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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS

ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

TEMA

EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE MATERIA

ORGÁNICA, DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS

RESIDUALES DEL RECINTO CHARQUIYACU,

CANTÓN CALUMA PROVINCIA BOLÍVAR

AUTORES

STALIN PATRICIO ARGUELLO JIMÉNEZ.

DAVID ALEJANDRO YTURRALDE COELLO.

TUTOR

ING. CORAPI PIETRO, MSc.

GUAYAQUIL, ABRIL 2019

ii

Dedicatoria

A toda mi familia que me han guiado por el camino del bien formándome de virtudes

y consejos de ellos sabiendo siempre que puedo contar con ellos, dedicando cada

momento de su tiempo.

Mis padres formaron un gran lazo dándome mis estudios formándome como

profesional nunca dejare de estar tan feliz por darles este gran logro se merecen eso

y más son unos excelentes padres los quiero mucho.

A los docentes de la facultad de ciencias matemáticas y físicas por impartir grandes

conocimientos adquiridos a través de las clases recibidas.


iii

Dedicatoria

A mi madre Narcisa Por todo el amor que me ha brindado, sus consejos, su

paciencia por llenarme de valores y sobre todo a ser humilde y por siempre alentarme

a perseguir mi meta de ser un profesional.

A mi padre Mauricio por formar de mí una persona de bien por enseñarme que las

cosas se las gana con trabajo, por sus consejos y sus esfuerzos que han permitido

prepararme.

A mi hermana Lady por depositar en mí su confianza, por sus consejos, por su

apoyo económico y moral que siempre estuvieron presente a lo largo de mi vida

universitaria.


iv

Agradecimiento

A las personas que hicieron posible este gran logro a mis padres: ANGEL

ARGUELLO, ROSA JIMÉNEZ por estar ahí en todo momento apoyándome siempre

que no desmaye que siga adelante con los estudios.

Estoy profundamente agradecido a Dios por darme la oportunidad de nacer en esta

hermosa familia luchadora con grandes valores, formándome cada día como una gran

persona, por darme la vida y la salud.

A mi otra mitad como es mi hermano DANILO ARGUELLO por esta pendiente de

mi en toda mi carrera y mi adolescencia apoyándome en todo, mis amigos que

estuvieron ahí en cada momento que necesitaba de un consejo.


v

Agradecimiento

En primer lugar, agradezco a dios por darme la vida y haberme permitido

prepararme, a mis padres por sus consejos que fueron el pilar fundamental, para ser

de mí una persona de bien de seguir buenos pasos, a mis 2 hermanos y a mis 3

hermanas, a mí cuñado Gustavo, a mi novia Maite por su apoyo incondicional.

A mis abuelos y a mis tíos por su apoyo moral de sabios consejos que me han

servido de mucho esta etapa de mi vida.

A los buenos amigos que puede hacer a lo largo de mis estudios y estuvieron

conmigo en los buenos y malos momentos.

Al tutor por guiarnos a sacar adelante y culminar de forma correcta este trabajo de

titulación.


vi

Declaración expresa

Articulo XI.- del Reglamento de graduación de la Facultad de Ciencias

Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil.

La responsabilidad de los hechos ideas y doctrinas expuestas en este trabajo de

titulación corresponden exclusivamente al autor y al patrimonio intelectual de la

Universidad de Guayaquil.

STALIN PATRICIO ARGUELLO JIMÉNEZ

CI. 0953291655

DAVID ALEJANDRO YTURRALDE COELLO

CI. 0928065291

vii

Guayaquil 26 De marzo del 2019

CERTIFICADO DEL TUTOR REVISOR

Yo, Ing. ANDRES VILLAMAR CARDENAS , MSc., habiendo sido nombrado tutor del

trabajo de titulación “EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE

MATERIA ORGÁNICA, DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS

RESIDUALES DEL RECINTO CHARQUIYACU, CANTÓN CALUMA PROVINCIA

BOLÍVAR”, certifico que el presente, elaborado por el Sr. STALIN PATRICIO

ARGUELLO JIMENEZ con C.I.: 0953291655 y el Sr. DAVID ALEJANDRO

YTURRALDE COELLO con C.I.: 0928065291, del núcleo estructurante SANITARIA,

con mi respectiva supervisión como requerimiento parcial para la obtención del título

de INGENIERO CIVIL, en la Carrera de Ingeniería Civil, ha sido REVISADO Y

APROBADO en todas sus partes, encontrándose apto para su sustentación.

Atentamente,

ING. ANDRES VILLAMAR CARDENAS , MSc.

DOCENTE TUTOR REVISOR

C.I.: 0920430683

ANEXO 11

Universidad de Guayaquil Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas

Escuela de Ingeniería Civil

UNIDAD CURRICULAR DE TITULACIÓN

Telf: 2283348

viii

Guayaquil 09 de Abril del 2019

LICENCIA GRATUITA INTRANSFERIBLE Y NO EXCLUSIVA PARA EL USO NO

COMERCIAL DE LA OBRA CON FINES NO ACADÉMICOS

Nosotros, ARGUELLO JIMENEZ STALIN PATRICIO con C.I.: 0953291655 y

YTURRALDE COELLO DAVID ALEJANDRO con C.I.: 0928065291, certificamos

que los comentarios desarrollados en este trabajo de titulación, cuyo título es

“EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DE REMOCIÓN DE MATERIA ORGÁNICA,

DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS DEL

RECINTO CHARQUIYACU, CANTÓN CALUMA PROVINCIA BOLÍVAR”, son de mi

absoluta propiedad y responsabilidad y según el Art. 114 del CÓDIGO ORGÁNICO

DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E

INNOVACIÓN, autorizo el uso de una licencia gratuita intransferible y no exclusiva

para el uso no comercial de la presente obra con fines no académicos, en favor de la

Universidad de Guayaquil, para que haga uso del mismo, como fuera pertinente.

Atentamente,

ANEXO 12

Universidad de Guayaquil Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas

Escuela de Ingeniería Civil

UNIDAD CURRICULAR DE TITULACIÓN

Telf: 2283348

DAVID ALEJANDRO YTURRALDE COELLO

C.I.: 0928065291

STALIN PATRICIO ARGUELLO JIMENEZ

C.I.: 0953291655

CODIGO ORGANICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN

(Registro Oficial n. 899-Dic./2016) Articulo 114.- De los titulares de derechos de obras creadas en las instituciones

de educación superior y centros educativos. - En el caso de las obras creadas en centros educativos, universitarios,

escuelas politécnicas, instituto superiores técnicos, tecnológicos, pedagógicos, de arte y los conservatorios

superiores, e institutos públicos de investigación como resultado de su actividad académica o de investigación tales

como trabajos de titulación, proyectos de investigaciones o innovación, artículos académicos, u otros análogos, sin

perjuicio de que pueda existir relación de dependencia, la titularidad de los derechos patrimoniales corresponderá a

los autores. Sim embrago, el establecimiento tendrá una licencia gratuita, intransferible y no exclusiva para el uso

no comercial de la obra con fines académicos.

ix

Tribunal de graduación

Ing. Gustavo Ramírez Aguirre, Msc.

Decano

Ing. Andrés Villamar Cárdenas, Msc.

Tutor Revisor

Ing. Andrés Rivera Benítez, Msc.

Vocal

x

Índice General

Capítulo I

El problema

1.1 Planteamiento del problema. .................................................................... 1

1.2 Evaluación del problema. ......................................................................... 1

1.3 Objetivos: ................................................................................................. 2

1.3.1 Objetivo general. ................................................................................... 2

1.3.2 Objetivos específicos. ............................................................................ 2

1.4 Justificación del tema. .............................................................................. 3

1.5 Delimitación del proyecto. ........................................................................ 3

1.6 Metodología de la investigación. .............................................................. 4

1.7 Ubicación del proyecto. ............................................................................ 5

Capítulo II

Marco Teórico

2.1 Antecedentes del Estudio ......................................................................... 7

2.1.1 En el mundo .......................................................................................... 7

2.1.2 En América ............................................................................................ 8

2.2 Fundamentación Epistemológica .............................................................. 8

2.3 Marco Contextual ................................................................................... 10

xi

2.4 Marco Conceptual .................................................................................. 11

2.4.1 El agua ................................................................................................ 11

2.4.2 El agua residual. .................................................................................. 11

2.4.2.1 Clasificación de las Aguas Residuales ............................................. 11

2.4.2.2 Aguas residuales domésticas. .......................................................... 11

2.4.2.3 Aguas residuales industriales. .......................................................... 12

2.4.2.4 Composición de las Aguas Residuales Domésticas ......................... 13

2.5 Tratamiento de aguas residuales ........................................................... 13

2.5.1 Procesos físicos. ................................................................................. 14

2.5.2 Procesos químicos. ............................................................................. 14

2.5.3 Procesos biológicos. ............................................................................ 15

2.5.3.1 Proceso anaerobio. ............................................................................ 15

2.5.3.2 Proceso aeróbico. .............................................................................. 16

2.5.3.3 Comparación procesos aerobios y anaerobios. ................................. 17

2.5.4 Tratamiento Preliminar ........................................................................ 18

2.5.5 Tratamiento primario ........................................................................... 18

2.5.6 Tratamiento Secundario ...................................................................... 21

2.5.7 Tratamiento Terciario o Avanzado ....................................................... 22

2.5.8 Características del agua ...................................................................... 23

2.5.8.1 Características Físicas del agua ....................................................... 23

2.5.8.2 Características químicas .................................................................. 25

xii

2.6 Características biológicas del agua ........................................................ 28

2.7 Marco Legal ............................................................................................ 29

2.7.1 Normas generales para descarga de efluentes a cuerpos de agua

dulce…………………………… .......................................................... 29

Capítulo III

Metodología de Investigación

3.1. Métodos de investigación. ..................................................................... 32

3.2. Parámetros a analizar. .......................................................................... 33

3.2.1. Calculo del caudal .............................................................................. 33

3.2.1.1. Calculo de población de diseño aplicando los métodos: aritmético,

geométrico, wappus. ......................................................................... 34

3.3. Descripción de la planta de tratamiento. ............................................... 40

3.3.1. Trampa de grasa. ............................................................................... 40

3.3.2. Vertederos. ......................................................................................... 41

3.3.3. Tanque séptico. .................................................................................. 42

3.3.4. Filtro anaerobio. .................................................................................. 45

3.3.5. Zanjas de infiltración. .......................................................................... 46

3.4. Esquema de la planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR). ..... 46

3.5. Procesos de los parámetros analizados. ............................................... 49

xiii

Capítulo IV

4.1. Cálculo de la eficiencia de remoción de la materia orgánica. ................ 62

4.1.2. Calculo de eficiencia de un filtro anaerobio de flujo ascendente como

único tratamiento biológico ................................................................ 62

4.1.3. Procedimiento para el cálculo de la eficiencia de remoción de la

PTAR……………………….………………………………………….. .... 74

4.2. Resultado de la descarga en el cuerpo receptor (rio Charquiyacu). ...... 77

Capítulo V

5.1. Conclusiones ......................................................................................... 78

5.2. Recomendaciones ................................................................................. 79

Bibliografía

Anexos

xiv

Índice de tablas

Tabla 1: Coordenadas de la planta de tratamiento. ............................................... 6

Tabla 2: Comparación entre sistemas Anaerobio y Aerobio. ............................... 18

Tabla 3: Límite de descarga a un cuerpo de agua dulce. .................................... 30

Tabla 4: Estimación del crecimiento poblacional del Reciento Charquiyacu ....... 34

Tabla 5: cálculo de población futura proyecta a 20 años..................................... 34



Tabla 8: Promedio de cálculos de población futura aplicando los 3 métodos ..... 36

Tabla 9: Niveles de servicio para sistemas de abastecimiento de agua, disposición

de excretas y residuos líquidos ................................................................................ 37

Tabla 10: Dotaciones de agua para los diferentes niveles de servicio ................ 38

Tabla 11: Resultado del análisis del D.Q.O. ........................................................ 51

Tabla 12: Resultado del análisis de D.B. O5 ........................................................ 52

Tabla 13: Resultado del análisis de solidos suspendidos.................................... 54

Tabla 14: Resultado del análisis de solidos totales ............................................. 54

Tabla 15: Resultado del análisis de aceites y grasas .......................................... 55

Tabla 16: Resultado del análisis Nitrógeno Amoniacal........................................ 56

Tabla 17: Resultado del análisis de Nitrógeno Total KJELDAHL ........................ 57

Tabla 18: Resultado del análisis pH .................................................................... 58

xv

Tabla 19: Resultado del análisis Coliformes ........................................................ 59

Tabla 20: Resultado de todos los parámetros analizados según la norma TULSMA

(Texto Unificado de Legislación Secundaria Medio Ambiente), N°-097-A Libro VI .. 61

Tabla 21: Criterios de diseño para filtros anaeróbicos aplicables para el post

tratamiento de efluentes de reactores anaerobios. .................................................. 62

Tabla 22: Eficiencias típicas de remoción. .......................................................... 76

xvi

Índice de ilustraciones

Ilustración 1:Mapa general del cantón Caluma .................................................... 5

Ilustración 2:Ubicación del proyecto (Zoom in). ................................................... 6

Ilustración 3: Aguas Residuales Domesticas. .................................................... 12

Ilustración 4: Aguas residuales industriales ....................................................... 12

Ilustración 5:Esquema de la composición de las aguas residuales domesticas 13

Ilustración 6: Principio de Floculación. ............................................................... 20

Ilustración 7:Tratamiento secundario de las aguas residuales. .......................... 21

Ilustración 8: Tratamiento terciario de las aguas residuales. ............................. 23

Ilustración 9:Depósito de lodos residuales PTAR. ............................................. 41

Ilustración 10:Vertedero PTAR. ......................................................................... 42

Ilustración 11:Tanque Séptico PTAR ................................................................. 43

Ilustración 12:Deposito de lodos. ....................................................................... 44

Ilustración 13: Filtro anaerobio PTAR. ............................................................... 45

Ilustración 14: Zanja de infiltración PTAR. ......................................................... 46

Ilustración 15: Loseta prefabricada (PTAR). ...................................................... 47

Ilustración 16: Esquema de la planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR).

............................................................................................................................. 48

Ilustración 17: Procesos de los parámetros analizados. .................................... 49

Ilustración 18: Medidor del DQO. ....................................................................... 50

Ilustración 19: Medidor del DQO. ....................................................................... 51

xvii

Ilustración 20: Incubadora para DBO. ................................................................ 52

Ilustración 21: Estufa. ......................................................................................... 53

Ilustración 22: Espectrofotómetro. ..................................................................... 56

Ilustración 23: Medidor de PH. ........................................................................... 58

Ilustración 24: Tubos positivos. .......................................................................... 59

xviii

Resumen

En el presente trabajo de titulación, se evalúa la eficiencia de remoción de la

materia orgánica de la planta de tratamiento del recinto Charquiyacu del cantón

Caluma, Provincia del Bolívar. Para la caracterización del agua residual se estudiaron

algunos parámetros que constan en la norma para la descarga en un cuerpo de agua

dulce, la planta de tratamiento está compuesta de un sistema anaerobio. Se tomaron

muestras a la entrada y a la salida de la planta de tratamiento para calcular la

eficiencia de remoción de la materia orgánica, también se tomaron muestras aguas

arriba y aguas abajo del punto de descarga de la planta en el cuerpo receptor con el

fin de observar la carga contaminante y la influencia de la descarga en el mismo.

Los parámetros objeto de análisis fueron: Demanda Bioquímica de Oxígeno,

Demanda Química de Oxigeno, solidos suspendidos totales, solidos totales, aceites

y grasas, Coliformes fecales, pH, nitrógeno amoniacal, nitrógeno total Kjeldahl,

temperatura y caudal.

Palabras claves: EVALUACIÓN-EFICIENCIA-REMOCIÓN-PTAR-CHARQUIYACU

xix

Abstract

In the present thesis project, the efficiency of removal of organic matter from the

treatment plant enclosure of Charquiyacu, city of Caluma, Bolivar Province was

evaluated. To characterize the wastewater, were studied some of the parameters

included in the standard for freshwater body discharge. The treatment plant is

composed of an anaerobic system. Samples were taken at the entrance and exit of

the treatment plant to obtain the efficiency of removal of organic matter, samples were

also taken upstream and downstream of the discharge point of the treatment plant in

the receiving body in order to observe the pollutant load and the influence of the

discharge in the river.

The analysed parameters were DBO, DQO, total suspended solids, total solids, oils

and fats, faecal coliforms, pH, ammoniacal nitrogen, Kjeldahl total nitrogen,

temperature.

Keywords: EVALUATION-EFFICIENCY-REMOTION-PTAR-CHARQUIYACU

xx

Introducción

El presente proyecto se orienta al funcionamiento de la planta de tratamiento agua

servida existente y la evaluación de la remoción de materia orgánica, con la que opera

actualmente la planta de tratamiento de aguas residuales domesticas del recinto

Charquiyacu Cantón Caluma Provincia Bolívar, que busca prevenir la propagación de

enfermedades y malos olores en el sector

Las aguas servidas se componen de líquidos y sólidos, poseen materia orgánica,

nutriente y componentes tóxicos, el uso del sistema de tratamiento de aguas

residuales para el recinto Charquiyacu es de gran importancia para los habitantes del

sector, ya que reduce la carga contaminante a través de diferentes procesos hacia el

cuerpo receptor de agua dulce.

El alcance que se muestra en este proyecto nos brinda soluciones óptimas, con lo

que se pretende hacer consideraciones de tipo técnico sobre las condiciones de la

planta y el impacto que genera en el cuerpo receptor de agua dulce, y medio ambiente

en la que se encuentra ubicada.

La eficiencia de remoción de materia orgánica se determina utilizando los valores

límites de las normas como es el acuerdo ministerial N° 097-A “Norma de Calidad

Ambiental y de Descarga de Efluentes”, entre estos límites nombraremos lo más

importantes que se debe realizar Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO), Demanda

Química de Oxigeno (DQO), Coliformes Fecales, Solidos Suspendidos Totales,

Aceites y Grasas Gravimétrico, los ensayos se los realizan en laboratorios acreditados

por el Servicio de Acreditación Ecuatoriana (SAE). Se busca evaluar la eficiencia de

remoción en qué condiciones trabaja actualmente la planta de tratamiento, de esta

manera comprobar si cumple con el límite máximo permisible dentro de la norma

xxi

establecidas por el TULSMA (Texto Unificado de Legislación Secundaria del

Ministerio del Ambiente) (Decreto Ejecutivo 3516, 2017).

Según el número de habitantes y la dotación tomadas de la secretaria nacional del

agua podemos calcular el caudal que ingresa a la planta determinando el

cumplimiento de las dimensiones mínima de la planta, con esto se obtendrá un

diagnóstico sobre el funcionamiento y operación del sistema de tratamiento, la forma

que fue diseñada y el sistema de tratamiento que utiliza la planta de aguas residuales

domésticas.

Debemos tomar en cuenta que la planta de tratamiento de aguas residuales

(PTAR), fue construida en el año 2012 debido a la necesidad del Recinto

Charquiyacu, Cantón Caluma de una planta de tratamiento ya que la descarga de las

aguas residuales se las hacia directamente al estero Charquiyacu, causando

enfermedades y malos olores en el sector.

Debemos de tomar en cuenta que la planta está compuesta de diferentes

secciones, cada una posee su función y debido a las condiciones en las cuales se

encuentra actualmente la planta se realizara ensayos de análisis Físico, Químico y

Biológico, para su evaluación y dar a conocer los contaminantes que descarga.

1

Capítulo I

El problema

1.1 Planteamiento del problema.

No todas las viviendas se encuentran conectadas hacia la red primaria de la

planta de tratamiento de aguas residuales debido a la falta de conexión de la

tubería primaria hacia la planta generando afectaciones a la salud y

contaminación, se ha detectado filtraciones en la planta y malas condiciones por

su mantenimiento, este problema genera mal olores y afectación al Recinto

Charquiyacu, Cantón Caluma Provincia Bolívar.

1.2 Evaluación del problema.

Debido a las condiciones que se encuentra la planta de tratamiento de aguas

residuales doméstica, existen elementos contaminantes que pueden afectar al

efluente tomando en cuenta los parámetros de diseño.

La falta de mantenimiento de la planta de tratamiento nos permite visualizar

las filtraciones existentes, no obstante, la eficiencia de remoción puede estar en

limites muy altos.

2

1.3 Objetivos

1.3.1 Objetivo general.

Analizar los datos de población y dotación per-cápita para calcular el caudal

de ingreso y evaluar la eficiencia de remoción de materia orgánica con ensayos

de laboratorio de tipo Físico, Químico y Biológico, del sistema de tratamiento de

aguas residuales domesticas del Recinto Charquiyacu, Cantón Caluma Provincia

Bolívar los cuales deben estar establecidas por la norma TULSMA (Texto

Unificado de Legislación Secundaria del Ministerio del Ambiente).

1.3.2 Objetivos específicos.

1) Identificar la cobertura de la red de aguas residuales del Recinto

Charquiyacu, mediante los diseños existentes en el municipio del

Cantón Caluma, para verificar su abastecimiento del sector, con el fin

de determinar el caudal de ingreso a la PTAR.

2) Realizar ensayos de laboratorio del agua residual, tanto a la entrada

como la salida de la PTAR, para verificar el cumplimiento con los

parámetros establecidos TULSMA.

3) Evaluar las condiciones del efluente a través de ensayos de laboratorio,

tomando muestras aguas arriba y aguas abajo de la zona de descarga

para la observación de la carga contaminante existentes en el cuerpo

receptor.

4) Evaluación del sistema de remoción orgánica, a través de fórmulas

establecidas, para medir los porcentajes de la eficiencia de remoción.

3

1.4 Justificación del tema.

La presente investigación se realiza con el fin de dar un buen manejo a la

gestión de las aguas residuales domésticas, procediendo a la evaluación de la

planta en qué condiciones funciona actualmente la remoción de materia

orgánica, las dificultadas al momento de realizar su tratamiento considerando el

mejoramiento de la planta de tratamiento que ayudarían a establecer problemas

futuros, se realizara la observación de parámetros DBO(Demanda Bioquímica

de Oxigeno), DQO( Demanda Química de Oxigeno), deben cumplir la norma

establecidas TULSMA (Texto Unificado de Legislación Secundaria del Ministerio

del Ambiente), para evitar el aumento de enfermedades, malos olores y

bacterias que contaminen los afluentes.

1.5 Delimitación del proyecto.

Se consideró un sistema de tratamiento primario en esta planta de tratamiento

de aguas residuales domésticas, que permite retirar los sólidos orgánicos y

solidos inorgánicos por medio del proceso físico de sedimentación.

El presente trabajo de titulación se enfocará en la evaluación del sistema de

remoción de materia orgánica de las aguas residuales domésticas del Recinto

Charquiyacu ,Cantón Caluma Provincia Bolívar , fundamentaremos en dar una

valoración real de lo que ocurre en la planta de tratamiento de aguas residuales,

se identificara los problemas existentes y se plantea una propuesta de mejora la

cual debe cumplir las especificaciones estipuladas en el TULSMA (Texto

Unificado de Legislación Secundaria del Ministerio del Ambiente), con el fin de

4

controlar la propagación de enfermedades, malos olores en el sector y evitar

contaminación ambiental.

Se identifican soluciones técnicas para el mejoramiento de la planta tanto en

su mantenimiento como en su infraestructura acorde al periodo de diseño

proyectado.

1.6 Metodología de la investigación.

El presente trabajo será investigativo contara con ensayos tomados en el

sector en la planta depuradora, se tomara muestra tanto a la llegada como la

salida de la planta de tratamiento también se tomara aguas arriba y aguas abajo

del punto de descarga hacia el efluente se realizara los ensayos pertinentes

para que los parámetros establecidos por las normas sean verificados, tomando

en cuenta los porcentajes, de laboratorios acreditados por el SAE (servicio de

acreditación del Ecuador) el cual genera resultados con límites permisibles que

deben estar expuestos el agua residual.

Se tomará en cuenta el uso de libros, artículos científicos, bibliografías

relacionadas a temas sanitarios especialmente en tratamiento de aguas

residuales que forman parte fundamental para mejorar el tema planteado.

5

1.7 Ubicación del proyecto.

Ilustración 1: Mapa general del cantón Caluma

Fuente: GAD Municipal de Caluma

El Recinto Charquiyacu posee un clima subtropical y templado las

temperaturas oscilan entre 20°C a 24°C en los meses de mayo a septiembre y

de 24°C a 28°C en los meses de octubre a abril.

La principal actividad económica es la agricultura basado en los sembríos de

naranja, cacao, café, plátano, maíz, también forma parte la ganadería, pero en

menor proporción, pose una diversidad de flora con 20 especies forestales y 12

especies arbustivas como: cascarilla, moral fino, cabo de hacha, cedro

colorado, paja toquilla, colca, cadi etc.

La fauna varia se encuentra 25 especies los principales son las aves y los

mamíferos silvestres como: azulejo, ardilla, cusumbo, y los que se encuentran

en peligro de extinción tenemos la guanta, guatusa, y los monos debido a la

destrucción de su cadena alimenticia.

6

Charquiyacu también posee zonas turísticas como son sus dos cascadas

llamadas cascada las tres pailas, cascada las golondrinas.

La planta de tratamiento de aguas residuales domesticas se encuentra

ubicado en el Recinto Charquiyacu perteneciente al Cantón Caluma, Provincia

de Bolívar, la cual se encuentra en medio de dos efluentes, pero solo descarga

a un solo cuerpo receptor. (Ilustración 2)

La planta se encuentra dentro de las siguientes coordenadas UTM WGS 84:

Tabla 1: Coordenadas de la planta de tratamiento.

Coordenadas Planas UTM

Sistema WGS84 ZONA 17S

PUNTO X Y

1 698022.64 9824870.69

2 698042.39 9824862.78

3 698057.84 9824902.22

4 698040.26 9824908.91

Elaborado: Stalin Arguello & David Yturralde

Ilustración 2: Ubicación del proyecto (Zoom in).

Fuente: Global Mapper Versión 18.0 (b092616)

7

Capítulo II

Marco Teórico

2.1 Antecedentes del Estudio.

Las antiguas civilizaciones encauzaban el agua servida hacia los lagos, ríos o

cauces de agua que se encontraban cercanos ya que las ciudades se construirán

cerca de los cauces de agua. (Envitech, 19 de enero del 2010)

2.1.1 En el mundo.

Las aguas residuales aparecieron desde que el hombre se dio cuenta que

utilizando el agua podría limpiar y desalojar los desperdicios generados es su

acción diaria. Los datos registrados con más antigüedad del uso de

alcantarillados y drenajes se han encontrado en Nippur cuidad parte de la antigua

Mesopotamia, estas antiguas estructuras son de 5000 años A.C (Orozco, 2005).

El hombre utilizaba el agua como una solución para deshacerse de los

desechos que generaba, pero no se percató que al hacer esto a diario en un

corto plazo se convertiría en una situación problemática. Cuando se incorporó

un tratamiento se lo llevo a cabo, vertiendo el agua directamente hacia el suelo,

pero este no tuvo la capacidad de absorber los volúmenes de aguas

contaminadas que con el pasar del tiempo se producían y fue así como después

se generaron epidemias en diversos países.

Se puede señalar que exclusivamente a inicios de la década de los 60,

términos semejantes como contaminación del aire y del agua, cuidado de medio

ambiente, empezaron a ser palabras de uso frecuente.

8

Antes de esa década esas palabras no eras muy habituales para la sociedad,

desde ese tiempo el ser humano ha sido atacado por los medios de

comunicación con la fatal idea de que el hombre está trabajando para

autodestruirse al contaminar el medio ambiente en que se encuentra, todo esto

con el fin de bien material (Ramalho, 1990).

2.1.2 En América.

Empezó funcionando una estación de depuración experimental en Estados

Unidos, conocida con el nombre de Lawrence, la estación generaba un extenso

campo de probabilidades para el tratamiento de las aguas, varios tipos de niveles

de contaminación y que corroboraba que podía tratar aproximadamente de

44000 a 350000 m3 de aguas residuales por hectárea/año.

Los métodos artificiales eran otra alternativa de tratamiento de aguas, en gran

relación con lo que se ejecutaban para el consumo humano y se podían distinguir

en las siguientes categorías: procedimientos físicos, mediante electricidad y

calor; mecánicos, como la decantación y filtración artificial y químicos empleando

sustancias como la cal. (Locken, 2017)

2.2 Fundamentación Epistemológica.

Se ha progresado mucho con lo que tiene que ver con la gestión del agua en

Latinoamérica, de todas formas, cuando se dialoga de gestión de recursos

hídricos surge algo inconcluso, aguas residuales.

Los efectos económicos son claros en muchas oportunidades en el impacto

que se producen por este tipo de residuos exceden la inversión que se requiere

para la depuración de estas aguas, el agua contaminada puede generar muchas

enfermedades y es un peligro latente para la salud, en tanto más contaminada

9

se encuentre la fuente de agua se requiere de procesos más exigentes para su

potabilización,

Entre el 2010 y 2030 los países de la región necesitarían invertir 33000

millones de dólares en equipamiento para tratar las aguas residuales. Ya están

trabajando al respecto la mayoría de los países de Latinoamérica porque ya han

comprendido esta realidad. (CAF, 2016).

Cuando estemos en la necesidad de plantear o diseñar una planta de

tratamiento de aguas residuales se deben conceptuar varios objetivos, en tanto

debemos de tener en consideración los recursos económicos y técnicos de los

cuales dispongamos en aquel momento, así como de las disposiciones ya

establecidas para la correcta descarga a los afluentes debido a las protecciones

ecológicas.

Es muy útil y necesario en tratamiento de las aguas residuales ya que gracias

a eso conseguimos:

• Preservar el medio ambiente y cuidar la salud de las personas.

• Evitar el contagio de muchas enfermedades que producen los

patógenos que se encuentran en las aguas residuales.

• Estas aguas tratadas pueden ser reutilizadas en lugares donde no se

requiera de agua potable como regio de áreas verdes, lavado de

automóviles, limpieza etc.

• Permite preservar ríos y mares mitigando así los niveles de

contaminación a nivel mundial.

10

2.3 Marco Contextual.

La planta de tratamiento se encuentra ubicada en el Recinto Charquiyacu

perteneciente al Cantón Caluma Provincia de Bolívar.

El recinto Charquiyacu cuenta con una planta de tratamiento de aguas

residuales provenientes del uso doméstico de las viviendas y de esta manera

poder descargarlas al cuerpo receptor en este caso un rio, de la manera correcta

evitando la contaminación y cumpliendo con las normas.

La Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) se compone de:

• Trampa de grasa

• Vertederos

• Tanque séptico

• Filtro anaeróbico

La investigación que hemos realizado está enfocada en la Evaluación de la

Eficiencia de remoción de la materia orgánica de la planta de tratamiento de

aguas residuales.

La planta de tratamiento realiza la descarga hacia el cuerpo receptor mediante

una zanja de infiltración.

La municipalidad de Caluma realiza de manera regular los muestreos de las

aguas tratadas como lo indica la norma ambiental y la dirección de medio

ambiente con la que se encuentra regularizada.

11

2.4 Marco Conceptual

2.4.1 El agua.

Es un compuesto químico que está formado por dos átomos de hidrogeno y

uno de oxigeno su fórmula es H2O, el agua es incolora, inodora e insípida y

forma parte del 71% del planeta en que habitamos, el agua la podemos encontrar

en tres estados que son : solido , líquido y gaseoso , el agua salada de los mares

y océanos equivale al 96.5% del agua de la tierra , mientras que el 3,5% es agua

dulce que pertenece a los ríos , lagos , aguas subterráneas etc. (Ambiental,

2017).

2.4.2 El agua residual.

La producción de las aguas residuales es una consecuencia que el ser

humano no puede eludir. Para un buen correcto tratamiento hay que dominar el

conocimiento de sus propiedades físicas, químicas y biológicas, así como de su

significado y de los principales efectos que pueden causar sobre el cuerpo

receptor. (Romero, 2010).

2.4.2.1 Clasificación de las Aguas Residuales.

Según su origen las aguas residuales se clasifican en aguas residuales

domésticas y aguas residuales industriales.

2.4.2.2 Aguas residuales domésticas.

Las aguas residuales domesticas son aguas empleadas con fines higiénicos:

aguas de baños, lavanderías, cocinas etc.

Estas aguas llegan a través de descargas hidráulicas originarias de las

viviendas hacia una red de alcantarillado, los residuos que llegan generalmente

suelen contener grasas y materia orgánica. (Geovanny, 2015). (Ilustración 3)

12

Ilustración 3: Aguas Residuales Domesticas.

Fuente: (Infofueguina, s.f.)

2.4.2.3 Aguas residuales industriales.

Las aguas residuales industriales se originan del proceso de elaboración,

innovación que se emplean en las fábricas para la producción de productos.

Estas aguas constan con cualidades propias según el tipo de industria.

(Geovanny, 2015). ( Ilustración 4)

Ilustración 4: Aguas residuales industriales

Fuente: Spenagroup, (s.f.)

13

2.4.2.4 Composición de las Aguas Residuales Domésticas.

Estas están conformadas en un 99,9% de agua y en un 0,1% de sólidos, ya

sean estos suspendidos o disueltos. El 0,1% de los sólidos es aquel que se

necesita remover para que el agua vuelva a ser reutilizada, el 99,9% restante de

agua es la que es útil para transportar los sólidos (Metcalf-Eddy., 2003).

(Ilustración 5)

Ilustración 5: Esquema de la composición de las aguas residuales domesticas

Fuente: (Metcalf-Eddy., 2003)

2.5 Tratamiento de aguas residuales

El tratamiento de aguas residuales se fundamenta en una secuencia de

procesos físicos, químicos y biológicos que tienen como objeto eliminar los

contaminantes que se encuentran en el agua afluente del uso humano, el agua

luego del tratamiento debe cumplir con los parámetros dispuestos por la ley de

control de efluentes para poder emitirlo en un medio natural (cuerpo receptor),

sin generar percusiones negativas o de contaminación (Geovanny, 2015)

14

2.5.1 Procesos físicos.

El tratamiento de las aguas residuales comienza por la segregación física de

los sólidos de mayor tamaño, que suele ser basura del cauce de aguas

domesticas o industriales colocando un sistema de rejillas, después se suele

utilizar un desarenado para la segregación de solidos pequeños como la arena

luego de una sedimentación primaria que segregue los sólidos suspendidos

presentes en el agua residual. El proceso sigue con la conversión de la masa

biológica diluida en una masa biológica solida empleando bacterias adecuadas,

comúnmente presentes en el agua, una vez que la masa biológica es removida

o segregada, proceso al que se llama sedimentación secundaria, el agua tratada

puede padecer procesos adicionales o también llamado tratamiento terciario

como desinfección, filtración etc. (Geovanny,2015).

2.5.2 Procesos químicos.

Forman parte del proceso de tratamiento de las aguas residuales y se

emplean en la mayoría de las plantas para incrementar la calidad del efluente y

certifica que exista un medio con las condiciones óptimas para la actividad

bacteriana.

Este tratamiento abarca básicamente de dos etapas: coagulación y

floculación. La coagulación es el proceso donde se desestabilizan y

contrarrestan las cargas superficiales de las partículas obstaculizadas, se

fundamenta en conseguir que las materias coloidales y en suspensión presentes

en el agua formen coágulos mediante cambios de polaridad. La floculación es el

proceso donde se aglutinan las sustancias existentes en el agua residual para

facilitar después su decantación, en tanto que la fase de floculación los coágulos

15

generados por la coagulación se amontonan formando flóculos, lo que permite

su fácil separación del agua tratada. (Geovanny, 2015)

Al producirse un complemento de procesos químicos (coagulantes,

floculantes, neutralizadores de pH) se altera la estructura química y se genera

precipitación de componentes que se encuentran disueltos en el agua, este

proceso se emplea para la eliminación de manganeso y hierro transformándolos

a una forma oxidada, o de los sulfatos mediante aditamento de hidrogeno y a su

siguiente precipitación a un pH conveniente. (Geovanny, 2015)

2.5.3 Procesos biológicos.

Se lleva a cabo el tratamiento biológico de aguas residuales mediante una

sucesión de importantes procesos de tratamiento que tienen en general emplear

microorganismos (entre los que predominan las bacterias) para así eliminar los

componentes solubles en el agua. Estos procesos utilizan la capacidad de los

microorganismos de asimilar la materia orgánica e inorgánica y los nutrientes

(nitrógeno y fosforo) existentes en el agua residual para su propio crecimiento.

(Condorchem Evitech, 2017).

2.5.3.1 Proceso anaerobio. Es un proceso en el que los microorganismos

anaerobios transforman la materia orgánica en biogás por falta de oxígeno. El

proceso anaerobio es un proceso energéticamente eficaz que se utiliza

típicamente para tratar las aguas residuales industriales de alta carga es decir

que tienen altas concentraciones de DBO, DQO y SST. Un sistema anaerobio se

puede utilizar en un pretratamiento de las aguas residuales antes de ser dirigidas

a un sistema colector o antes de un pulimiento aerobio. (Systems., 2017).

16

Estos procesos necesitan de reducido consumo energético, menor cantidad

de productos químicos y del mismo modo significan un ahorro en el manejo de

lodos en comparación con los procesos aerobios, asimismo el biogás generado

por la digestión anaerobia puede emplearse como fuente de energía renovable

para reducir el consumo energético en el mismo tratamiento del agua residual.

(Evitech, 2017).

Uno de los procesos más antiguos utilizados en la estabilización de fangos es

la digestión anaerobia, en él se genera la descomposición de la materia orgánica

e inorgánica en ausencia de oxigeno molecular. En este proceso la materia

contenida en la mezcla de fangos biológicos se transforma biológicamente, bajo

condicione anaerobias, en metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2). (Gordon,

1987)

2.5.3.2 Proceso aeróbico. Se puede definir los “Procesos Biológicos de

depuración Aerobia” como aquellos empleados por determinados grupos de

microorganismos (principalmente bacterias), que en presencia de oxigeno se

comportan sobre la materia orgánica e inorgánica disuelta, suspendida y coloidal

presente en el agua residual, convirtiéndola en gases y materia celular que

puede alejar fácilmente mediante sedimentación. Se conoce como fango

biológico a los flóculos formados por la unión de materia orgánica, bacterias y

sustancias minerales.

El tratamiento aerobio transforma la materia orgánica en dióxido de carbono,

biomasa (lodo) y agua con ayuda de oxígeno. El metabolismo aerobio es muy

eficaz en la destitución de material orgánico por lo que la eficiencia del

17

tratamiento de aguas residuales es mayor al 95% en términos de DBO. En

general existen procesos de biomasa suspendida y biomasa fija.

Los objetivos que tienen este tipo de tratamiento son la transformación de la

materia orgánica y la coagulación y eliminación de los sólidos coloidales no

sedimentables. También se busca la eliminación de fosforo y nitrógeno en el

caso de las aguas residuales urbanas.

2.5.3.3 Comparación procesos aerobios y anaerobios. En general, los

sistemas anaeróbicos son empleados para tratar aguas residuales que constan

una gran concentración de carga orgánica, con un DBO5 entre los 1000 y 1500

mg/l; mientras que los sistemas aeróbicos son empleados para cargas orgánicas

medias y bajas. (Gordon, 1987)

Solo tienen un metabolismo óptimo los microorganismos anaeróbicos entre

los 30 y 40°C por lo que es necesario suministrar la energía necesaria para que

puedan alcanzar su temperatura de funcionamiento. (Geovanny, 2015)

Los procesos aeróbicos operan más eficientes en un rango de pH entre 6.5 y

8.5 mientras que en los procesos anaeróbicos las bacterias metanogénicas son

muy sensibles a los cambios de pH y por lo general operan en un rango óptimo

de entre 6.5 y 7.5. (Geovanny, 2015)

18

Tabla 2: Comparación entre sistemas Anaerobio y Aerobio.

Sistema aerobio Sistema anaerobio

Se requiere un alto porcentaje de

energía

Se requiere un bajo porcentaje de

energía

Alcanza una eficiencia del 95 % Alcanza una eficiencia entre 70 % al

90%

Tiene una alta producción de lodos Tiene una baja producción de lodos

No produce biogás Produce biogás

Es adecuado para bajas y medias

cargas de impurezas

Es adecuado para altas

concentraciones de impurezas

Funciona con aguas a temperatura

ambiente

Funciona con aguas relativamente

cálidas >25°C

Elaboración: David Yturralde; Stalin Arguello

2.5.4 Tratamiento Preliminar.

El tratamiento preliminar es el encargado de la preparación de las aguas

residuales, su principal función es garantizar las instalaciones para tener un

adecuado funcionamiento, así de esta forma hacer más eficaz el proceso, y que

el agua residual se transporté a las siguientes fases en favorable estado.

(Romero, 2010)

2.5.5 Tratamiento primario.

Luego de las fases preliminares el primer tratamiento que reciben las aguas

residuales es comúnmente la sedimentación de los sólidos suspendidos, en un

tanque apropiado en el que se mantienen las aguas por un intervalo de 0.5 a 3

horas o más, que es justo para dejar que el 40% al 65% de los sólidos finamente

divididos, se depositen en el fondo del tanque, del cual se extraen en forma de

19

lodos mediante colectores mecánicos. La sedimentación primaria es una

ejecución diseñada para remover y concentrar solidos suspendidos orgánicos

del agua residual.

Antes se consideraba que el nivel primario era suficiente en una planta de

tratamiento, y que la sedimentación primaria era la ejecución más importante. En

la actualidad la solicitación de tratamientos a nivel secundarios ha concedido a

la sedimentación primaria un rol reducido.

Mucho de los procesos de tratamientos secundarios tienen la capacidad de

manejar los sólidos orgánicos solo si se ha realizado una correcta remoción de

escoria y arena mediante el pretratamiento.

Se aumenta la tasa de sedimentación en algunas plantas de tratamiento,

añadiendo procesos llamados coagulación y floculación químicas al tanque de

sedimentación. (Marín Ocampo, 2013)

Coagulación: En las aguas residuales se hallan gran número de impurezas,

las cuales suelen tener distintos tamaños y pueden ser sustancias solubles o

materia en suspensión.

La sedimentación logra la separación de gran parte de esas impurezas,

también se puede manifestar que alguna de estas es muy pequeña como para

obtener un proceso de eliminación eficaz.

A las aguas se le agrega un coagulante el cual permite que las partículas

formen agregados de mayor tamaño y que se genere fácilmente la separación

del agua y las partículas por sedimentación.

20

A este proceso de formación de agregados es conocido como coagulación.

(Aguilar, 2002)

Floculación: La creación de flóculos es resultado de la agrupación de las

partículas descargadas al ponerse en vínculo unas con otras. Esta puede ser

generada por el choque entre las partículas, la floculación puede ser orto

cinética, que es la persuadida por la energía enlazada al líquido por fuerzas

externas (paletas giratorias) y por el movimiento del fluido son producidos los

contactos, o pericinetica que es la suscitada dentro del líquido por el movimiento

que poseen las partículas en él, producto de la agitación, por efecto de la

gravedad y el peso de las partículas. (Acosta, 2006). (Ilustración 6)

Ilustración 6: Principio de Floculación.

Fuente: (spenagroup, s.f.)

21

2.5.6 Tratamiento Secundario.

Posteriormente que el tratamiento primario se encarga de eliminar de un 40 al

60% de los sólidos en suspensión y de un 20 a 40% de la DBO5 concurrente en

el agua residual.

El tratamiento biológico como se lo conoce al tratamiento secundario es el

responsable de disminuir la materia orgánica presente en el agua. Comúnmente

los procesos que se aplican en esta fase son aeróbicos esto se refiere que los

microrganismos empleados actúan en presencia de oxígeno disuelto.

La producción nueva materia orgánica es indirectamente producto en el

proceso del tratamiento biológico y esta se debe excluir antes de efectuar la

descarga del agua tratada al cauce del cuerpo receptor. Para lo cual existen

varios procesos alternativos para el tratamiento secundario en los cuales

tenemos, lodos activados, lagunas de aireación y filtro de goteo. (Baca U., y

otros, 2014). (Ilustración 7)

Ilustración 7: Tratamiento secundario de las aguas residuales.

Fuente: (Revista de cultura científica)

22

2.5.7 Tratamiento Terciario o Avanzado.

Cuando se requiere de un tratamiento más efectivo que el genera tratamiento

secundario, o si el agua va a ser reutilizada es necesario un tratamiento

avanzado de las aguas residuales. Generalmente se utiliza el término de

tratamiento avanzado como sinónimo de tratamiento terciario, pero no son

exactamente lo mismo, el tratamiento de tercera fase o terciario suele emplearse

para eliminar el fosforo mientras que le tratamiento avanzado puede adicionar

pasos eliminando contaminantes recalcitrantes, existen procesos que permiten

excluir más de un 99% de los sólidos en suspensión y disminuir la DBO5 en igual

proporción. Los sólidos disueltos se disminuyen por medio de procesos como la

osmosis inversa y electrodiálisis. La exclusión del amoniaco, la desnitrificación y

la precipitación de los fosfatos pueden disminuir el contenido en nutrientes, si se

procura la reutilización del agua residual, la desinfección por tratamiento con

ozono es considerado el método más veraz, excepción hecha de la cloración

extrema. Es posible que en el futuro sea común el uso de estos y otros métodos

de tratamientos de los residuos a la vista de los esfuerzos que se están

empleando para preservar el agua mediante su reutilización (Soledad Rodríguez,

2009). (Ilustración 8)

23

Ilustración 8: Tratamiento terciario de las aguas residuales.

Fuente: (Cyclusid, s.f.)

2.5.8 Características del agua

2.5.8.1 Características Físicas del agua.

Color: Es una característica que se halla presente en las aguas y este se

debe a los, material coloidal, sustancias en solución y sólidos suspendidos.

El color que es generado por los sólidos suspendidos es al que designamos

color aparente en tanto el que es causado por sustancias coloidales y disueltas

se la denomina color verdadero. El color verdadero se lo consigue sobre una

muestra filtrada. (Crites, 2000)

Turbiedad: Es una forma directa de medir la concentración de las partículas

detenidas en un líquido; mide el efecto de la disgregación que estas partículas

presentan al paso de la luz; y es función del número, tamaño y forma de

partículas. La turbiedad del agua superficial es debido a partículas de lodos de

sílice de diámetros que varían entre 0.2 a 5 mm. La coagulación de estas

24

partículas es muy sencilla de realizar cuando el pH perdura dentro del rango

óptimo. (Cárdenas, 2000)

Olor: Comúnmente los olores en las aguas son causados por los gases que

se generan en la desintegración de la materia orgánica o por sustancias que se

agregan a las aguas residuales. (EEAA, 2002)

Temperatura: La temperatura del agua se crea por la absorción de la

radiación de las capas superiores del líquido, estando unida a la energía cinética

media de sus moléculas. Los cambios de temperatura perjudican la solubilidad

de gases y sales en el agua, en general, a todas propiedades químicas y su

proceder microbiológico. (Galvin, 2003)

Sólidos Totales: A la materia que se logra como residuo luego que el agua

es sometida a un proceso de evaporación a una temperatura entre 103 y 105°C

se lo define como contenido de solidos totales, no se define como aquella materia

sólida que se extravían durante la evaporación debido a la alta presión del vapor.

En tanto los sólidos sedimentados como su nombre señala son aquellos que

se sedimentan en el fondo de un recipiente (cono de imhoff), durante la duración

de un tiempo de 60 minutos.

Estos sólidos sedimentados son representados en unidades de ml/l e

interpretan una medida aproximada de la cantidad de lodo que se conseguirá de

la sedimentación primaria del agua residual. (Da Cámara, 7 de abril de 2004)

Sólidos Disueltos Totales: Son sustancias orgánicas e inorgánicas solubles

en el agua y que no son retenidas en el material filtrante. El término sólidos hace

referencia a materias suspendidas o disueltas en un medio acuoso. La resolución

25

de solidos disueltos totales mide precisamente el total de residuos sólidos

filtrables (residuos orgánicos y sales) a través de una membrana con poros de

2.0 μm (o más pequeños). (Marín Ocampo, 2013)

2.5.8.2 Características químicas.

Aceites y Grasas: El contenido de grasas y aceites en aguas residuales se

lo obtiene por extracción de la muestra de residuo con triclorotrifluoroetano (las

grasas y aceites son solubles en triclorotrifluoroetano. En términos químicos las

grasas y aceites de origen vegetal o animal son parecidos pues

fundamentalmente son esteres formados de ácidos grasos, alcohol y glicerol

(glicerina). De estos triglicéridos, aquellos que están en estado líquido a

temperatura ambiente se llaman aceites y los que permanecen en estado sólido

se llaman grasas.

Si las grasas y aceites no son extraídas del agua residual en los procesos de

pretratamiento como seria lo adecuado, estás tienden a aglomerarse en los

procesos siguientes de depuración.

Si las grasas no son extraídas antes de descargar las aguas residuales

tratadas al cuerpo receptor podrían atentar con la vida biológica en la superficie

de las fuentes receptoras formando películas desagradables a la vista. (Crites,

2000)

Potencial de Hidrogeno pH: El PH inicial que debe poseer una muestra a

tratar perjudica significativamente la coagulación y comúnmente hay un rango de

PH óptimo que cambia según la muestra de agua estudiada y los reactivos

utilizados.

26

El PH adecuado para los procesos de tratamiento generalmente está en el

rango de 6.5 a 8.5. En el caso de valores de PH debajo del rango optimo, se

puede emplear hidróxido de sodio y cal para incrementarlo a 6. Si se lleva a cabo

la coagulación fuera del rango óptimo de PH, se necesitaría incrementar la

cantidad de coagulante. Se debe tener en cuenta que el PH de la muestra se

afecta según el tipo y cantidad de los coagulantes y ayudantes de coagulación

utilizados. (Trujillo, Junio de 2014)

Metales Pesados: Son constituyentes importantes de muchas aguas, aunque

también se encuentran cantidades a nivel de muchos metales, entre ellos se

puede destacar el Manganeso (Mn), el Cromo (Cr), el Níquel (Ni), el Cadmio

(Cd), el Cinc (Zn), el Cobre (Cu), el Hierro (Fe), y el Mercurio (Hg). Muchos

metales son catalogados contaminantes prioritarios, aunque cabe aclarar que

varios de ellos son necesarios para que la vida biológica se desarrolle con

normalidad y la falta de cantidades suficientes podría restringir el crecimiento de

las plantas como por ejemplo las algas.

Por ende, debido a su toxicidad la presencia en cantidades exageradas de

cualquiera de ellos inducirá de gran manera con el uso de las aguas. Es por esta

razón que resulta adecuado controlar y medir las concentraciones de estas

sustancias presentes en el agua. (CIDTA, 2010)

Sulfuros: Gas muy soluble en agua y de severidad tóxica. En la dinámica del

sulfuro en aguas debe indicarse por su importancia la constitución de sulfuros

insolubles con algunos elementos metálicos, afianzando así este estado de

máxima reducción del S e impidiendo, o al menos dificultando, la posterior

oxidación del mismo.

27

En tanto, la presencia de H2S libre en aguas bien oxigenadas es sumamente

extraña (ya que se produciría su rápida oxidación por oxigeno presente en el

medio) siendo habitual, por el contrario, la existencia de sulfhídrico en aguas

residuales a causa de la disminución bacteriana de sulfatos. (Galvin, 2003)

Sulfatos: El ion sulfato, SO4, corresponde al grupo de las sales regularmente

solubles a muy solubles. Las aguas dulces contienen de 2 a 150 ppm, entretanto

que el agua marina cerca de 3000ppm.

No obstante, en agua pura se satura a 1500 partes (ppm), como sulfato de

calcio (SO4Ca), la existencia de otras sales incrementa su solubilidad. La

exclusión del sulfato se efectúa por intercambio iónico. (Lapeña, 1989)

Tensoactivos: también conocidos como Agentes de actividad superficial, son

moléculas orgánicas grandes que se conforman de un grupo fuertemente

vigorosamente hidrofóbico (insoluble en agua) y uno vigorosamente hidrofílico

(soluble en agua).

Su presencia en las aguas residuales resulta de la descarga de detergentes

domésticos, lavanderías industriales y otras operaciones de limpieza. Los

Tensoactivos tienden aglomerarse en la interface aire – agua y pueden generar

la aparición de espumas en las plantas de tratamiento de aguas residuales y en

la superficie de los cuerpos receptores de los vertimientos de agua residual

tratada. (Crites, 2000)

Compuestos Fenólicos: Son compuestos orgánicos que proviene del

benceno por la sustitución de átomos de hidrogeno.

28

Los compuestos fenólicos no son sustancias que estén regularmente

presentes en el agua natural, solo si estas fluyen o cruzan zonas de turberas o

aguas ricas en materia húmicas.

El origen de estos compuestos está relacionado a los afluentes industriales

provenientes de pasta de papel, refinerías de petróleos, explotaciones marinas

industrias químicas y farmacéuticas y pinturas bituminosas. (Galvin, 2003)

2.6 Características biológicas del agua.

Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO): La demanda Bioquímica de

Oxigeno, DBO es generada por la Materia Orgánica lanzadas a las masas y

corrientes de agua, la cual se convierten en alimento para las bacterias que se

multiplican de forma instantánea. Estas bacterias en condiciones aerobias se

alimentarán de oxigeno causando reducción de Oxígeno Disuelto. La DBO se

determina como la cantidad de oxigeno necesaria para descomponer la materia

orgánica (MO) concurrente en el agua residual mediante la acción de bacterias

en condiciones aerobias. La DBO es generada por la respiración de las bacterias

y cesara al debilitarse totalmente la materia orgánica (MO). La DBO se sugirió

en el año de 1912 como un método indirecto para medir la MO. Hoy en día se

efectúa a 5 días y a 20°C, y se representa con el símbolo DBO5.

No obstante, puede realizarse a diferentes tiempos, por ejemplo, la DBO7 es

la demanda medida a los siete días, y la DBOU (DBO última total) es la medida

hasta el agotamiento de la MO que generalmente toma de 20 a 30 días. (Orozco,

2005)

Demanda Química de Oxigeno (DQO): La prueba de la demanda química

de oxigeno se ha creado para alegar las objeciones hechas a la prueba de la

29

demanda bioquímica de oxígeno en lo pertinente al tiempo requerido. Las

indeterminaciones relativas a la constante K de velocidad de la reacción, y a la

demanda total de oxigeno de la primera fase. Esta prueba se fundamenta en la

digestión química de la muestra con un agente oxidante como el dicromato de

potasio. No se ha regularizado ni acogido extensamente ninguna prueba de

determinación. Se ha estimado que estas pruebas pueden ser beneficiosas para

la normalización del funcionamiento de las instalaciones de tratamiento de las

aguas negras. (Harold E. Babbitt, 1965)

2.7 Marco Legal

La fundamentación legal del trabajo de titulación expuesto se basa en el

ANEXO 1 DEL LIBRO VI DEL TEXTO UNIFICADO DE LEGISLACION

SECUNDARIA DEL MINISTERIO DEL AMBIENTE: NORMA DE CALIDAD

AMBIENTAL Y DE DESCARGA DE EFLUENTES AL RECURSO AGUA.

2.7.1 Normas generales para descarga de efluentes a cuerpos de agua

dulce.

Dentro del límite de actuación, los municipios tendrán la facultad de definir

las cargas máximas permisibles a los cuerpos receptores de los sujetos de

control, como resultado del balance de masas para cumplir con los criterios de

calidad para defensa de los usos asignados en condiciones de caudal crítico y

cargas contaminantes futuras. Estas cargas máximas serán aprobadas y

validadas por la Autoridad Ambiental Nacional y estarán consignadas en los

permisos de descarga.

30

Si el sujeto de control es un municipio, este podrá proponer las cargas

máximas permisibles para sus descargas, las cuales deben estar justificadas

técnicamente; y serán revisadas y aprobadas por la Autoridad Ambiental

Nacional.

En el caso de la planta de tratamiento de Charquiyacu, la descarga se realiza

a cuerpo de agua dulce, por lo que presentamos la siguiente tabla.

Tabla 3: Límite de descarga a un cuerpo de agua dulce.

Parámetros Expresado como Unidad Límite máximo

permisible

Aceites y Grasas. Sust. solubles en hexano mg/l 30,0

Alkil mercurio mg/l No detectable Aluminio Al mg/l 5,0

Arsénico total As mg/l 0,1 Bario Ba mg/l 2,0

Boro Total B mg/l 2,0 Cadmino Cd mg/l 0,02

Cianuro total CN‐ mg/l 0,1 Cinc Zn mg/l 5,0

Cloro Activo Cl mg/l 0,5

Cloroformo

Ext. carbón cloroformo

ECC mg/l

0,1

Cloruros Cl‐ mg/l 1 000 Cobre Cu mg/l 1,0

Cobalto Co mg/l 0,5 Coliformes Fecales NMP NMP/100 ml 2000

Color real 1 Color real unidades de color

Inapreciable en dilución:

1/20 Compuestos fenólicos Fenol mg/l 0,2

Cromo hexavalente Cr+6 mg/l 0,5

Demanda Bioquímica de Oxígeno (5 días)

DBO5

mg/l

100

Demanda Química de Oxígeno

DQO mg/l 200

Estaño Sn mg/l 5,0 Fluoruros F mg/l 5,0

Fósforo Total P mg/l 10,0 Hierro total Fe mg/l 10,0

Hidrocarburos Totales de Petróleo

TPH mg/l 20,0

Manganeso total Mn mg/l 2,0 Materia flotante Visibles Ausencia Mercurio total Hg mg/l 0,005

Níquel Ni mg/l 2,0 Nitrógeno amoniacal N mg/l 30,0

Nitrógeno Total Kjedahl N mg/l 50,0

31

Compuestos Organoclorados

Organoclorados totales

mg/l 0,05

Compuestos Organofosforados

Organofosforados totales

mg/l 0,1

Plata Ag mg/l 0,1 Plomo Pb mg/l 0,2

Potencial de hidrógeno pH 6‐9

Selenio Se mg/l 0,1 Sólidos Suspendidos

Totales SST mg/l 130

Sólidos totales ST mg/l 1 600

Sulfatos ‐ 2

SO4 mg/l 1000

Sulfuros S‐ 2 mg/l 0,5

Temperatura oC Condición natural

± 3

Tensoactivos

Sustancias Activas al azul de metileno

mg/l 0,5

Tetracloruro de carbono

Tetracloruro de carbono mg/l 1,0

Fuente: Norma de calidad ambiental y de descarga de efluentes. (TULSMA, 2015).

32

Capitulo III

Metodología de la investigación

El trabajo investigativo se fundamenta en las caracterizaciones del agua

residual doméstica, las muestras para los ensayos de laboratorio se tomaron de

la planta de tratamiento de aguas residuales del recinto Charquiyacu

perteneciente al Cantón Caluma, efectuándose una evaluación a la entrada de

la PTAR y salida para verificar si cumple con los parámetros establecidos por el

TULSMA.

Con los resultados obtenidos podemos determinar la carga contaminante de

ingreso y salida, la eficiencia de remoción de materia orgánica del sistema de

tratamiento.

Para la determinación de las condiciones del efluente se realizó dos tomas de

muestras para verificar en qué condiciones se encuentra el efluente, tantas

aguas arriba del punto donde descarga la planta para observaciones de cómo

se encuentra el efluente, y aguas abajo para evaluar que ocurre cuando

descarga la planta al afluente en qué condiciones se encuentra el efluente cuanta

contaminación se puede diferenciar entre dos puntos de muestra.

3.1. Métodos de investigación.

La metodología a implementarse en este trabajo de titulación es investigativa

y comparativa, ya que se busca identificar los problemas existentes, plantear

propuestas técnicas para el mejoramiento de la planta, tanto en su

mantenimiento como en su infraestructura. Para efectuar un análisis de las aguas

a la entrada y la salida nos basaremos al (Texto Unificado de Legislación

Secundaria del Ministerio del Ambiente) “TULSMA” y para determinar los límites

33

permisibles para la descarga al cuerpo receptor nos fundamentamos en la Norma

de Calidad y de Descarga de Efluentes. (Libro VI Edición Especial 387 de 4-nov.

2015)

3.2. Parámetros a analizar.

Los parámetros que se analizaran en las muestras de aguas arriba y aguas

abajo son los siguientes: Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO), Demanda

Química de Oxigeno (DQO), pH, Coliformes Fecales, Solidos Suspendidos,

Solidos Totales, Nitrógeno Amoniacal, Nitrógeno Kjeldahl, Aceites y Grasas, los

ensayos se realizaron en el laboratorio de la facultad de Ing. Química de la

Universidad de Guayaquil que es acreditado por el Servicio de Acreditación

Ecuatoriana (SAE).

3.2.1. Calculo del caudal

Periodo de diseño: De acuerdo a la experiencia nacional, el periodo de

diseño para el proyecto es 20 años.

Los estudios fueron realizados en el año 2009 según la auditoría ambiental de

cumplimiento del proyecto determinó la necesidad de la construcción de una

planta de tratamiento de aguas residuales, la construcción tanto de la red de

alcantarillado como de la planta se ejecutó en el año 2012.

Población actual: La encuesta realizada por el consultor determina el

resultado siguiente: Población total, 376 habitantes.

34

Tabla 4: Estimación del crecimiento poblacional del Reciento Charquiyacu

AÑO

Población estimada con el

1.0123 % de crecimiento

2007 367

2008 372

2009 376

Fuente: Censo Municipal 2006

Elaboración: Dirección de Planificación

3.2.1.1. Calculo de población de diseño aplicando los métodos:

aritmético, geométrico, wappus.

Mediante los métodos nombrados en el capítulo 2 utilizaremos los tres

métodos para proceder a calcular la población futura proyectada a 20 años,

fundamentándonos en los censos del municipio para realizar su respectivo

promedio de los tres métodos dándonos un valor final de la población a 20 años.

Método Aritmético.

Tabla 5: cálculo de población futura proyecta a 20 años

MÉTODO ARITMÉTICO CADA 5 AÑOS

POBLACIÓN PROYECTADA

AÑOS POBLACIÓN K 2014 2019 2024 2029

2007 367,00 4,50 398,50 421,00 443,50 466,00

2008 372,00 4,00 396,00 416,00 436,00 456,00

2009 376,00

PROMEDIO 397 419 440 461

Elaborado: Stalin Arguello & David Yturralde.

FORMULAS A CONSIDERAR:

𝑘 = 𝑃𝑢𝑐− 𝑃𝑐𝑖

𝐴𝑢𝑐− 𝐴𝑐𝑖 𝑃𝑓 =PUC + K (Af +Auc)

𝑃𝑢𝑐 =Poblacion del Último Censo 𝐴𝑐𝑖 =Año del Censo Inicial

𝑃𝑐𝑖 =Poblacion del Censo Inicial 𝐴𝑢𝑐 =Año del último Censo

35

𝑘 =Tasa de Crecimiento Poblacional

Método Geométrico.




γ = [𝑃𝑢𝑐

𝑃𝑐𝑖]

1(𝐴𝑢𝑐 − 𝐴𝑐𝑖)⁄

− 1 𝑃𝑓 = 𝑃𝑢𝑐 [1 + ϒ ](𝐴𝑓 − 𝐴𝑢𝑐)

γ =Tasa de Crecimiento Poblacional 𝐴𝑓 =Año proyectado

𝑃𝑢𝑐 = Población del Último Censo 𝐴𝑢𝑐 =Año del Ultimo Censo

𝑃𝑐𝑖 = Población del Censo Inicial

Método de Wapuss.


MÉTODO DE WAPPUS CADA 5 AÑOS


AÑOS POBLACIÓN I 2014 2019 2024 2029

2007 367,00 1,21 399,50 424,53 451,25 479,84

2008 372,00 1,07 396,66 418,50 441,61 466,12

2009 376,00

PROMEDIO 398 422 446 473


MÉTODO GEOMÉTRICO CADA 5 AÑOS


AÑOS POBLACIÓN ϒ 2014 2019 2024 2029

2007 367,00 0,01 399,48 424,42 450,92 479,08

2008 372,00 0,01 396,65 418,44 441,43 465,68

2009 376,00

PROMEDIO 398 421 446 472

36


𝑖 = 200∙(𝑃𝑢𝑐− 𝑃𝑐𝑖)

(𝐴𝑢𝑐− 𝐴𝑐𝑖)∗(𝑃𝑢𝑐+ 𝑃𝑐𝑖) 𝑃𝑓 = 𝑃𝑐𝑖 [

200 + 𝑖(𝐴𝑓− 𝐴𝑐𝑖)

200 − 𝑖(𝐴𝑓− 𝐴𝑐𝑖)]

𝑖 = Tasa de Crecimiento Poblacional 𝐴𝑓 = Año proyectado

𝑃𝑢𝑐 =Población del Último Censo 𝐴𝑢𝑐 = Año del Último Censo

𝑃𝑐𝑖 = Población del Censo Inicial

Tabla 8: Promedio de cálculos de población futura aplicando los 3 métodos

MÉTODOS

AÑOS ARITMÉTICO GEOMÉTRICO WAPPUS PROMEDIO

2014 397 398 398 398

2019 419 421 422 421

2024 440 446 446 444

2029 461 472 473 469


Población de Diseño: Como resultado del estudio poblacional, la población

de diseño es 469 habitantes para un periodo de diseño al año 2029.

Calculo dotación promedia futura.

Para realizar el cálculo de la dotación media futura nos regiremos a la norma

de diseño para abastecimiento de agua potable disposición de excretas y

residuos líquidos en el área rural. (Norma CO 10.7 – 602 – Revisión)

Como primer punto estableceremos el nivel de servicio conforme con la

siguiente tabla:

37

Tabla 9: Niveles de servicio para sistemas de abastecimiento de agua, disposición de excretas y residuos líquidos

NIVEL SISTEMA DESCRIPCIÓN

0

AP Sistemas individuales. Diseñar de acuerdo a las

disponibilidades técnicas, usos previstos del agua, preferencias y capacidad económica del usuario

EE

Ia

AP Grifos públicos

EE Letrinas sin arrastre de agua

Ib

AP Grifos públicos más unidades de agua para lavado de

ropa y baño

EE Letrinas sin arrastre de agua

IIa

AP Conexiones domiciliarias, con un grifo por casa

EE Letrinas con o sin arrastre de agua

IIb

AP Conexiones domiciliarias, con más de un grifo por casa

ERL Sistema de alcantarillado sanitario

Simbología utilizada:

AP: Agua potable

EE: Eliminación de excretas

ERL: Eliminación de residuos líquidos

Fuente: Secretaria nacional del agua

38

Para nuestro trabajo de titulación utilizaremos el nivel de servicio llb, debido a

que las conexiones son con más de un grifo por domicilio y una red de

alcantarillado.

De acuerdo al nivel de servicio de agua potable y aguas servidas la norma de

la secretaria del agua nos muestra una tabla con las dotaciones especificadas

para los diferentes niveles de servicio, como se muestra en la siguiente tabla:

Tabla 10: Dotaciones de agua para los diferentes niveles de servicio

NIVEL DE SERVICIO

CLIMA FRIO

(lt/hab*dia)

CLIMA

CALIDO (lt/hab*dia)

Ia 25 30

lb 50 65

lla 60 85

llb 75 100

Fuente: Secretaria nacional del agua

Conforme a la población de 469 habitantes y el clima cálido, se asume una

dotación de 100 lt/hab/día.

Con esta dotación seleccionada, se procede a cálculo del consumo diario de

la población.

𝑄𝑑 = 469ℎ𝑎𝑏 ∙100𝑙𝑡

ℎ𝑎𝑏 ∗ 𝑑í𝑎

𝑄𝑑 = 46900𝑙𝑡

𝑑í𝑎

𝑄𝑑 = 46900𝑙𝑡

𝑑í𝑎∙

1𝑚3

1000𝑙𝑡

𝑸 𝒅𝒆 𝒄𝒐𝒏𝒔𝒖𝒎𝒐 𝒅𝒊𝒂𝒓𝒊𝒐 = 𝒉𝒂𝒃 ∙ 𝒅𝒐𝒕𝒂𝒄𝒊ó𝒏

39

𝑸𝒅 = 𝟒𝟔. 𝟗𝟎𝒎𝟑

𝒅í𝒂

Con este consumo obtenido se procede calculando el caudal de aguas

residuales, la Norma de diseños de sistemas de alcantarillado para la

EMAPAAP-Q-2009 proporcionó los caudales de retorno y de infiltración.

𝑄𝑅 = 46.90𝑚3

𝑑í𝑎∙ 80%

𝑄𝑅 = 𝟑𝟕. 𝟓𝟐𝒎𝟑

𝒅í𝒂

Se procede a efectuar el cálculo de infiltración:

𝑄𝑖 = 37.52𝑚3

𝑑í𝑎∙ 0.05

𝑸𝒊 = 𝟏. 𝟖𝟖𝒎𝟑

𝒅í𝒂

En un sistema de alcantarillado sanitario siempre tenemos conexiones ilícitas

𝑸 𝒅𝒆 𝒄𝒐𝒏𝒆𝒙𝒊𝒐𝒏𝒆𝒔 𝒊𝒍𝒊𝒄𝒊𝒕𝒂𝒔 = 469ℎ𝑎𝑏 ∙80𝑙𝑡

ℎ𝑎𝑏 ∗ 𝑑í𝑎

𝑸 𝒅𝒆 𝒄𝒐𝒏𝒆𝒙𝒊𝒐𝒏𝒆𝒔 𝒊𝒍𝒊𝒄𝒊𝒕𝒂𝒔 = 37520𝑙𝑡

𝑑í𝑎

𝑄𝑑 = 37520𝑙𝑡

𝑑í𝑎∙

1𝑚3

1000𝑙𝑡

𝑸 𝒅𝒆 𝒂𝒈𝒖𝒂𝒔 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒅𝒖𝒂𝒍𝒆𝒔 = 𝑸 𝒅𝒆 𝒄𝒐𝒏𝒔𝒖𝒎𝒐 𝒅𝒊𝒂𝒓𝒊𝒐 ∙ %𝒓𝒆𝒕𝒐𝒓𝒏𝒐

𝑸 𝒅𝒆 𝒊𝒏𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 = 𝑸 𝒅𝒆 𝒂𝒈𝒖𝒂𝒔 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒅𝒖𝒂𝒍𝒆𝒔 ∙ 𝟎. 𝟎𝟓

𝑸 𝒅𝒆 𝒄𝒐𝒏𝒆𝒙𝒊𝒐𝒏𝒆𝒔 𝒊𝒍𝒊𝒄𝒊𝒕𝒂𝒔 = 𝟖𝟎𝒍

𝒉𝒂𝒃. 𝒅𝒊𝒂

40

𝑸 𝒅𝒆 𝒄𝒐𝒏𝒆𝒙𝒊𝒐𝒏𝒆𝒔 𝒊𝒍𝒊𝒄𝒊𝒕𝒂𝒔 = 𝟑𝟕. 𝟓𝟐𝒎𝟑

𝒅𝒊𝒂

Con el caudal de infiltración ya calculado, se procede hallar el caudal de

diseño.

𝑄𝐷 = 37.52𝑚3

𝑑í𝑎+ 1.88

𝑚3

𝑑í𝑎 + 37.52

𝑚3

𝑑𝑖𝑎

𝑸𝑫 = 𝟕𝟔. 𝟗𝟐 𝒎𝟑

𝒅í𝒂

3.3. Descripción de la planta de tratamiento.

El sistema consta de trampa de grasa, vertederos, tanque séptico de 2

cámaras, filtro anaerobio y zanjas de infiltración.

3.3.1. Trampa de grasa.

Estas trampas son las que receptan las grasas y aceites de las aguas

residuales cuya función es evitar que estas sustancias receptadas lleguen a los

desagües. Si a estas grasas no se las remueven de las aguas residuales,

generan a largo plazo problemas ya que obstruyen los drenajes. Una razón

importante por la que se requiere dar mantenimiento regular a las trampas de

grasa es porque si se presenta exceso de grasa en las aguas residuales, la PTAR

puede no brindar el funcionamiento adecuado.

𝑸 𝒅𝒆 𝒅𝒊𝒔𝒆ñ𝒐 = 𝑸 𝒅𝒆 𝒂𝒈𝒖𝒂𝒔 𝒓𝒆𝒔𝒊𝒅𝒖𝒂𝒍𝒆𝒔 + 𝑸 𝒅𝒆 𝒊𝒏𝒇𝒊𝒍𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 + 𝑸 𝒅𝒆 𝒄𝒐𝒏. 𝒊𝒍𝒊𝒄

41

En ciertos lugares requieren la instalación de trampas de grasa en cada

drenaje como puede ser en lavaderos, tinas o fregaderos. (Ilustración 9)

Ilustración 9: Depósito de lodos residuales PTAR.

Fuente: Stalin Arguello & David Yturralde.

3.3.2. Vertederos.

Estos se encuentran designados a disminuir los efectos dañinos de las aguas

residuales domésticas. Los vertederos cumplen la función de separar la materia

solida por medio de gravedad. Son diseñados exclusivamente para recoger y

tratar lixiviados, generalmente arrastran gran cantidad de los compuestos en el

sólido sobre todo ayuda a controlar las entradas y salidas desde o hacia el medio

hídrico. (Ilustración 10)

42

Ilustración 10: Vertedero PTAR.


Tiempos atrás, no se efectuaban medidas de control porque los vertidos se

los llevaba directamente a la superficie del terreno o en el lugar ubicada bajo de

la superficie, valiéndose de excavaciones diseñadas para ese fin o para distintas

actividades. (Silvino Castaño Castaño, Instituto Geológico y Minero de España.

Ríos Rosas, 23. 28003-Madrid)

3.3.3. Tanque séptico.

Los tanques sépticos son construidos como tratamiento primario de las aguas

residuales como la remoción de sólidos orgánicos, cuyo trabajo es el de separar

los sólidos por medio de la gravedad o sedimentación, luego de realizar esto los

sólidos se asientan comenzando así a ser aprovechados por las bacterias del

lugar, los mismos que transforman los productos contaminantes en productos

inertes. (Ilustración 11)

43

Ilustración 11: Tanque Séptico PTAR


En este caso el tanque séptico consta de dos cámaras, se retienen los lodos

evitando la salida, continuando la sedimentación de partículas suspendidas,

originando que la eficacia de salida sea mejor. Existen tanques sépticos de

diferentes materiales tales como: fibra de vidrio, concreto y plásticos, en muchos

casos son prefabricadas reduciendo el tiempo en la instalación y probablemente

en costo. (Adminmgv, enero 20,2016)

• Dimensionamiento

Para el dimensionamiento del tanque séptico construido, se utilizó el diseño

de normas brasileñas que permiten calcular la capacidad del tanque séptico con

la expresión siguiente:

𝑉 = 𝑁(𝐶 ∙ 𝑇 + 100 𝐿𝑓)

Donde:

• V, volumen útil el tanque

• N, número de habitantes

44

• C, contribución de agua residual

• T, periodo de retención

• Lf, contribución de lodos frescos

Remplazando valores:

• N = 469 habitantes

• C = 100 l/hab/día * 0.80 = 80 l/hab/día

• T = 1 día

• Lf = 1 l/hab/día

V = 469 (80 ∙ 1 + 100 ∙1)

Volumen = 84420 litros

La capacidad total es 84.42 m3.

Para brindar un óptimo mantenimiento del tanque séptico, se extrae el lodo

acumulado en la superficie con un hidro succionador, para después evacuarlos

en el depósito de lodos residuales ubicado en el botadero de basura del recinto

Yatuví. (Ilustración 12)

Ilustración 12:Deposito de lodos.

Fuente: GAD Caluma.

45

3.3.4. Filtro anaerobio.

El filtro anaerobio tiene como finalidad disminuir la carga contaminante de las

aguas residuales. Las aguas residuales son alimentadas al filtro a través del

fondo, diseñada de manera la distribución del flujo uniformemente en toda la

sección del filtro. Al ser tratada el agua sale por medio de un cuerpo poroso,

transportándola a una fina biopelícula de microorganismos o floculados,

efectuándose la remoción anaerobia. (Ilustración 13)

Ilustración 13: Filtro anaerobio PTAR.

Fuente: GAD Caluma.

Estos filtros habitualmente funcionan con una eficacia moderada de remoción

de carga contaminante, entre una temperatura de 25° y 38°C.

Para el cálculo se usó la fórmula siguiente según la norma brasileña:

𝑉 = 1.60 𝑁 ∙ 𝐶 ∙ 𝑇

Donde:

• V, volumen útil el tanque

• N, número de habitantes

• C, contribución de agua residual

46

• T, periodo de retención

V = 1.60 (469∙80∙1) = 60.03 m3

El volumen total de sistema anaeróbico es 60.03 m3

3.3.5. Zanjas de infiltración.

Estas zanjas de infiltración son excavaciones planas las cuales forman el

bloque principal del sistema. Una vez retiradas del tanque séptico las grasas y

sólidos en retención, las aguas residuales clarificadas logran alcanzar al área de

percolación, llevando a cabo el efectivo tratamiento de depuración en donde el

suelo lo efectúa de manera natural. (Ilustración 14)

Ilustración 14: Zanja de infiltración PTAR.

Fuente: GAD Caluma.

3.4. Esquema de la planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR).

La planta de tratamiento está construida con un sistema de tanque séptico

complementado con filtros anaeróbicos de manera que se garanticé la remoción.

La zanja típica de infiltración posee una dimensiones de 0.91m * 1m la tubería

que se encuentra ubicada en la zanja es tubería perforada de ᶲ = 6“, se

47

construyeron losetas prefabricadas con tacos de hormigón simple de 20 x 20 x

20 cm cada loseta está constituida por las siguiente medida 0.55 x 0.68 con

perforaciones de ᶲ = ½” c/ 10cm. (Ilustración 15)

Ilustración 15: Loseta prefabricada (PTAR).

Fuente: GAD Caluma. “Detallado en los anexos “

48

Ilustración 16: Esquema de la planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR).

Fuente: GAD Caluma. “Detallado en los anexos “

49

3.5. Procesos de los parámetros analizados.

Ilustración 17: Procesos de los parámetros analizados.


Las muestras tomadas como se observa en el esquema (Ilustración 17) están

debidamente etiquetadas con todas las seguridades precautelando a la persona

quien toma la muestra:

Muestra 1.- entrada de la planta de tratamiento de aguas residuales

domésticas.

Muestra 2.- salida de la planta de tratamiento de aguas residuales domésticas.

Muestra 3.- aguas arriba se lo hizo a 100 m del punto de descarga para poder

medir los parámetros en los que se encuentra, para poder diferenciar la carga

contaminante que produce la PTAR hacia el efluente.

Muestra 4.- se realizará la toma de muestra 100 m del punto de descarga

aguas abajo.

50

Una vez obtenida las muestras tanto al ingreso como a la salida de la PTAR,

y en el afluente donde descarga la planta de tratamiento de aguas residuales

aguas arriba y aguas abajo del cuerpo receptor, fueron llevadas al laboratorio

acreditado de la Facultad de Ingeniería Química, de la Universidad de Guayaquil.

Los equipos utilizados en los análisis realizados en el laboratorio de la

Facultad de Ingeniería Química:

• COD Reactor Model 45600. Equipo que se utilizó para medir el DQO. En

el caso de que las aguas residuales posean solo alimentos bacterianos

orgánicos disponibles y cero materias tóxicas, los resultados del ensayo

DQO proveen una estimación muy buena de los valores de la demanda

bioquímica de oxígeno (DBO). (Ilustración 18)

Ilustración 18: Medidor del DQO.


• HACH DRB 200. Es un equipo termoreactor el cual es un digestor para

la medición del DQO. (Ilustración 19)

51

Ilustración 19: Medidor del DQO.


Tabla 11: Resultado del análisis del D.Q.O.

RESULTADOS DEL ENSAYO D.Q.O.

MUESTRA 1 MUESTRA 2 MUESTRA 3 MUESTRA 4

807,8 mg/l 40,3 mg/l 13 mg/l 8 mg/l


Grafica 1: Resultado del análisis de D.Q.O


• Incubadora para DBO. mide el oxígeno requerido por los organismos

en sus procesos metabólicos al consumir la materia orgánica presente


ENSAYOS 807,8 40,3 13 8

807,8

40,3 13 80

100

200

300

400

500

600

700

800

900

D.Q

.O

D.Q.O


52

en las aguas residuales o naturales. Las condiciones estándar del

ensayo incluyen incubación en la oscuridad a 20ºC por un tiempo

determinado, generalmente cinco días (Ilustración 20) Fuente:

Standard Methods for the Examination of Water ,23 ed, New York 2017

(Editors: E.W. Rice, R.B. Baird, A.D. Eaton)

Ilustración 20: Incubadora para DBO.


A continuación, se presenta la tabla de resultados del ensayo:

Tabla 12: Resultado del análisis de D.B. O5

RESULTADOS DEL ENSAYO D.B. O5


382,46 mg/l 16,8 mg/l 0,46 mg/l 0,37 mg/l


53

Grafica 2: Resultado del análisis de D.B. O5


• Estufa. Equipo que se utilizó para efectuar los ensayos de solidos

totales y suspendidos. (Ilustración 21)

Ilustración 21: Estufa.



ENSAYOS 382,46 16,8 0,46 0,37

382,46

16,80,46 0,37

0

50

100

150

200

250

300

350

400

D.B

.O5

D.B.O 5


54

Tabla 13: Resultado del análisis de solidos suspendidos

ENSAYOS MUESTRA 1 MUESTRA 2 MUESTRA 3 MUESTRA 4

Sólidos Suspendidos

126 mg/l 24 mg/l 4 mg/l 9 mg/l


Grafica 3: Resultado del análisis de solidos suspendidos


Tabla 14: Resultado del análisis de solidos totales


Sólidos totales

1446 mg/l 184 mg/l 90 mg/l 170 mg/l



ENSAYOS 126 24 4 9

126

24

4 9

0

20

40

60

80

100

120

140

Solid

os

Susp

end

ido

s

Sólidos Suspendidos


55

Grafica 4: Resultado del análisis de solidos totales


Tabla 15: Resultado del análisis de aceites y grasas


Aceites y Grasas

38,9 mg/l < 20 mg/l No detectable No detectable


Grafica 5: Resultado del análisis de solidos suspendidos



ENSAYOS 1446 184 90 170

1446

18490

170

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600So

lido

s to

tale

s

Sólidos totales



ENSAYOS 38,9 20 0 0

38,9

20

0 005

10152025303540

Ace

ites

y G

rasa

s

Aceites y Grasas


56

• HACH DRB 200. Este equipo sirve para realizar el ensayo tanto de

nitrógeno amoniacal como el de nitrógeno Kjeldahl, aparte de este

aparato se utiliza también un reactor a 100 °C para lo que es nitrógeno

Kjeldahl. (Ilustración 22)

Ilustración 22: Espectrofotómetro.


Tabla 16: Resultado del análisis Nitrógeno Amoniacal


Nitrógeno Amoniacal

0,35 mg/l 8,91 mg/l 0,03 mg/l 0,04 mg/l


Grafica 6: Resultado del análisis de Nitrógeno Amoniacal



ENSAYOS 0,35 8,91 0,03 0,04

0,35

8,91

0,03 0,040

5

10

15

20

25

30

Nit

roge

no

Am

on

iaca

l

NITROGENO AMONIACAL


57

Tabla 17: Resultado del análisis de Nitrógeno Total KJELDAHL


Grafica 7: Resultado del análisis de Nitrógeno total Kjeldahl


• Medidor del PH. Equipo utilizado para medir el pH está íntimamente

relacionado con la calidad del agua el pH puede varia de 0-14 si un pH

es mayor a 7 sustancia básica y si es menor a 7 es una sustancia

acida. (Ilustración 23)


ENSAYOS 16,43 12,58 1,83 0,925

16,43

12,58

1,83 0,925

0

5

10

15

20

25

30

Nit

roge

no

to

tal K

jeld

ahl

NITROGENO TOTAL KJELDAHL



Nitrógeno Total

KJELDAHL 16,43 mg/l 12,58 mg/l 1,83 mg/l 0.925 mg/l

58

Ilustración 23: Medidor de PH.


Tabla 18: Resultado del análisis pH


6,98 U pH 7,5 U pH 7,47 U pH 7,54 U pH


Grafica 8: Resultado del análisis del potencial de hidrogeno.



ENSAYOS 6,98 7,5 7,47 7,54

6,98 7,5 7,47 7,54

0

5

10

15

20

25

30

PH

POTENCIAL HIDROGENO


59

• Tubo de ensayos para Coliformes fecales. La determinación de

Coliformes fecales se realiza a través de los tubos positivos de la

prueba realizada esta se fundamenta en la capacidad de las bacterias

para fermentar lactosa y producir gas cuando estas son incubadas por

un tiempo de 24 a 48 h.(Ilustración 18)

Ilustración 24: Tubos positivos.


Tabla 19: Resultado del análisis Coliformes

RESULTADOS DEL ENSAYO COLIFORMES FECALES


220 NMP/100ml

48 NMP/100ml

420 NMP/100ml

560 NMP/100ml


60

Grafica 9: Resultado del análisis de Coliformes fecales


Una vez obtenido todos los valores de las muestras realizadas en el

laboratorio de Ingeniería Química, observamos los límites permisibles,

disposiciones y prohibiciones para descarga de efluentes a un cuerpo de agua o

receptor.

Se utilizó la norma general para descarga para uso recreativo, en los cuales

nos presenta diferentes límites máximos permisibles.

Una planta de aguas servidas bien construida y con un buen mantenimiento

debe eliminar al menos el 90% de la materia orgánica y de los microorganismos

patógenos presentes en la planta depuradora con el fin de que no existan olores,

ofensivos a la comunidad en la que se encuentre la PTAR.


ENSAYOS 220 48 420 560

22048

420560

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000C

olif

orm

es f

ecal

es

COLIFORMES FECALES


61

MUESTRA 1- tomada a la entrada de la planta de tratamiento de aguas residuales

MUESTRA 2- tomada a la salida de la planta de tratamiento de aguas residuales

MUESTRA 3- tomada en el cuerpo receptor afluente aguas arriba 100 m de la PTAR

MUESTRA 4- tomada en el cuerpo receptor afluente aguas abajo 100 m de la PTAR

Tabla 20: Resultado de todos los parámetros analizados según la norma TULSMA (Texto Unificado de Legislación Secundaria Medio Ambiente), N°-097-A Libro VI


200 130 1600 30 2000 30 50 Condicion natural 3 NO APLICALIMITE

MAXIMO

PERMISIBLE

MUESTRAS

TOMADAS

EN CAMPO

100

26,6 °C

25,4 °C

24 °C

24,2 °C

0,26 l/s

0,26 l/s

0,26 l/s

0,26 l/s

0,35 mg/l

8,91 mg/l

0,03 mg/l

0,04 mg/l

16,43 mg/l

12,58 mg/l

1,83 mg/l

0,925 mg/l

220 NMP/100ml

48 NMP/100ml

420 NMP/100ml

560 NMP/100ml

7,47 U pH

7,54 U pH

1446 mg/l

184 mg/l

90 mg/l

170 mg/l

38,9 mg/l

< 20 mg/l

No detectable

No detectable

MUESTRA 1

MUESTRA 2

MUESTRA 3

MUESTRA 4

SOLIDOS

SUSPENDIDOS

TOTALES

SOLIDOS

TOTALES

ACEITES Y GRASAS

GRAVIMETRICO

COLIFORMES

FECALES

POTENCIAL

HIDROGENO

DEMANDA

BIOQUIMICA

DE OXIGENO

807,8 mg/l

40,3 mg/l

13 mg/l

8 mg/l

126 mg/l

24 mg/l

4 mg/l

9 mg/l

382,46 mg/l

16,8 mg/l

0,46 mg/l

0,37 mg/l

6,98 U pH

7,5 U pH

NITROGENO

AMONIACAL

NITROGENO

TOTAL

KJELDAHL TEMPERATURA CAUDAL

DEMANDA

QUIMICA DE

OXIGENO

6 − 9

62

Capitulo IV

4.1. Cálculo de la eficiencia de remoción de la materia orgánica.

Determinamos el porcentaje de eficiencia del filtro anaeróbico mediante el

cálculo de plantas de tratamiento de aguas residuales con filtros anaerobios de

flujo ascendente.

Se procede a efectuar el cálculo de la eficiencia de remoción de la materia

orgánica, la cual se basa en los datos obtenidos del ensayo DBO5, DQO y sólidos

suspendidos, tanto al ingreso como a la salida.

4.1.2. Calculo de eficiencia de un filtro anaerobio de flujo ascendente

como único tratamiento biológico

A continuación, se presenta ciertos criterios para el diseño de filtros

anaeróbicos tomando en cuenta el caudal para el que fue diseñado.

Tabla 21: Criterios de diseño para filtros anaeróbicos aplicables para el post tratamiento de efluentes de reactores anaerobios.

Parámetros de diseño Rango de valores como una función del gasto

Q promedio Q máximo diario Q máximo horario

Medio de empaque Grava Grava Grava

Altura del medio filtrante (m) 0.8 a 3.0 0.8 a 3.0 0.8 a 3.0

Tiempo de residencia hidráulica ( horas) 5 a 10 4 a 8 3 a 6

Carga hidráulica superficial (m3/m2 d) 6 a 10 8 a 12 10 a 15

Carga orgánica volumétrica ( kg DBO/ m3d) 0.15 a 0.50 0.15 a 0.50 0.15 a 0.50

Carga orgánica en el medio filtrante ( kg DBO/ m3d) 0.25 a 0.75 0.25 a 0.75 0.25 a 0.75

Fuente: (Lemos, 2007)

Calculo del volumen del lecho filtrante por DBO.

𝑉 =𝑄 ∙ 𝑆𝑂

𝐶𝑂𝑉

Donde:

V = volumen del lecho filtrante, en m3

63

SO = DBO en el afluente, en kg de DBO/m3

COV = carga orgánica volumétrica en el lecho filtrante, kg de DBO m3/d

Q = caudal promedio en el afluente, en m3/d

𝑉 =76.92

𝑚3

𝑑∙ 0.382

𝑘𝑔 𝐷𝐵𝑂𝑚3

0.5𝑘𝑔 𝐷𝐵𝑂

𝑚3 𝑑

𝑉 = 58.76 𝑚3

Revisión de la carga orgánica volumétrica al volumen total del filtro

𝐶𝑂𝑉𝑡 =𝑄 ∙ 𝑆𝑂

𝑉𝑡

𝐶𝑂𝑉𝑡 =76.92

𝑚3

𝑑∙ 0.382

𝑘𝑔 𝐷𝐵𝑂𝑚3

60.03 𝑚3

𝐶𝑂𝑉𝑡 = 0.48 𝑘𝑔 𝐷𝐵𝑂

𝑚3 𝑑

Se puede observar que de acuerdo con la tabla 21, la carga volumétrica a

volumen del filtro anaeróbico total debe estar comprendido entre los valores de

0.15 y 0.50 kg de DBO/(m3 d) por lo que cumple con este criterio.

Calculo del tiempo de residencia hidráulica

𝑇𝑅𝐻 =𝑉

𝑄

Donde:

TRH = tiempo de residencia hidráulica en días

V = volumen del medio filtrante, en m3

64

Q = caudal de diseño m3/d

𝑇𝑅𝐻 =58.76𝑚3

76.92𝑚3

𝑑

𝑇𝑅𝐻 = 0.76 𝑑 = 18.24 ℎ

Estimación de la remoción del filtro anaerobio

𝐸 = 100[ 1 − 0.87(𝑇𝑅𝐻−0.5)]

Donde:

E = eficiencia de un filtro anaeróbico en porcentaje

TRH = tiempo de residencia hidráulica en horas

0.87 = coeficiente empírico del sistema

0.50 = coeficiente empírico del medio filtrante

𝐸 = 100[ 1 − 0.87(18.24)−0.5]

𝐸 = 79.62 %

Concentración de DBO esperada a la descarga hacia el efluente

𝐷𝐵𝑂𝑐𝑓 = 𝑆𝑂 −𝐸 ∙ 𝑆𝑂

100

DBOcf = concentración total de DBO en el efluente, mg/l

So = concentración total de DBO en el afluente

E = eficiencia de remoción, en porcentaje

Donde DBO= 382.46 mg/l

65

𝐷𝐵𝑂𝑐𝑓 = 382.46 −79.62 ∙ 382.46

100

𝐷𝐵𝑂𝑐𝑓 = 77.94 𝑚𝑔/𝑙

Cálculo del volumen del lecho filtrante por DQO


𝐶𝑂𝑉

Donde:


SO = DQO en el afluente, en kg de DQO/m3

COV = carga orgánica volumétrica en el lecho filtrante, kg de DQO m3/d


𝑉 =76.92

𝑚3

𝑑∙ 0.8078

𝑘𝑔 𝐷𝑄𝑂𝑚3

0.5𝑘𝑔 𝐷𝑄𝑂

𝑚3 𝑑

𝑉 = 124.27 𝑚3



𝑉𝑡

𝐶𝑂𝑉𝑡 =76.92

𝑚3

𝑑∙ 0.8078

𝑘𝑔 𝐷𝑄𝑂𝑚3

60.03 𝑚3

𝐶𝑂𝑉𝑡 = 1.03 𝑘𝑔 𝐷𝑄𝑂

𝑚3 𝑑

66

Cálculo del tiempo de residencia hidráulica

𝑇𝑅𝐻 =𝑉

𝑄

Donde:




𝑇𝑅𝐻 =124.27𝑚3

76.92𝑚3

𝑑

𝑇𝑅𝐻 = 1.61 𝑑 = 38.64 ℎ


𝐸 = 100[ 1 − 0.87(𝑇𝑅𝐻−0.5)]

Donde:





𝐸 = 100[ 1 − 0.87(38.64)−0.5]

𝐸 = 86.00 %

67

Concentración de DQO esperada a la descarga hacia el efluente

𝐷𝑄𝑂𝑐𝑓 = 𝑆𝑂 −𝐸 ∙ 𝑆𝑂

100

DQOcf = concentración total de DQO en el efluente, mg/l

So = concentración total de DQO en el afluente


Donde DQO= 807.8 mg/l

𝐷𝑄𝑂𝑐𝑓 = 807.8 −79.62 ∙ 807.8

100

𝐷𝑄𝑂𝑐𝑓 = 164.62 𝑚𝑔/𝑙

Calculo del volumen del lecho filtrante por Solidos suspendidos totales.


𝐶𝑂𝑉

Donde:


SO = SST en el afluente, en kg de SST/m3

COV = carga orgánica volumétrica en el lecho filtrante, kg de SST m3/d


𝑉 =76.92

𝑚3

𝑑∙ 0.126

𝑘𝑔 𝑆𝑆𝑇𝑚3

0.5𝑘𝑔 𝑆𝑆𝑇

𝑚3 𝑑

𝑉 = 19.38 𝑚3

68



𝑉𝑡

𝐶𝑂𝑉𝑡 =76.92

𝑚3

𝑑∙ 0.126

𝑘𝑔 𝑆𝑆𝑇𝑚3

60.03 𝑚3

𝐶𝑂𝑉𝑡 = 0.16 𝑘𝑔 𝑆𝑆𝑇

𝑚3 𝑑


𝑇𝑅𝐻 =𝑉

𝑄

Donde:




𝑇𝑅𝐻 =19.38𝑚3

76.92𝑚3

𝑑

𝑇𝑅𝐻 = 0.25 𝑑 = 6 ℎ


𝐸 = 100[ 1 − 0.87(𝑇𝑅𝐻−0.5)]

Donde:



69



𝐸 = 100[ 1 − 0.87(6)−0.5]

𝐸 = 64.48 %

Concentración de SST esperada a la descarga hacia el efluente

𝑆𝑆𝑇𝑐𝑓 = 𝑆𝑂 −𝐸 ∙ 𝑆𝑂

100

SSTcf = concentración total de SST en el efluente, mg/l

So = concentración total de SST en el afluente


Donde SST= 126 mg/l

𝑆𝑆𝑇𝑐𝑓 = 126 −79.62 ∙ 126

100

𝑆𝑆𝑇𝑐𝑓 = 29.08 𝑚𝑔/𝑙

Calculo del volumen del lecho filtrante Solidos totales


𝐶𝑂𝑉

Donde:


SO = ST en el afluente, en kg de ST/m3

COV = carga orgánica volumétrica en el lecho filtrante, kg de ST m3/d


70

𝑉 =76.92

𝑚3

𝑑∙ 1.446

𝑘𝑔 𝑆𝑇𝑚3

0.5𝑘𝑔 𝑆𝑇𝑚3 𝑑

𝑉 = 222.45 𝑚3



𝑉𝑡

𝐶𝑂𝑉𝑡 =76.92

𝑚3

𝑑∙ 1.446

𝑘𝑔 𝑆𝑇𝑚3

60.03 𝑚3

𝐶𝑂𝑉𝑡 = 1.85 𝑘𝑔 𝑆𝑇

𝑚3 𝑑


𝑇𝑅𝐻 =𝑉

𝑄

Donde:




𝑇𝑅𝐻 =222.45 𝑚3

76.92𝑚3

𝑑

𝑇𝑅𝐻 = 2.89 𝑑 = 69.36 ℎ


𝐸 = 100[ 1 − 0.87(𝑇𝑅𝐻−0.5)]

71

Donde:





𝐸 = 100[ 1 − 0.87(69.36)−0.5]

𝐸 = 89.55 %

Concentración de ST esperada a la descarga hacia el efluente

𝑆𝑇𝑐𝑓 = 𝑆𝑂 −𝐸 ∙ 𝑆𝑂

100

STcf = concentración total de ST en el efluente, mg/l

So = concentración total de ST en el afluente


Donde ST= 382.46 mg/l

𝑆𝑇𝑐𝑓 = 1446 −79.62 ∙ 1446

100

𝑆𝑇𝑐𝑓 = 333.73 𝑚𝑔/𝑙

Cálculo del volumen del lecho filtrante por el parámetro de Aceites y grasas.


𝐶𝑂𝑉

Donde:


72

SO = AG en el afluente, en kg de AG/m3

COV = carga orgánica volumétrica en el lecho filtrante, kg de AG m3/d


𝑉 =76.92

𝑚3

𝑑∙ 0.0389

𝑘𝑔 𝐴𝐺𝑚3

0.5𝑘𝑔 𝐴𝐺𝑚3 𝑑

𝑉 = 5.98 𝑚3



𝑉𝑡

𝐶𝑂𝑉𝑡 =76.92

𝑚3

𝑑∙ 0.0389

𝑘𝑔 𝐴𝐺𝑚3

60.03 𝑚3

𝐶𝑂𝑉𝑡 = 0.049 𝑘𝑔 𝐴𝐺

𝑚3 𝑑

Cálculo del tiempo de residencia hidráulica

𝑇𝑅𝐻 =𝑉

𝑄

Donde:




𝑇𝑅𝐻 =5.98 𝑚3

76.92𝑚3

𝑑

73

𝑇𝑅𝐻 = 0.07 𝑑 = 1.68 ℎ


𝐸 = 100[ 1 − 0.87(𝑇𝑅𝐻−0.5)]

Donde:





𝐸 = 100[ 1 − 0.87(1.68)−0.5]

𝐸 = 32.87 %

Concentración de AG esperada a la descarga hacia el efluente

𝐴𝐺𝑐𝑓 = 𝑆𝑂 −𝐸 ∙ 𝑆𝑂

100

AGcf = concentración total de AG en el efluente, mg/l

So = concentración total de AG en el afluente


Donde AG= 38.9 mg/l

𝐴𝐺𝑐𝑓 = 38.9 −79.62 ∙ 38.9

100

𝐴𝐺𝑐𝑓 = 8.97 𝑚𝑔/𝑙

74

4.1.3. Procedimiento para el cálculo de la eficiencia de remoción de la

PTAR

A continuación, se empleará la expresión que nos da Jairo Romero Rojas,

teniendo lo siguiente:

Datos de DBO:

𝐷𝐵𝑂 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 (𝑺𝟎)=382,46𝑚𝑔/𝑙𝑡

𝐷𝐵𝑂 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 a la salida (𝑆)=16,8𝑚𝑔/𝑙𝑡

𝐷𝐵𝑂 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑙𝑎 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎 =100𝑚𝑔/𝑙𝑡

Procedemos a calcular:

𝐸𝐷𝐵𝑂 =382,46𝑚𝑔/𝑙𝑡 − 16,8𝑚𝑔/𝑙𝑡

382,46𝑚𝑔/𝑙𝑡∙ 100

𝑬 = 𝟗𝟓, 𝟔𝟏%

Datos del DQO:

𝐷Q𝑂 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 (𝑺𝟎) =807,8𝑚𝑔/𝑙𝑡

𝐷Q𝑂 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 a la salida (𝑆)=40,3𝑚𝑔/𝑙𝑡

𝐷Q𝑂 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑙𝑎 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎 (𝑆)=200𝑚𝑔/𝑙𝑡


𝐸𝐷𝑄𝑂 =807,8𝑚𝑔/𝑙𝑡 − 40,3𝑚𝑔/𝑙𝑡

807,8𝑚𝑔/𝑙𝑡∙ 100

𝑬 =𝑺𝑶 − 𝑺

𝑺𝑶∙ 𝟏𝟎𝟎

75

𝑬 = 𝟗𝟓. 𝟎𝟏%

Datos de SST:

SST 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 (𝑺𝟎) =126𝑚𝑔/𝑙𝑡

SST 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 a la salida (𝑆)=24𝑚𝑔/𝑙𝑡

SST 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑙𝑎 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎 (𝑆)=130𝑚𝑔/𝑙𝑡


𝐸𝑆𝑆𝑇 =126𝑚𝑔/𝑙𝑡 − 24𝑚𝑔/𝑙𝑡

126𝑚𝑔/𝑙𝑡∙ 100

𝑬 = 𝟖𝟎. 𝟗𝟓%

Datos de Solidos Totales:

ST 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 (𝑺𝟎) =1446𝑚𝑔/𝑙𝑡

ST 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 a la salida (𝑆)=184𝑚𝑔/𝑙𝑡

ST 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑙𝑎 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎 (𝑆)=1600𝑚𝑔/𝑙𝑡


𝐸𝑁 =1446𝑚𝑔/𝑙𝑡 − 184𝑚𝑔/𝑙𝑡

1446𝑚𝑔/𝑙𝑡∙ 100

𝑬 = 𝟖𝟕. 𝟐𝟕%

Datos de Nitrógeno Kjeldahl:

N-NH3 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 (𝑺𝟎) =16,43𝑚𝑔/𝑙𝑡

N-NH3 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 a la salida (𝑆)=12,58𝑚𝑔/𝑙𝑡

N-NH3 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑙𝑎 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎 (𝑆)=50𝑚𝑔/𝑙𝑡

76


𝐸𝑁−𝑁𝐻3 =16,43𝑚𝑔/𝑙𝑡 − 12,58𝑚𝑔/𝑙𝑡

16,43𝑚𝑔/𝑙𝑡∙ 100

𝑬 = 𝟐𝟑. 𝟒𝟑%

Datos de los Coliformes Fecales:

CF 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒 (𝑺𝟎) =220 NMP/100ml

CF 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 a la salida (𝑆)=48 NMP/100ml

CF 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑙𝑎 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎 (𝑆)=2000 NMP/100ml


𝐸𝐶𝐹 =220𝑚𝑔/𝑙𝑡 − 48𝑚𝑔/𝑙𝑡

220𝑚𝑔/𝑙𝑡∙ 100

𝑬 = 𝟕𝟖. 𝟏𝟖%

Tabla 22: Eficiencias típicas de remoción.

Fuente: Jairo Romero Rojas “tratamiento de aguas residuales principios teoría y diseño”

Unidades de tratamiento DBO DQO SS P N Org NH3-N Patógenos

Rejilla Desp. Desp. Desp. Desp. Desp. Desp. Desp.

Desarenadotes 0-5 0-5 0-10 Desp. Desp. Desp. Desp.

Sedimentación primaria 30-40 30-40 50-65 10‐20 10‐20 0 Desp.

Lodos activados (convencional) 80-95 80-95 80-90 10‐25 15‐20 8‐15 Desp.

Filtros percoladores Desp.

alta tasa, roca 65-80 60-80 60-85 8‐12 15-50 8‐15

supertasa, plástico 65-85 65-85 65-85 8‐12 15-50 8‐15

Cloración Desp. Desp. Desp. Desp. Desp. Desp. 100

Reactores UASB 65-80 60-80 60-70 30-40 --- --- Desp.

Reactores RAP 65-80 60-80 60-70 30-40 --- --- Desp.

Filtros anaerobios 65-80 60-80 60-70 30-40 --- --- Desp.

Lagunas de oxidación

Lagunas anaerobias 50-70 --- 20-60 --- --- --- 90-99.99

Lagunas aireadas 80-95 --- 85-95 --- --- --- 90-99.99

Lagunas facultativas 80-90 --- 63-75 30 --- --- 90-99.99

Lagunas de maduracion 60-90 --- 85-95 --- --- --- 90-99.99

Ultravioleta Desp. Desp. Desp. Desp. Desp. Desp. 100

Despreciable

Eficiencia en la remoción de constituyentes, porcentaje

77

4.2. Resultado de la descarga en el cuerpo receptor (rio Charquiyacu).

Podemos observar que el rio Charquiyacu presenta una contaminación

moderada aguas arriba del punto de descarga de la planta de tratamiento las

cuales se encuentran por debajo de la norma, se pudo observar la aparición de

los parámetros:

• Nitrógeno amoniacal

• Nitrógeno kjeldahl

La descarga que realiza la planta al cuerpo receptor (efluente) obliga a que

los parámetros se eleven aguas abajo del punto de descarga por lo cual hay

aumento de dichos parámetros, el resultado del ensayo nos remite que no hay

una contaminación severa debido a que se encuentra por debajo de los límites

permisibles se pudo distinguir 3 parámetros que disminuyen con diferencia

aguas arriba como son:

• D.B.O5, D.Q.O, Nitrógeno kjeldah.

78

Capítulo V

Conclusiones y Recomendaciones

5.1. Conclusiones

• Una vez identificada la cobertura de la red de aguas residuales del

Recinto Charquiyacu, se procedió a realizar el cálculo del caudal de

diseño útil a verificar el correcto dimensionamiento de la PTAR. El

resultado obtenido por el caudal es de 76.92 𝑚3 𝑑𝑖𝑎⁄ .

• Se realizaron los ensayos a la entrada y a la salida de la planta de

tratamiento, verificando que cumplen con los límites establecidos en la

norma TULSMA (Decreto Ejecutivo 3516, 2017).

.

• En los resultados de los ensayos realizados aguas arriba y aguas abajo

del punto de descarga de la (PTAR) en el cuerpo receptor se pudo

verificar que la descarga de la PTAR no genera contaminación del

medio ambiente y se demostró que el afluente, a la fecha de toma de

las muestras, presenta valores de contaminantes por debajo de los

parámetros establecidos por la norma.

• Determinando la eficiencia de remoción de los contaminantes

presentes en las aguas residuales, se pudo demonstrar que el

porcentaje de eficiencia de remoción de la materia orgánica en la

PTAR, con características descritas en el capítulo 3, se mantiene en un

rango normal de operabilidad (ver tabla 22).

79

5.2. Recomendaciones

• En base a las condiciones de mantenimiento verificadas a través de

diferentes visitas técnica en situ se recomienda cumplir con las debidas

operaciones de mantenimiento. Diferentes tramos de tuberías se

encuentran dañados generando malos olores y contaminación del medio

ambiente alrededor de la PTAR. En la zanja de infiltración hay que cumplir

con operaciones de limpieza cíclica para garantizar la correcta descarga

hacia el cuerpo receptor.

• Se pudo notar que una parte relativa al 25% de la población del recinto no

se encuentra conectada a la PTAR, entonces, se recomienda realizar la

conexión al sistema de alcantarillado principal para obtener los resultados

esperados en fase de diseño del sistema con el objetivo de evitar la

contaminación del medio ambiente y la afectación de flora y fauna natural

presente.

Bibliografía

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de una fuente natural mediante coagulación/floculación usando almidón de

plátano.

ANEXOS

Anexos A: Análisis del agua residual en la planta de tratamiento

Resultado de los ensayos realizados al ingreso de la planta de tratamiento de

aguas residuales.

Análisis de resultados de ensayos tomados a la salida de la planta de tratamiento.

Resultado de ensayos de laboratorio realizados en la faculta de Ing. Química de la

Universidad de Guayaquil, y laboratorio particular del efluente perteneciente al recinto

Charquiyacu.

Análisis de ensayos tomados aguas arriba del punto de descarga.

Laboratrio de Ing,quimica

Laboratorio particular

Análisis de ensayos tomados aguas abajo del punto de descarga.

Laboratrio de Ing,quimica

Laboratorio particular

Anexo B: Registro fotográfico de la Visita a la planta de tratamiento de aguas

residuales y toma de muestras

Planta de tratamiento entrada

Entrada a la planta de tratamiento de aguas residuales domesticas

Vista general de la PTAR

Cámara de filtro anaeróbico

Salida del agua tratada hacia la zanja de infiltración

Tubería de descarga al efluente

Toma de muestras para sus respectivos ensayos

Anexo C: Autorización para el uso de la información del municipio para el

desarrollo de la tesis de grado.

Anexo D: Plano detallado de la planta de tratamiento de aguas residuales domesticas del recinto Charquiyacu perteneciente al Cantón Caluma provincia Bolívar.

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA

FICHA DE REGISTRO DE TESIS / TRABAJO DE GRADUACIÓN

TÍTULO Y SUBTÍTULO: Evaluación de la eficiencia de remoción de materia orgánica, del sistema de tratamiento de aguas residuales del

Recinto Charquiyacu, cantón Caluma Provincia Bolívar.

AUTOR(ES) (apellidos/nombres): Arguello Jimenez Stalin Patricio – Yturralde Coello David Alejandro

REVISOR(ES)/TUTOR(ES) (apellidos/nombres):

Ing. Andres Villamar Cardenas, msc.

Ing. Corapi Pietro, msc.

INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil

UNIDAD/FACULTAD: Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas

MAESTRÍA/ESPECIALIDAD:

GRADO OBTENIDO:

FECHA DE PUBLICACIÓN: 2019 No. DE PÁGINAS: 79

ÁREAS TEMÁTICAS: Evaluacion de la Ptar del Recinto Charquiyacu.

PALABRAS CLAVES/ KEYWORDS:

EVALUACIÓN-EFICIENCIA-REMOCIÓN-PTAR-CHARQUIYACU

RESUMEN/ABSTRACT: En el presente trabajo de titulación, se evalúa la eficiencia de remoción de la materia orgánica de la planta de tratamiento del recinto Charquiyacu del cantón Caluma, Provincia del Bolívar. Para la caracterización del agua residual se estudiaron algunos parámetros que constan en la norma para la descarga en un cuerpo de agua dulce, la planta de tratamiento está compuesta de un sistema anaerobio. Se tomaron muestras a la entrada y a la salida de la planta de tratamiento para calcular la eficiencia de remoción de la materia orgánica, también se tomaron muestras aguas arriba y aguas abajo del punto de descarga de la planta en el cuerpo receptor con el fin de observar la carga contaminante y la influencia de la descarga en el mismo. Los parámetros objeto de análisis fueron: Demanda Bioquímica de Oxígeno, Demanda Química de Oxígeno, solidos suspendidos totales, solidos totales, aceites y grasas, Coliformes fecales, pH, nitrógeno amoniacal, nitrógeno total Kjeldahl, temperatura y caudal.

ADJUNTO PDF: SI NO

CONTACTO CON AUTOR/ES: Teléfono:

0960777290 – 0968593914

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CONTACTO CON LA INSTITUCIÓN:

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