivos químicos para promover su precipitación. La
adición de reactivos químicos como alumbre o cloruro férrico se ha
empleado con gran éxito para remover el fosforo hasta por valores debajo
de 1mg/L (Reedet al, 1995).
La aplicación de este tipo de sustancias químicas se puede realizar en
forma continua o intermitente. En las lagunas con descarga controlada es
recomendable la aplicación de reactivos químicos en forma intermitente.
La aplicación continua requiere de una cámara de mezcla que se ubica con
frecuencia entre las dos últimas dos lagunas o entre la última laguna y el
clarificador final.
Remoción de organismos patógenos
Los sistemas con varias lagunas y tiempos de retención altos presentan
buenas remociones de bacterias, parásitos y virus. La remoción de
organismos patógenos en sistemas con lagunas presenta como
consecuencia de la muerte natural de estos organismos, por sedimentación
y por adsorción, los helmintos, los quistes y huevos de parásitos se
sedimentan en el fondo de la laguna. Los sistemas con tres lagunas
facultativas y un tiempo de retención cercanos a los 20 días, al igual que
los sistemas con lagunas aireadas que cuentan con una laguna de
sedimentación antes de la descarga, proveen remociones más adecuada
con respecto a los helmintos y protozoos
71
FACTORES CLIMÁTICOS QUE AFECTAN A LAS LAGUNAS. (usom.mx,
2015)
Temperatura.
Las reacciones físicas, químicas y bioquímicas que ocurren en las lagunas
de estabilización son muy influenciadas por la temperatura.
En general y para los intervalos de temperatura normales en las lagunas,
se puede decir que la velocidad de degradación aumenta con la
temperatura, en especial en lo que concierne a la actividad de las bacterias.
Estos fenómenos son retardados por las bajas temperaturas. Por eso, el
proyecto de las lagunas debe tener en cuenta siempre las condiciones de
temperaturas más adversas.
Una caída de 10°C en la temperatura reducirá la actividad microbiológica
aproximadamente 50%. La actividad de fermentación del lodo no ocurre
significativamente en temperaturas por debajo de l7° C (Rolim, 2000).
Radiación solar.
La luz es fundamental para la actividad fotosintética, ésta depende no solo
de la luz que alcanza la superficie del agua, sino de la que penetra en
profundidad. Como la intensidad de la luz varía a lo largo del año, la
velocidad de crecimiento de las algas cambia de misma forma. Este
fenómeno da lugar a dos efectos: el oxígeno disuelto y el pH del agua
presentan valores mínimos al final de la noche, y aumentan durante las
horas de luz solar hasta alcanzar valores máximos a media tarde.
(Montreal, facultad de Ingenieria Quimica Ambiental, 2015)
Viento.
El viento tiene un efecto importante en el comportamiento de las lagunas,
ya que induce a la mezcla vertical del líquido de la laguna, una buena
mezcla asegura una distribución más uniforme de DBO, oxígeno disuelto
72
(importante para lagunas aerobias y facultativas), bacterias y algas y por lo
tanto un mejor grado de estabilización del agua residual. En ausencia de
mezcla inducida por el viento, la población de algas tiende a estratificarse
en banda estrecha, de unos 20 cm de ancho, durante las horas de luz del
día. Esta banda concentrada de algas se mueve hacia arriba o hacia abajo
en la capa superior, de 50 cm de espesor (Romero, 1999).
Evaporación.
La repercusión principal de la evaporación es la concentración de los
sólidos que contiene el agua almacenada. El consiguiente aumento de la
salinidad puede resultar perjudicial si el efluente se va a emplear en riego.
Precipitación.
El oxígeno disuelto suele bajar después de tormentas debido a la demanda
adicional de oxígeno provocada por los sólidos arrastrados por el agua de
lluvia y los sedimentos de las lagunas que se mezclan con la columna de
agua. Otro efecto de la lluvia es una cierta oxigenación en la zona
superficial de las lagunas, debido tanto al propio contenido en oxígeno de
la lluvia como a la turbulencia que provoca con su caída.
FACTORES FÍSICOS.
Estratificación.
La densidad del agua cambia con la temperatura, es mínima a 4 °C y
aumenta para temperaturas mayores o menores, el agua más cálida es
más ligera y tiende a flotar sobre las capas más frías. Durante los meses
de primavera y verano el calentamiento tiene lugar desde la superficie, la
capas superiores están más calientes que las inferiores, son menos densas
y flotan sobre ellas sin que se produzca la mezcla entre unas y otras.
Durante la primavera, la mayoría de las lagunas tienen una temperatura
casi uniforme, por lo tanto se mezclan con facilidad gracias a las corrientes
73
inducidas por los vientos. Cuando se aproxima el verano, las aguas de las
capas superiores se calientan y su densidad disminuye produciéndose una
estratificación estable.
.
Flujo a través de las lagunas.
La circulación del agua a través de la laguna viene afectada por la forma y
tamaño de ésta, la situación de entradas y salidas, velocidad y dirección de
los vientos dominantes y la aparición de diferencias de densidad dentro de
la misma. Las anomalías de flujo más frecuentes se manifiestan en la
aparición de zonas muertas, es decir, partes de la laguna en las que el agua
permanece estancada durante largos periodos de tiempo.
Profundidad.
La profundidad de las lagunas es normalmente 1.5, aunque se pueden usar
profundidades entre 1 y 2 m. El límite inferior viene condicionado a la
posibilidad de crecimiento de vegetación emergente para profundidades
menores, lo cual se desaconseja normalmente para evitar el desarrollo de
mosquitos (Romero, 1999)
Existen varias razones por las que en estos sistemas profundos se obtiene
mayor eficacia de tratamiento como es la mayor productividad de las algas
en un medio en el que tienden a sedimentar en la zona profunda y morir.
La zona profunda tiende a estar en condiciones anaerobias, y en ella se
produce la degradación lenta de compuestos orgánicos y microorganismos
sedimentados desde la superficie. De esta forma se generan nutrientes
solubles que se reincorporan a la capa superficial y contribuyen a la
actividad biológica.
En las zonas climas cálidos la mayor profundidad repercute en una
disminución de la evaporación relativa, lo que es beneficioso desde el punto
de vista del almacenamiento para riegos como para evitar aumentos de
salinidad en el efluente.
74
FACTORES QUÍMICOS Y BIOQUÍMICOS.
pH.
El valor de pH en las lagunas viene determinado fundamentalmente por la
actividad fotosintética del fitoplancton y la degradación de la materia
orgánica por las bacterias. Las algas consumen anhídrido carbónico en la
fotosíntesis, lo que desplaza el equilibrio de los carbonatos y da lugar a un
aumento del pH. Por otra parte, la degradación de la materia orgánica
conduce a la formación de dióxido de carbono como producto final, lo que
causa una disminución de pH.
Como la fotosíntesis depende de la radiación solar, el pH de las lagunas
presenta variaciones durante el día y el año. Cuanto mayor es la intensidad
luminosa, los valores del pH son más altos. Estas variaciones diarias son
muy marcadas en verano, cuando pueden alcanzarse valores de pH en
torno a 9 o mayores, partiendo de valores de 7-7.5, al final de la noche
(Rolim, 2000)
Oxígeno disuelto.
El contenido en oxígeno disuelto es uno de los mejores indicadores sobre
el funcionamiento de las lagunas. La principal fuente de oxígeno disuelto
es la fotosíntesis, seguida por la reaireacion superficial. La concentración
de oxígeno disuelto presenta una variación senoidal a lo largo del día. El
contenido en oxígeno es mínimo al amanecer y máximo por la tarde, y
puede oscilar entre un valor nulo hasta la sobresaturación. Durante el
verano es posible encontrar que las capas superficiales de las lagunas
están sobresaturadas de oxígeno disuelto.
El oxígeno disuelto presenta variaciones importantes en profundidad. La
concentración de oxígeno disuelto es máxima en superficie, y a medida que
aumenta la profundidad va disminuyendo hasta anularse. La profundidad a
75
la que se anula el oxígeno disuelto se llama oxipausa, y su posición
depende de la actividad fotosintética, el consumo de oxígeno por las
bacterias y el grao de mezcla inducido por el viento. En invierno la capa
oxigenada tiende a ser mucho más reducida que en verano.
Nutrientes.
Los nutrientes son fundamentales para la buena marcha del tratamiento en
lagunas. A medida que progresa la depuración se va produciendo una
eliminación de nutrientes que puede dar lugar a que uno o varios alcancen
concentraciones limitantes para el desarrollo subsiguiente de algas o
bacterias. En lagunas de estabilización el agotamiento de nutrientes solo
ocurre en pocas de intensa actividad biológica, y suelen venir de la
eliminación de materia orgánica hasta los niveles máximos en este tipo de
tratamiento.
3.- SISTEMAS DE CÁMARAS SÉPTICAS.
Una fosa séptica es un artilugio para el tratamiento primario de las aguas
residuales domésticas. En ella se realiza la separación y transformación
físico-química de la materia orgánica contenida en esas aguas. Se trata de
una forma sencilla y barata de tratar las aguas residuales y está indicada
(preferentemente) para zonas rurales o residencias situadas en parajes
aislados. Sin embargo, el tratamiento no es tan completo como en una
estación depuradora de aguas residuales.
Las aguas residuales que no vayan a un sistema de recogida urbano, con
alcantarillado y posterior tratamiento municipal, es decir, edificios situados
en zonas alejadas de los núcleos urbanos, deben ser tratadas en una fosa
para que con el menor flujo del agua, la parte sólida se pueda depositar
(cienos), liberando la parte líquida. Una vez hecho eso, determinadas
bacterias anaerobias actúan sobre la materia orgánica de las aguas
residuales descomponiéndola en sus componentes inorgánicos (materia
inerte), y convirtiendo parte de los sólidos en materia soluble en el agua.
76
Esta descomposición es importante, pues reduce la cantidad de materia
orgánica, y en cerca del 40% la demanda biológica de oxígeno que se
precisa para este menester, y así el agua puede devolverse a la naturaleza
con menor perjuicio para ella.
La parte sólida restante debe ser retirada cada cierto tiempo (cada uno o
dos años) y transportada a un lugar donde pueda ser tratada totalmente.
Gráfico No. 14. Esquema representativo del Sistema de Tratamiento
por Cámaras Sépticas
Fuente: www.activador biológico.com Elaborado por: Ing. Leonardo Plúa
77
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
Se cuantificó los volúmenes (demanda) de aguas residuales generadas por
la Unidad Educativa del Milenio parroquia Pascuales, cantón Guayaquil,
estableciendo una demanda de 122 m3xhab/día.
Se analizó tres sistemas de plantas de tratamiento de aguas residuales
para Unidad Educativa parroquia Pascuales, cantón Guayaquil.
Se propuso la mejor alternativa de planta de tratamiento de aguas
residuales aplicable en la zona.
RECOMENDACIONES
Los lugares de almacenamiento del gran volumen de agua residual
generados por la actividad diaria de los habitantes de la Unidad Educativa
del Milenio, deberán ser monitoreados constantemente a fin de que no
existan fallas en el funcionamiento del sistema ni sus equipos para evitar
colapso del sistema, el monitoreo deberá ser realizado por personal
capacitado para estos manejos utilizando el equipo de protección y
prevenciones personal para evitar alguna contaminación.
Dentro de las tres alternativas para tratamiento de aguas residuales se ha
tomado la mejor alternativa de acuerdo al espacio físico, condiciones
climáticas (vientos), y prevenciones respectivas que deben de tomar sin
afectar al medio ambiente y personal que transitará en la unidad educativa.
Se consideró el tratamiento más adecuado con la finalidad de que este sea
manejable, de fácil acceso para su monitoreo y el resultado del componente
sea reutilizable a fin de optimizar un recurso como es el agua potable, ya
78
que reutilizando el líquido tratado servirá para el riego del área verde
(césped) que está implantada en la Unidad Educativa, previo
descomposición y análisis adecuado se podría utilizar los lodos resultantes
de tratamiento de aguas residuales como abono orgánico.
79
VI. LA PROPUESTA
6.1. ANTECEDENTES
Existe un sinnúmero de tratamiento aplicable a las aguas residuales
producto de una actividad escolar o doméstica, las cuales dependen de las
condiciones del lugar, actividades y recursos con que se cuente para su
aplicación.
En vista de la falta de tratamiento de estos líquidos muchas colectividades
hacen sus descargas directas a cielo abierto convirtiéndose en un foco de
infección provocando enfermedades que a futuro afectaran a los
integrantes de las comunidades aledañas y habitantes propios.
Los beneficiarios directos serán los estudiantes que acogerá la Unidad
Educativa, planta de docentes, en ciertos casos padres de familia, personal
residente e intermitente que acudirá a la unidad educativa, es así que se
tomó una base emitida por el Ministerio de Educación de la cantidad de
personas que acudirán a la Unidad Educativa, que servirá de fuente de
Diseño para el cálculo de la Carga de Sólidos del Caudal Medio Diario, es
decir del caudal a tratar.
La Unidad Educativa Replica Estandarizada Técnico Simón Bolívar, tiene
un área de influencia de 3.5 Ha que tendrá alumnos por jornada (matutino,
vespertino), para los cuales utilizaran los siguientes Bloques o
Infraestructuras que a continuación se describen:
Dos Bloque de Aulas que contendrán en total veinticuatro aulas, Taller
Industrial, Taller Electro Mecánico, Taller de Costura, Laboratorio de
Idiomas, Laboratorio de Idiomas para la Comunidad, Laboratorio de Físico-
Químico, Laboratorio de Ciencias Naturales-Biología, Inspección,
Administración, Comedor, Bar, Áreas Deportivas y Patio Cívico.
80
6.2. INTRODUCCIÓN
Cuando los seres humanos utilizamos el agua en el consumo diario por ser
un solvente universal, esta se contamina para luego ser evacuada con un
contenido o presencia de cargas tipo Físico, Químicas y Orgánicas, por lo
que estas evacuaciones se convierten en un desalojo o evacuación normal,
lamentablemente el manejo inadecuado de las descargas de Aguas
Servidas ha generado severas crisis sanitarias a lo largo de toda la historia
de la humanidad que aún persisten.
A pesar de que los seres humanos estamos diseñados para vivir sanos y
en armonía, ante los efectos del impacto ambiental y la presencia de aguas
contaminadas son vulnerables siendo víctima de diversas enfermedades,
por lo tanto toda la sociedad actual se encuentra ante la demanda urgente
de encontrar una solución sanitaria definitiva que debe involucrar a todas
las autoridades competentes juntos con la sociedad civil.
Los organismos de control para los vertidos de Aguas Residuales han
desarrollado normativas que deben ser cumplidas y mantienen
supervisiones de rutina, por otro lado para cumplir con las regulaciones
algunas entidades municipales e industriales han instalados Sistemas
Depuradores Convencionales.
La propuesta dará realce a la reutilización de un recurso renovable una vez
cambiadas las características y componentes, con la finalidad de
aprovechar ese recurso y no provocar un desaprovechamiento en dicha
comunidad de un líquido reutilizable para riego.
81
6.3. JUSTIFICACIÓN
El presente trabajo estará enmarcado al uso adecuado del sistema de
tratamiento optimo que permitirá recuperar las aguas residuales
provenientes de la Unidad Educativa con los parámetros ideales tanto
Físico, Químico y Biológico, que no afectarán la salud de sus integrantes,
de manera que esas puedan ser devueltas para su reutilización en las áreas
verdes sembradas en la unidad educativa, por lo que se utilizará la
propuesta ideal por su costo de inversión y adquisición de insumos sin
dificultad alguna, con la aplicación de productos requeridos para la planta
y control de operatividad de los equipos con personal entrenado para dicha
actividad. Así mismo se cuenta con la información necesaria para realizar
dicha investigación.
6.4. OBJETIVOS
6.4.1. Objetivo General
Implementar un Método Optimo de Tratamiento de Aguas Servidas
mediante Sistema Turbo Depurador de Agua Residual para la Unidad
Educativa Replica Estandarizada Simón Bolívar.
6.4.2. Objetivos específicos
Cuantificar área requerida y condiciones del sitio previa
implementación de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales.
Aplicar especificaciones técnicas y metodología adecuada para la
construcción optima de la infraestructura a implementar.
Evaluar periódicamente el funcionamiento del sistema realizando
análisis correspondiente de agua a los parámetros estipulados por
82
el Ministerio del Ambiente para reutilización de agua tratada con
fines de riego.
6.5. BENEFICIARIOS
El número de beneficiarios que se encontraran en relación directa con el
sistema de tratamiento será el siguiente:
Por lo que se contará con una aportación de 2700 estudiantes que
contemplan una dotación o consumo de 50 l/día, de igual manera el
Personal Docente utilizara la misma dotación, mientras que el personal
residente o permanente en el colegió tendrá un consumo o dotación de 100
l/día por persona, el cálculo hidráulico de la descarga esperada para cada
instalación se estima en base a un promedio del +/- 80% de la demanda
esperada realizando una operación matemática nos queda de la siguiente
manera:
Cuadro No. 7. Cálculo de la Carga de Sólidos generada por los estudiantes.
TOTAL USUARIO (ESTUDIANTES)
𝐶𝑆𝑄𝑚𝑒𝑑 = 2700 ℎ𝑎𝑏 ∗50 𝑙𝑡𝑠
𝑑í𝑎∗ 80% = 108000 𝐿𝑡𝑠 ∗ ℎ𝑎𝑏 𝑑í𝑎⁄
𝐶𝑆𝑄𝑚𝑒𝑑 = 10800𝐿𝑡𝑠 ∗ℎ𝑎𝑏
𝑑í𝑎∗
1 𝑚3
1000 𝐿𝑡𝑠= 𝟏𝟎𝟖 𝒎𝟑 ∗ 𝒉𝒂𝒃 𝒅í𝒂⁄
83
Cuadro No. 8. Cálculo de la Carga de Sólidos generada por los Docentes.
PERSONAL DOCENTE
𝐶𝑆𝑄𝑚𝑒𝑑 = 50 ℎ𝑎𝑏 ∗50 𝑙𝑡𝑠
𝑑í𝑎∗ 80% = 2000 𝐿𝑡𝑠 ∗ ℎ𝑎𝑏 𝑑í𝑎⁄
𝐶𝑆𝑄𝑚𝑒𝑑 = 2000𝐿𝑡𝑠 ∗ℎ𝑎𝑏
𝑑í𝑎∗
1 𝑚3
1000 𝐿𝑡𝑠= 𝟐 𝒎𝟑 ∗ 𝒉𝒂𝒃 𝒅í𝒂⁄
Cuadro No. 9. Cálculo de la Carga de Sólidos generada por el Personal Residente en la Unidad Educativa del Milenio.
PERSONAL RESIDENTE
𝐶𝑆𝑄𝑚𝑒𝑑 = 10 ℎ𝑎𝑏 ∗100 𝑙𝑡𝑠
𝑑í𝑎∗ 80% = 800 𝐿𝑡𝑠 ∗ ℎ𝑎𝑏 𝑑í𝑎⁄
𝐶𝑆𝑄𝑚𝑒𝑑 = 800𝐿𝑡𝑠 ∗ℎ𝑎𝑏
𝑑í𝑎∗
1 𝑚3
1000 𝐿𝑡𝑠= 𝟎. 𝟖 𝒎𝟑 ∗ 𝒉𝒂𝒃 𝒅í𝒂⁄
Cuadro No. 10. Resumen del Cálculo de la Carga de Sólidos generada por el Personal que acude en la Unidad Educativa del
Milenio.
DEMANDA ESPERADA CON CARGA PROMEDIO
CANT. DOTAC.
l/ Día AASS (+/-
) 80%
Total usuarios (estudiantes) 2700 50 108
Personal Docente 50 50 2
Personal Residente 10 100 0,8
TOTAL (m3*hab./día) 110,8
84
Cuadro No. 11. Cálculo de la Carga de Sólidos incluido factor de seguridad máximo del personal que acude en la Unidad Educativa
del Milenio.
𝐶𝑆𝑄𝑚𝑒𝑑 = 110,8 𝑚3 ∗ ℎ𝑎𝑏 𝑑í𝑎⁄ ∗ 10% = 11.08 𝑚3 ∗ ℎ𝑎𝑏 𝑑í𝑎⁄
𝐶𝑆𝑄𝑚𝑒𝑑 = 110.8 + 11.08 = 𝟏𝟐𝟏. 𝟖𝟖 𝒎𝟑 ∗ 𝒉𝒂𝒃 𝒅í𝒂⁄
𝐶𝑆𝑄𝑚𝑒𝑑 = 𝟏𝟐𝟏. 𝟖𝟖 𝒎𝟑 ∗ 𝒉𝒂𝒃 𝒅í𝒂⁄ ≈ 𝟏𝟐𝟐 𝒎𝟑 ∗ 𝒉𝒂𝒃 𝒅í𝒂⁄
Como factor de seguridad industrial de la capacidad operativa de la Planta
de tratamiento, se debe considerar un máximo del 10%, por lo tanto el
caudal del sistema a ser tratado seria de:
𝐶𝑆𝑄𝑚𝑒𝑑 = 𝟏𝟐𝟐 𝒎𝟑 ∗ 𝒉𝒂𝒃 𝒅í𝒂⁄
84
Cuadro No. 12. ESQUEMA DE LAS VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS ANALIZADOS PARA EL
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (SENACYT - UTPL, 2010)
VENTAJAS EN LA APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS
1.- Sistema
de Turbo
depuración
Bajos costos de
operación menores a
$0,15 c/m3 tratado.
Calidad de agua a
descargar para uso
requerido.
Reducción de espacios
para implementación.
Eliminación de malos
olores.
Fácil operación y
mantenimiento.
Menor tiempo de
construcción.
2.- Sistema de
Lagunaje
Los costos de capital
resultan bajos
Requiere mínima
capacitación del
personal encargado
de su operación
La evacuación y
disposición de lodos
se realiza en
intervalos de 10 a 20
años.
Es compatible con
sistemas de
tratamiento
acuáticos o sobre el
suelo
3.- Sistema de
Cámaras de
Infiltración
Se puede usar en terrenos
irregulares, con pendiente de
hasta 10%.
− Se aplica en terrenos donde
el nivel freático se encuentre
entre 1.0 y 1.5 m de
profundidad.
− Se puede usar en suelos
fácilmente erosionados y de
moderada permeabilidad..
− Usualmente no es
necesario el control aguas
abajo.
− Reduce el impacto
ambiental en los cauces
naturales.
− No precisa personal
especializado para el control
de la depuradora.
− No produce fangos.
85
DESVENTAJAS EN LA APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS
1.- Sistema
de Turbo
depuración
Construcción de 2 tanques
de Hormigón Armado para
almacenamiento y
separación de sólidos
separación de sólidos.
Adquisición de tanques PVC
para inyección de ozono.
Consumo de energía
eléctrica.
Adquisición de equipo de
bombeo
Adquisición de equipos
blowers para aireación en
tanques
2.- Sistema de
Lagunaje
Requiere grandes
extensiones de terreno
En el efluente se da una
concentración elevada de
algas que puede
ocasionar problemas en
fuentes receptoras
superficiales.
Las lagunas sin aireación
a menudo no cumplen las
normas de descarga.
Las lagunas pueden
causar impactos
negativos sobre las aguas
subterráneas si no se
impermeabilizan o si el
recubrimiento se daña.
- Un diseño inapropiado o
una incorrecta operación
puede generar malos
olores.
3.- Sistema de
Cámaras de
Infiltración
Construcción de cámaras de
Hormigón o adquisición de
tanques PVC.
Evacuación de lodos
residuales con carga orgánica
altamente contaminada.
No realiza tratamiento de
aguas residuales para
reutilización directa.
Trabaja con un sistema de
evacuación a gravedad
únicamente por lo que se
requiere de pendientes
mínima para el desagüe.
86
Sistema de tratamiento de aguas residuales adecuado
El autor de esta investigación en base a los tres tratamientos antes analizados, y para
recuperar las características de las aguas residuales expulsadas de las actividades
humanas de la Unidad Educativa devolviéndolas no agresivas al medio ambiente,
recomienda la aplicación del sistema de TURBO DEPURACION, basados en un proceso
Aerobio con oxigenación de alto rendimiento (O2 puro), que permite la Bio Digestión
natural acelerada y extendida de lodos activados, siendo este el más eficiente debido al
poco espacio físico del sitio y especificaciones técnicas del Ministerio de Salud Pública,
leyes y reglamentos que regulan el mantenimiento del Medio ambiente, el entorno natural
y la salud de sus habitantes , ya que las ventajas que presenta son beneficiosas y por
ende ayudaran a la reutilización de los líquidos y posterior a eso a la reutilización de los
lodos provenientes de la planta de tratamiento una vez que haya realizado la
descomposición efectiva, es decir no serán agresivos al medio ambiente por lo que
servirán como abono a posibles prácticas estudiantiles ya que por el alto contenido de
nutrientes fertilizará la tierra, previo a posibles producciones agrícolas se recomienda
realizar los respectivos análisis de laboratorio de tal manera se pueda verificar su
efectividad sobre las especies permitidas.
De acuerdo a lo analizado en el párrafo que antecede y aprovechando las oportunidades
que brinda la aplicación del sistema muy favorable para el tratamiento de las aguas
residuales provenientes de la unidad educativa, previa construcción se debe dar efectivo
seguimiento a la adecuada ejecución, respetando las especificaciones técnicas y
aplicando los diseños establecidos, para que la infraestructura del Sistema de
Tratamiento para aguas residuales tenga el óptimo funcionamiento de acuerdo a lo
requerido para el almacenamiento y posible reutilización del agua tratada se contará
dentro del sistema integral con una cisterna de almacenamiento de producto final o agua
tratada de 60 m3 para ser vertida para su riego mediante un sistema automatizado de
aspersores temporizados en dos turnos fuera de los horarios de actividades educativas,
es decir por la mañana antes de la jornada educativa y por la noche después de la última
87
jornada, así mismo se deberá realizar el monitoreo constante de los líquidos que fluirán
de la planta de tratamiento de aguas residuales una vez cumplido su ciclo de tratamiento.
Razón por la cual no aplica la propuesta del sistema de tratamiento número dos como lo
es el Sistema de Tratamiento por Lagunaje, debido a que esto implica contar con la
disponibilidad de una gran extensión de terreno para la construcción de la infraestructura
e general que realizara el tratamiento de las aguas residuales, tales como lagunas antes
citadas en el respectivo tratamiento, así mismo este se tornaría una fuente de cría de
mosquitos por las grandes cantidades de aguas que se almacenarían en caso de que
por razones involuntarias se descuide su tratamiento, mantenimiento o abastecimiento
de bacterias que combatirían los microorganismos contaminantes del líquido
almacenado para tratarse.
De igual manera el Sistema de tratamiento número tres denominado Sistema de Cámara
de Infiltración para tratamiento de aguas residuales en la zona educativa no es
considerado a pesar de que su proceso se lo realiza de una manera sencilla tal como se
lo explica en el desarrollo y es sumamente económico pero que al final conlleva a una
deposición del líquido semi tratado no apta para realizar la deposición a un canal o río
que afectaría a futuro a comunidades aledañas si a estos canales no se le realiza la
limpieza necesaria y el tratamiento solicitado para mantener la salubridad dentro de las
zonas aledañas al área escolar en análisis, por lo que alteraríamos el entorno natural
posible contaminación ambiental hasta una extinción de especies endémicas de ser el
caso.
GARANTÍAS
La estructura de hormigón (tanque) tiene una garantía de durabilidad de 50 años, siendo
diseñado bajo los criterios de recomendación de ACI (American Concrete Institute) y
cumpliendo con los requerimientos establecidos por la norma durante la construcción
utilizando hormigón reforzado de resistencia 210 kg/cm2 y un recubrimiento de 6 cm
según lo recomendado en la ACI para estructuras soterradas.
Las estructuras en PVC tendrán una garantía de 30 años con respecto a los tanques.
88
El equipamiento un año de garantía por daños de fabricación
GARANTÍA EN CUMPLIMIENTO DE PARÁMETROS
Los parámetros de descarga en base a las ordenanzas ministeriales tabla tulas en DBO,
DQO, Solidos Suspendidos, Aceites y grasas, tenso activos y demás:
Aceites y Grasas Valor Permisible 100 mg/l
DBO5 Valor Permisible 120 mg/l
DQO Valor Permisible 240 mg/l
Potencial de Hidrogeno Valor Permisible 5-9
Solidos Suspendidos Totales Valor Permisible 95 mg/l
89
6.6. REFERENCIA TEÓRICA
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93
ANEXOS
94
Anexo 1. Resultado emitido por el Laboratorio del Análisis del Agua tratada
en Unidad Educativa del Milenio. (CHÁVEZ SOLUCIONES AMBIENTALES
Cía. Ltda.)
95
Anexo 2. Servicio de Acreditación Ecuatoriana (OAE LE C 14-002)
N° RAZON SOCIAL CAMPOS ACREDITADOS CIUDAD CERTIFICADO
27
Laboratorio
CHAVEZSOLUTIONS
Ambientales
Cía.Ltda.
Ensayos Físico – químicos en
emisiones gaseosas de fuentes fijas
a la atmósfera, Acústica ambiental,
Ensayos Físico – químicos en aguas,
suelos y sedimentos, Ensayos Físico –
químicos en resinas
Quito
OAE LE C 14-002
FUENTE: http://www.acreditacion.gob.ec
96
Anexo 3. Parámetros de cumplimiento para aguas de uso estético
FUENTE: ANEXO 1 DEL LIBRO VI DEL TEXTO UNIFICADO DE LEGISLACIÓN SECUNDARIA DEL
MINISTERIO DEL AMBIENTE: NORMA DE CALIDAD AMBIENTAL Y DE DESCARGA DE EFLUENTES AL RECURSO AGUA.- CRITERIOS DE CALIDAD PARA AGUAS DE USO ESTETICO
97
Anexo 4. Parámetros de cumplimiento para descargas de agua al sistema de
alcantarillado público
FUENTE: ANEXO 1 DEL LIBRO VI DEL TEXTO UNIFICADO DE LEGISLACIÓN SECUNDARIA DEL MINISTERIO
DEL AMBIENTE: NORMA DE CALIDAD AMBIENTAL Y DE DESCARGA DE EFLUENTES AL RECURSO AGUA-
TABLA 9.-LIMITE DE DESCARGA AL SISTEMA DE ALCANTARILLADO PÚBLICO
98
Anexo 5. Parámetros de cumplimiento para descargas a un cuerpo receptor
de agua dulce
FUENTE: ANEXO 1 DEL LIBRO VI DEL TEXTO UNIFICADO DE LEGISLACIÓN SECUNDARIA DEL
MINISTERIO DEL AMBIENTE: NORMA DE CALIDAD AMBIENTAL Y DE DESCARGA DE EFLUENTES AL
RECURSO AGUA- TABLA 10.-LIMITE DE DESCARGA A UN CUERPO DE AGUA DULCE
99
Anexo 6. Parámetros de cumplimiento para descargas a un cuerpo de agua
marina
FUENTE: ANEXO 1 DEL LIBRO VI DEL TEXTO UNIFICADO DE LEGISLACIÓN SECUNDARIA DEL MINISTERIO
DEL AMBIENTE: NORMA DE CALIDAD AMBIENTAL Y DE DESCARGA DE EFLUENTES AL RECURSO AGUA-
TABLA 11.-LIMITE DE DESCARGA A UN CUERPO DE AGUA MARINA
100
Anexo 7.- Detalle Fotográfico Constructivo - Operativo
101
102
Anexo 8.- Requerimiento para actualización de resultados de ensayos de
laboratorios y contenido de agua tratada
103
Anexo 9.- Respuesta a Requerimiento para actualización de resultados de
ensayos de laboratorios y contenido de agua tratada