|
Ximena Rashell
Cazorla-Vinueza I ximena.cazorla@espoch.edu.ec https://orcid.org/0000-0003-1157-8900 |
Goering Octavio Zambrano-Cárdenas
II goering.zambrano@espoch.edu.ec
https://orcid.org/0000-0001-6975-8539 |
|
Julio Cesar
López-Ayala III julio.lopez@espoch.edu.ec
https://orcid.org/0000-0002-8625-1091 |
Iván Alfredo
Ríos-García IV irios@unach.edu.ec https://orcid.org/0000-0003-0858-4365 |
|
|
|
Correspondencia: ximena.cazorla@espoch.edu.ec
*Recibido:
20 de julio de 2021 *Aceptado:
30 de julio de 2021 * Publicado: 31
de agosto de 2021
I.
Máster Universitario en Sistemas Integrados de Gestión de la
Prevención de Riesgos Laborales, la Calidad, el Medio Ambiente y la
Responsabilidad Social Corporativa, Ingeniera Ambiental, Escuela Superior Politécnica
de Chimborazo, Riobamba, Ecuador.
II.
Magíster en Agroindustria Mención en Calidad y Seguridad
Alimentaria, Ingeniero Agroindustrial, Escuela Superior Politécnica de
Chimborazo, Riobamba, Ecuador.
III. Magíster en Formulación, Evaluación y Gerencia
de Proyectos para el Desarrollo, Ingeniero de Mantenimiento, Escuela Superior
Politécnica de Chimborazo, Riobamba, Ecuador.
IV. Magíster en Gerencia Pública, Especialista
Superior en Gestión Local, Especialista en Sistemas de Información
Geográfica Aplicados a la Gestión Territorial y Ambiental, Doctor
en el Programa de Doctorado en Ingeniería del Agua y Medioambiental, Ingeniero
Civil, Universidad Nacional de Chimborazo, Riobamba, Ecuador.
Resumen
Se analizaron los siguientes parámetros: analítica,
documental, explicativa, de campo y aplicada. Se determinó la ubicación geográfica y los sitios
puntuales para georreferenciar dentro de un mapa del cantón; mediante la
técnica de observación e instrumentos de investigación como apuntes, GPS y
registros fotográficos. Se consideró la altitud de la zona, así como la
precipitación y la temperatura para obtener isoyetas e isotermas de la
comunidad fueron obtenidos del anuario meteorológicos del INAMHI, se consideraron
las estaciones más cercanas a la comunidad. La determinación de variables se
calculó valores promedios anuales en cada estación tanto de precipitación y
temperatura del aire. La población beneficiaria fueron 71 familias indígenas de la comunidad El
Tejar Balbanera, parroquia Guamote, tomando en cuenta que la presente
investigación se centró en el estudio de las aguas residuales que son generadas
por las actividades diarias. Para la muestra, y l aplicación de las encuestas
se determinó el número de encuestados mediante la aplicación de la fórmula para
calcular el tamaño de muestra cuando se conoce el tamaño de la población. La
muestra de agua residual proveniente de la cocina, lavandería y quesera
artesanal se empleó el método de muestreo compuesta en primer caso: agua de la
descarga de los tanques de lavado de ropa y agua de la cocina, la segunda
muestra es generada por la quesera una mezcla de suero de leche y agua que es
utilizado en el lavado de los tanques. Las casas fueron determinadas al azar
para la recolección del agua residual. Se encontró que El resultado de la
muestra de Agua Residual Doméstica y de la Quesera presentan valores
considerables en los sólidos sedimentables, durante los 60 min de evaluación
existió 12 𝑚𝑙/𝑙 y 6 𝑚𝑙/𝑙 respectivamente.
Palabras claves: Tratamiento; aguas residuales; emprendimiento.
Abstract
The following parameters were analyzed: analytical,
documentary, explanatory, field and applied. The geographic location and
specific sites were determined to georeference within a map of the canton;
through the observation technique and research instruments such as notes, GPS
and photographic records. The altitude of the area was considered, as well as
the precipitation and temperature to obtain isohyets and isotherms of the
community were obtained from the INAMHI meteorological yearbook, the stations
closest to the community were considered. The determination of variables was
calculated annual average values in each station for both precipitation and
air temperature. The beneficiary population was 71 indigenous families from the
El Tejar Balbanera community, Guamote parish, taking into account that this
research focused on the study of wastewater that is generated by daily
activities. For the sample, and the application of the surveys, the number of
respondents was determined by applying the formula to calculate the sample size
when the population size is known. The sample of residual water from the
kitchen, laundry and artisan cheese factory was used the sampling method
composed in the first case: water from the discharge of the laundry washing
tanks and water from the kitchen, the second sample is generated by the cheese
factory a mixture of whey and water that is used in washing tanks. The houses
were randomly determined for the collection of wastewater. It was found that
the result of the sample of Domestic Waste Water and of the Quesera present
considerable values in the sedimentable solids, during the 60 min of
evaluation there were 12 𝑚𝑙 / 𝑙 and 6 𝑚𝑙 / 𝑙 respectively.
Keywords: Treatment; sewage water; entrepreneurship.
Resumo
Foram analisados os seguintes parâmetros: analítico,
documental, explicativo, de campo e aplicado. A localização geográfica e locais
específicos foram determinados para georreferenciar dentro de um mapa do
cantão; através da técnica de observação e instrumentos de pesquisa como notas,
GPS e registros fotográficos. Foi considerada a altitude da área, bem como a
precipitação e temperatura para obtenção das isoietas e isotermas da comunidade
foram obtidas no anuário meteorológico do INAMHI, foram consideradas as
estações mais próximas da comunidade. Para a determinação das variáveis, foram
calculados valores médios anuais em cada estação, tanto para a precipitação
quanto para a temperatura do ar. A população beneficiária foi de 71 famílias
indígenas da comunidade El Tejar Balbanera, freguesia de Guamote, tendo em
conta que esta pesquisa se centrou no estudo das águas residuais que são
geradas nas actividades quotidianas. Para a amostra, e a aplicação das
pesquisas, o número de respondentes foi determinado aplicando-se a fórmula para
calcular o tamanho da amostra quando o tamanho da população é conhecido. A
amostra de água residual da cozinha, lavanderia e queijaria artesanal foi
utilizada pelo método de amostragem composta no primeiro caso: água da descarga
dos tanques de lavagem de roupas e água da cozinha, a segunda amostra é gerada
pela queijaria a mistura de soro e água que se utiliza em tanques de lavagem.
As casas foram determinadas aleatoriamente para a coleta de esgoto.
Constatou-se que o resultado da amostra de Águas Residuais Domésticas e do
Quesera apresentam valores consideráveis nos sólidos sedimentáveis, durante
os 60 min de avaliação foram 12 𝑚𝑙 / 𝑙 e 6 𝑚𝑙 / 𝑙 respectivamente.
Palavras-chave: Tratamento; águas residuais; empreendedorismo.
Introducción
El
tratamiento biológico es una parte importante e integral de cualquier planta de
tratamiento de aguas residuales de municipios o industrias que tienen impurezas
orgánicas solubles o una mezcla de los dos tipos de fuentes de aguas
residuales. La ventaja económica obvia, tanto en términos de inversión de
capital como de costos operativos, del tratamiento biológico sobre otros procesos
de tratamiento como la oxidación química; la oxidación térmica, etc. ha
cimentado su lugar en cualquier planta de tratamiento de aguas residuales
integrada.
El
tratamiento biológico mediante el proceso de lodos activados aeróbicos se viene
practicando desde hace más de un siglo. Aumento de la imposición para cumplir
con los estándares de descarga más estrictos o no se permite descargar el
efluente tratado ha llevado a la implementación de una variedad de procesos
avanzados de tratamiento biológico en los últimos años.
Aeróbico y anaeróbico
Antes de
pasar a las discusiones de varios aeróbicos biológicos procesos de tratamiento,
es importante discutir brevemente los términos aeróbico y anaeróbico. Aeróbico,
como sugiere el título, significa en presencia de aire (oxígeno); mientras que
anaeróbico significa en ausencia de aire (oxígeno). Estos dos términos están
directamente relacionados con el tipo de bacterias o microorganismos que están
involucrados en la degradación de impurezas orgánicas en un agua residual dada
y las condiciones de operación del biorreactor. Por lo tanto, los procesos de
tratamiento aeróbico tienen lugar en presencia de aire y utilizan esos
microorganismos (también llamados aerobios), que utilizan oxígeno molecular /
libre para asimilar las impurezas orgánicas, es decir, convertirlas en dióxido
de carbono, agua y biomasa. Los procesos de tratamiento anaeróbico, por otro
lado, tienen lugar en ausencia de aire (y por tanto de oxígeno molecular /
libre) por parte de aquellos microorganismos (también llamados anaerobios) que
no necesitan aire (oxígeno molecular / libre) para asimilar las impurezas
orgánicas. Las imágenes en las Fig.1 y 2 representan principios simplificados
de los dos procesos.
La Tabla I
resume las principales diferencias en estos dos tipos de procesos. Del resumen
de la Tabla 1, se puede concluir que no es un tratamiento anaeróbico o
aeróbico, sino una combinación de los dos tipos de tecnologías que dan una
óptima configuración para aquellas aplicaciones de tratamiento de aguas
residuales donde las impurezas orgánicas se encuentran en una concentración
relativamente más alta.
Tecnologías de tratamiento biológico aeróbico
Existen
multitud de procesos y tecnologías de tratamiento biológico aeróbico en la
literatura y en la práctica; sin embargo, a los efectos de este artículo, se
describen las siguientes cuatro tecnologías de tratamiento biológico. Después
de la descripción de cada proceso y las correspondientes ventajas / aspectos
destacados, se tabula una comparación cualitativa de estas tecnologías. Esta
comparación se basa en una aplicación real de tratamiento de aguas residuales
para un proyecto de refinería, donde el requisito de tratamiento estaba
destinado a la descarga de efluentes tratados al mar.
A. Sistema convencional de proceso de lodos activados
(ASP)
Este es el
proceso de biotratamiento más común y más antiguo utilizado para tratar aguas
residuales municipales e industriales. Normalmente, las aguas residuales
después del tratamiento primario, es decir, la eliminación de impurezas en
suspensión se trata en un proceso de lodos activados basado en un tratamiento
biológico.
El sistema
que comprende un tanque de aireación seguido de un clarificador secundario. El
tanque de aireación es un biorreactor completamente mixto o de tapón bajo (en
algunos casos) donde la concentración específica de biomasa (medido como
sólidos suspendidos en alcohol mixto (MLSS) o sólidos suspendidos volátiles en
alcohol mixto (MLVSS)) se mantiene a lo largo con suficiente concentración de
oxígeno disuelto (OD) (típicamente 2 mg / l) para efectuar la biodegradación de
impurezas orgánicas solubles medido como demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) o
demanda química de oxígeno (DQO).
El tanque
de aireación está provisto de burbuja de aire difusa Tuberías de aireación en
la parte inferior para transferir el oxígeno requerido a la biomasa y también
garantizar un reactor completamente mezclado. El soplador de aire tipo raíz se
utiliza para suministrar aire a la tubería del difusor. En varias instalaciones
más antiguas, se han utilizado aireadores mecánicos de superficie para cumplir
con el requisito de aireación.
Existe una
mezcla y por gravedad llega al sistema de filtrado de aguas abajo para la
eliminación interna de los sólidos en suspensión. La biomasa separada es
devuelta al tanque de aireación por medio de la bomba de retorno de lodos
activados (RAS). El exceso de biomasa (producida durante el proceso de
biodegradación) se desperdicia en la instalación de manejo y deshidratación de
lodos.
B. Sistema de lodo activado cíclico (CASS)
Sistema de
lodo activado cíclico (CASS) como su nombre indica, es uno de los procesos de
reactores por lotes secuenciales (SBR) más populares empleados para tratar
aguas residuales municipales y aguas residuales de una variedad de industrias,
incluidas las refinerías y plantas petroquímicas. El sistema cíclico de lodos
activados (CASS) incorpora un alto nivel de sofisticación del proceso en una
configuración que es rentable y ofrece una metodología que tiene una simplicidad
operativa, flexibilidad y confiabilidad que no está disponible en los sistemas
de lodos activados configurados convencionalmente.
Las
características esenciales del CASS La tecnología SBR es la condición de
reacción iniciales de tapón bajo y cuenca del reactor de mezcla completa. La
cuenca del reactor está dividida por paredes deflectoras en tres secciones
(Zona 1: Selector, Zona 2: Aireación secundaria, Zona 3: Aireación principal).
La biomasa de lodos se recicla de forma intermitente desde la Zona 3 a la Zona
1 para eliminar los residuos fácilmente degradables sustrato soluble y
favorecer el crecimiento de la formación de locomotoras microorganismos. El
diseño del sistema es tal que la tasa de retorno del lodo provoca un ciclo
diario aproximado de biomasa en la zona de aireación principal a través de la
zona de selección. No se requieren equipos especiales de mezcla ni secuencias
formales de mezcla anóxica para cumplir con los objetivos de descarga de
efluentes. La configuración de la cuenca y el modo de funcionamiento permite
que los mecanismos combinados de eliminación de nitrógeno y fósforo se lleven a
cabo mediante un simple control de aireación de "una sola vez". CASS
utiliza una secuencia simple repetida basada en el tiempo que incorpora: •
Llenado - Aireación (para reacciones biológicas) • Llenar - Depositar (para la
separación de sólidos y líquidos) • Decante (para eliminar el efluente tratado)
Ilustración 1 Principio del tratamiento aeróbico
Ilustración 2 Principio del tratamiento anaeróbico
Ilustración 3 Sistema ASP convencional
C. Sistema integrado de lodo activado por película
fija (IFAS)
Hay varias
instalaciones industriales donde el tratamiento biológico en dos etapas que
comprende el goteo de medios de piedra o plástico filtro (también conocido como
biotorre de lecho compacto) seguido de activado tanque de aireación basado en
el proceso de lodos.
Otra
modificación de la configuración anterior que ha sido implementado en sistemas
de tratamiento de aguas residuales industriales más nuevos es un biorreactor de
medio luidizado (también conocido como lecho móvil biorreactor (MBBR)) en lugar
de biotorre seguido de activado proceso de lodos. En algunas de las industrias
(por ejemplo, refinerías y plantas petroquímicas, donde el sistema de tratamiento
de aguas residuales existente era un proceso de lodo activado convencional de
una sola etapa (basado en tanque de aireación y unidad clariier), que se
sometió a expansión de capacidad y / o enfrentado regulaciones de descarga más
estrictas, la mejora del proceso de lodos activados mediante la adición de Se
ha implementado bio-medios luidizados para cumplir con estos requisitos. Este
proceso híbrido de medios luidizados y El proceso de lodos activados que tiene
lugar en un solo tanque de aireación se conoce como proceso de lodos activados
de película fija integrada (IFAS). Las ventajas comunes de todo lo descrito
anteriormente las configuraciones son las siguientes:
·
El
medio de película fija proporciona un área de superficie adicional para que la
biopelícula crezca y degrade las impurezas orgánicas que son resistentes a la
biodegradación o incluso pueden ser tóxicos hasta cierto punto.
·
La
eficiencia general del sistema de biotratamiento de dos etapas es mejor que el
proceso de lodos activados solo.
·
Debido
al menor desperdicio de lodos, el manejo y la instalación de deshidratación es
más pequeña en comparación con el proceso de lodos activados.
Ilustración 4 Sistema activado de película fija integrado (IFAS)
D. Biorreactor de membrana (MBR)
El biorreactor
de membrana (MBR) es la última tecnología para la degradación biológica de
impurezas orgánicas solubles. La tecnología MBR se ha utilizado ampliamente
para el tratamiento de aguas residuales domésticas, pero para aplicaciones de
tratamiento de residuos industriales, su uso ha sido algo limitado o selectivo.
El proceso MBR es muy similar al proceso convencional de lodos activados, ya
que ambos tienen sólidos de alcohol mezclados en suspensión en un tanque de
aireación. La diferencia entre los dos procesos radica en el método de
separación de biosólidos. En el proceso MBR, separa mediante una membrana
polimérica basado en la unidad de microiltración o ultrailtración, frente al
proceso de sedimentación por gravedad en el clarificador secundario en convencional
proceso de lodos activados. Por lo tanto, las ventajas del sistema MBR sobre el
sistema convencional de lodos activados son obvias como se enumeran a
continuación:
La
filtración de la membrana proporciona una barrera positiva para biosólidos
suspendidos que no pueden escapar del sistema a diferencia de la sedimentación
por gravedad en el proceso de lodo activado, donde los biosólidos escapan
continuamente del sistema junto con un efluente clarificado y, a veces, una
pérdida total de sólidos también es encontrado debido a alteraciones de lodos
en el clariier. Como resultado, la concentración de biosólidos medido como MLSS
/ MLVSS se puede mantener de 3 a 4 veces en un proceso MBR (~ 10,000 mg / l) en
comparación al proceso de lodos activados (~ 2500 mg / l).
Debido al
aspecto anterior de MBR, el tamaño del tanque de aireación en el sistema MBR
puede tener de un tercio a un cuarto del tamaño del tanque de aireación en un
sistema de lodos activados. Además, en lugar de clarificador basado en la
sedimentación por gravedad, mucho más compacto, se necesita un tanque para
albergar los casetes de membrana en caso de MBR sumergido y módulos de membrana
montados sobre patines en caso de un sistema MBR externo no sumergido.
Ilustración 5 Sistema MBR sumergido
Comparación de las opciones de tratamiento biológico
aeróbico
Una
evaluación técnica detallada de varias opciones de biológicos se ha llevado a
cabo los procesos de tratamiento de una determinada agua residual de una
refinería y los requisitos de calidad del efluente tratado. Con base en esta
evaluación, la Tabla 2 resume los pros y los contras de cada opción. Con base
en estas comparaciones, se puede inferir que la tecnología CASS es superior a
otras tecnologías de tratamiento biológico aeróbico en términos de costo total
del ciclo de vida y retornos para el propietario.
Tabla 1 Comparación de las opciones de tratamiento biológico aeróbico
|
Parámetro |
Tratamiento
aeróbico |
Tratamiento
aeróbico |
|
Principio
de proceso |
Las
reacciones microbianas tienen lugar en presencia de oxígeno molecular / libre Los
productos de las reacciones son el dióxido de carbono, el agua y el exceso de
biomasa. |
Las
reacciones microbianas tienen lugar en ausencia de oxígeno molecular / libre Los
productos de reacción son dióxido de carbono, metano y exceso de biomasa |
|
Aplicaciones |
Aguas
residuales con impurezas orgánicas bajas a medias (DQO <1000 ppm) y para
aguas residuales que son difíciles de biodegradar p. ej. aguas residuales
municipales, aguas residuales de reinerías etc. |
Aguas
residuales con contenido orgánico medio a alto impurezas (DQO> 1000 ppm) y
aguas residuales fácilmente biodegradables, por ejemplo, aguas residuales de
alimentos y bebidas ricas en almidón / azúcar /alcohol |
|
Reacción
cinética |
Relativamente
rápido |
Relativamente
lento |
|
Rendimiento
neto de lodos |
Relativamente
alto |
Relativamente
bajo (generalmente entre una décima parte y una décima parte de los procesos
de tratamiento aeróbico) |
|
Postoperatorio |
Típicamente
descarga o filtración directa / desinfección |
Invariablemente
seguido de tratamiento aeróbico |
|
Huella |
Relativamente
grande |
Relativamente
pequeño y compacto |
|
Inversión
de capital |
Relativamente
alto |
Relativamente
bajo con amortización |
|
Tecnologías
de ejemplo |
Lodos
activados, por ejemplo, aireación extendida, zanja de oxidación, MBR,
pro-procesos, por ejemplo, filtro percolador / Biotower, BAF, MBBR o procesos
híbridos, por ejemplo, IFAS |
Reactor
/ digestor de tanque con agitación continua, manta de lodo aeróbico
ascendente (UASB), reactores de lecho fluidizado de velocidad ultra alta, por
ejemplo, EGSBTM, ICTM, etc. |
|
|
||
Tabla 2 Comparación de las opciones de tratamiento biológico aeróbico
|
Parámetro |
ASP
convencional |
CASS |
COMO SI |
MBR |
|
Efluente
tratado Calidad |
Cumple
con las especificaciones normas de descarga con iltra-adicional paso de
acción |
Cumple /
excede lo normas de descarga especificado sin iltra-paso de acción |
Cumple /
supera el paso de normas de descarga con filtración adicional especificado |
Supera
los estándares de descarga especificados sin un paso de filtración adicional.
Muy bueno para reciclar proporcionó permisos de nivel de TDS |
|
Capacidad
de ajustarse a hidráulica variable y contaminante cargando |
Promedio |
Muy
bueno |
Muy
bueno |
Muy
bueno |
|
Pretratamiento Requisito |
Impurezas
en suspensión, por ejemplo, eliminación de aceite y grasa y TSS |
Impurezas
en suspensión, por ejemplo, eliminación de aceite y grasa y TSS |
Impurezas
en suspensión, por ejemplo, eliminación de aceite y grasa y TSS |
Cribado
fino para impurezas en suspensión como cabello y eliminación casi completa de
aceite y grasa |
|
Habilidad
para afrontar con entrada de aceite |
Promedio |
Bien |
Promedio |
Deficiente
y perjudicial para la membrana |
|
Claridad
secundaria ier
requisito |
Necesario |
Actos de
la cuenca de aireación como
clariier |
Necesario |
Clariier
es reemplazado por filtración de membrana |
|
Complejidad
para operar y controlar |
Simple,
pero no amigable para el operador |
Amigable
para el operador |
Amigable
para el operador |
Requiere
operadores calificados |
|
Fiabilidad
& Probidad de Tecnología |
Promedio |
Muy
bueno |
Muy
bueno |
Referencias
limitadas en aplicaciones industriales |
|
Costo
capital |
Bajo |
Bajo |
Elevado |
Muy alto |
|
Costo
operacional |
Bajo |
Bajo |
Elevado |
Muy alto |
|
Requerimiento
de espacio |
Elevado |
Bajo |
Promedio |
Bajo |
Metodología
Para la
presente investigación se analizaron los siguientes parámetros: analítica,
documental, explicativa, de campo y aplicada.
-Área de estudio
Para ello
fue importante recorrer la zona, para
determinar la ubicación geográfica y los sitios puntuales, obtener las
coordenadas de latitud y longitud y lograr una localización exacta de la
comunidad en Google Earth, se guardò en el formato según las coordenadas UTM,
para georreferenciar dentro de un mapa del cantón; mediante la técnica de
observación e instrumentos de investigación como apuntes, GPS y registros
fotográficos.
En la
comunidad ¨El Tejar ¨, cantón Guamote, provincia de Chimborazo, región sierra
centro del Ecuador. Sus límites al norte: Parroquia Columbe, sur: Parroquia
Guamote, este: Parroquia Cebadas, oeste: Parroquia Palmira.
Se consideró la altitud de la zona 3.500 msnm,
así como la precipitación y la temperatura para obtener isoyetas e isotermas de
la comunidad fueron obtenidos del anuario meteorológicos del INAMHI, se
consideraron las estaciones más cercanas a la comunidad, en este caso son M1209
- Totorillas, M0133 Guaslan, M0395 - Cebadas, M0407 – Licto.
La
determinación de variables se calculó valores promedios anuales en cada
estación tanto de precipitación y temperatura del aire.
La
temperatura anual tiene un promedio 12.5 °C
Población y muestra
·
Población
La
población beneficiaria fueron 71
familias indígenas de la comunidad El Tejar Balbanera, parroquia Guamote,
tomando en cuenta que la presente investigación se centró en el estudio de las
aguas residuales que son generadas por las actividades diarias.
·
Muestra
Para la
ejecución de las encuestas se determinó el número de encuestados mediante la
aplicación de la fórmula para calcular el tamaño de muestra cuando se conoce el
tamaño de la población.
·
Variables
Variable
independiente: Caracterización de la calidad del agua residual mediante los
indicadores como: aceites y grasas, potencial de hidrógeno, conductividad,
turbidez, DBO, DQO, sólidos sedimentables, sólidos suspendidos, sólidos
disueltos totales, temperatura , nitrógeno total, fósforo total. Utilizando la
técnica de recolección de muestras para su respectiva caracterización y
análisis fisicoquímicos y biológicos de las aguas residuales.
Variable
dependiente: Diseño de la planta de tratamiento biológico para aguas residuales
usando como indicadores el caudal, proyección poblacional y el dimensionamiento
de la planta de tratamiento con criterios de diseño, pruebas de tratabilidad y
control de los parámetros del agua.
Procedimientos
·
Caracterización
del agua
Para
obtener la muestra de agua residual proveniente de la cocina, lavandería y
quesera artesanal se empleó el método de muestreo compuesta en primer caso:
agua de la descarga de los tanques de lavado de ropa y agua de la cocina, la
segunda muestra es generada por la
quesera una mezcla de suero de leche y
agua que es utilizado en el lavado de los tanques.
Este
procedimiento consistió en tomar muestras simples proporcionales al caudal
instantáneo de la descarga, muestreando durante 7 días de la semana, de sábado
a viernes durante un mes, al finalizar cada día se obtuvo 2 litros de muestra
de cada vivienda, considerando los puntos de salida del agua en las viviendas.
Un total de 21 muestras de la comunidad para obtener un valor promedio.
Las casas
fueron determinadas al azar para la recolección del agua residual.
La
determinación de los parámetros físicos químicos y biológicos de las aguas
residuales de la comunidad ¨El Tejar¨ se describe a continuación con la técnica
y equipos utilizados.
Los
parámetros que se realizaron in-situ son el pH y el oxígeno disuelto.
Tabla 3. Técnicas metodológicas de ensayo y parámetros fisicoquímicos analizados
en el laboratorio
|
PARÁMETROS |
UNIDADES |
NORMA |
MÉTODO |
|
Aceites y
grasas |
(mg/l) |
EPA 418,1 |
Gravimétrico |
|
Detergentes |
(mg/l) |
STANDAR 5540 – C mod METHODS |
Fotométrico |
|
Potencial de
Hidrógeno pH |
(7-14) |
STANDAR 4500 – H
b-METHODS |
Potenciométrico |
|
Conductividad
|
(ms/cm) |
STANDAR 2510- B- METHODS |
Potenciométrico |
|
Turbidez |
(*NTU) |
STANDAR 2130 – B METHODS |
Nefelométrico
|
|
Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) |
(mgO2/l) |
STANDAR 5210 – BMETHODS |
Respirométrico |
|
Demanda Química de Oxígeno (DQO) |
(mg/l) |
STANDAR 5220 – D mod METHODS |
Fotométrico Reflujo Cerrado |
|
Oxígeno
disuelto |
(mg/l) |
--------- |
Potenciométrico |
|
Sólidos
Sedimentables |
(mg/l) |
STANDAR 2540 – FMETHODS |
Volumétrico |
|
Sólidos
suspendidos |
(mg/l) |
STANDAR 2540 – DMETHODS |
Gravimétrico |
|
Sólidos
disueltos totales |
(mg/l) |
STANDAR 2540 – AMETHODS |
Gravimétrico |
|
Temperatura |
ªC |
----------- |
Potenciométrico |
|
Nitratos |
(mg/l) |
STANDAR 4500 – P – E mod
METHODS |
Fotométrico |
|
Fósforo
total |
(mg/l) |
STANDAR 4500 – N – E mod METHODS |
Fotométrico |
Dimensionamiento del sistema de tratamiento para agua
residual
Para el
diseño de la planta de tratamiento de agua residual se consideró parámetros de diseño
y fórmulas tomadas de (METCALF & EDDY, 1996) Ingeniería de aguas
residuales, (Lozano Rivas, 2012) Diseño de plantas de tratamiento de aguas
residuales, sus cálculos y operaciones se encuentran detallados en el anexo I.
Resultados y discusión
La planta
de tratamiento biológico de agua
residual se realizó en un terreno que
pertenece a la comunidad El Tejar. Las
condiciones para seleccionar el espacio físico adecuado es que el área sea de
756,02 𝑚2 y contar con una pendiente para
el Wetland del 2%.
La
población beneficiaria fueron 71 familias indígenas de la comunidad El Tejar
Balbanera, perteneciente a la parroquia La Matriz, cantón Guamote, provincia de
Chimborazo, que se encuentran
registradas en el Municipio de Cantón Guamote.
Se realizaron
a 41 personas las encuestas dato que se obtiene aplicando la fórmula para
muestras poblacionales.
En el
desarrollo de las encuestas se obtuvieron los siguientes resultados:
Se obtuvo
una media de 4 integrantes por cada familia; obteniendo así una población de
284 habitantes actualmente en la comunidad.
El 57% son
de género masculino, el 43% femenino.
De las 41
personas encuestadas, el 36% se dedica principalmente a la agricultura y
ganadería, 22 % de la población son estudiantes entre primaria y secundaria ,
15 % trabajan en construcción , seguido de un 13 % que se dedican a las
actividades en el hogar y trabajos fuera de la comunidad ,1 % en actividades como: periodismo , salud y
elaboración de quesos.
En lo que
corresponde a servicios básicos la comunidad está dotada de agua entubada,
electricidad, caminos de acceso; carece de alcantarillado, transporte público y
telefonía fija. Existe una tienda
comunal, escuela y telefonía móvil, no disponen de unidades de salud, colegio
en la comunidad y CIBVS.
Según el
criterio y consideración de los habitantes el mes que mayor precipitación tiene
es Febrero seguido del mes de Marzo.
En las
viviendas en la comunidad los 32 jefes de hogar respondieron que poseen un
tanque de concreto para lavar su ropa, 5 familias lavan la ropa en el río y 4
familias sobre una piedra. La gran mayoría lo realiza 2 veces a la semana.
Del total
de personas encuestadas, el 41% de las familias según su percepción ocupan 150
litros/día (valor que está dentro de la norma para población rural en climas
fríos), el 24 % deduce que son 100 litros/día, el 20 % considera que son 200
litros/día y el 15 % señala que son 50 litros /día; dicho valor puede ser
referente al número de integrantes en la familia.
Caracterización de las aguas residuales
Los
resultados obtenidos en la caracterización de las aguas residuales expresados
en la siguiente tabla: Dentro de la investigación el tratamiento de aguas
residuales domesticas son procedentes de la cocina y lavandería.
En la
comunidad existe la presencia de dos queseras artesanales la producción de cada
una es alrededor de 25 quesos diarios, dejando agua residual 120 - 150 litros
diarios, cuya carga contaminante presenta 31967 𝑚𝑔/𝑙.
Donde se propone que dichas empresas deberían
tratar su agua o reutilizarla , sin embargo se propone que la descarga a la
recolección de agua residual se elimine durante 24 horas en forma progresiva,
si consideramos su caudal actual un tanque con una capacidad de 220 litros con
una tapa que simule un sistema anaerobio
y una llave para eliminar 104 𝑚𝑙/min, de esta manera la carga se reducira a 1000 ppm aproximadamente.
El
resultado de la muestra de Agua Residual Doméstica y de la Quesera presentan
valores considerables en los sólidos sedimentables, durante los 60 min de
evaluación existió 12 𝑚𝑙/𝑙 y 6 𝑚𝑙/𝑙 respectivamente, es necesario un pretratamiento en este caso un
desbaste o conocido como cribado
mediante rejillas finas debido a la cantidad de partículas en suspensión. El sedimentador también participa dentro del
pretratamiento y tiene por objeto separar del agua cruda partículas inferiores
a 0,2 mm y superiores a 0,05 mm para reducir la presencia de aceites y grasas,
detergentes y la turbidez del agua residual.
Un sistema
Wetland es una imitación del funcionamiento de un humedal natural conformado
por grava, arena (una estructura que consta de piedra estratificada) en el que
en un extremo ingresan las aguas al pasar por los tanques antes mencionados,
además se utilizara especies como la Totora y Jacinto de agua por su facilidad
para obtener, esto ayudará de forma práctica en la elaboración de abono
orgánico para el suelo y el comercio en una forma directa a los artesanos. Con
la aplicación se logrará una remoción
directa de: DQO, DBO5, color, turbidez, sólidos suspendidos totales, nitrógeno,
fósforo y solidos sedimentables; y con una remoción indirecta de aceites y
grasas que los resultados dieron un valor elevado. La eficiencia de este sistema
es un 90% de remoción 𝐷𝐵𝑂5, nitrógeno, sólidos suspendidos totales, sólidos
sedimentables, DQO, color y turbidez.
Conclusiones
El índice
de biodegradabilidad de la relación 𝐷𝐵𝑂5 𝐷𝑄0 = 0,7; indica un tratamiento biológico, se optó por
el sistema Wetland Subsuperficial, para reducir la carga orgánica de las aguas
residuales domésticas, el sistema diseñado permitirá en corto plazo mejorar la
calidad de vida de los habitantes del sector.
De los
resultados de la caracterización del agua se determinó los parámetros que están
fuera del límite máximo permisible para el uso de riego estipulados en la Tabla
3 del Acuerdo Ministerial 097 A, son aceites y grasas 160 mg/l, DBO5 689 mg/l,
DQO 1008 mg /l, con el tratamiento biológico el agua queda en condiciones para
reutilizarla para el riego y aportará al desarrollo agrícola de la comunidad.
En el
proceso de sensibilización con los habitantes de la comunidad El Tejar
Balbanera han manifestado que es una necesidad erradicar la contaminación
ambiental y mejorar la calidad de vida, su sustento de vida está basado en
actividades como ganadería y agricultura principalmente, el comercio de sus
productos agrícolas en la comunidad, por lo que requieren agua para el riego en
buenas condiciones, la futura implementación del planta será un apoyo para las
familias de la comunidad.
La Planta
de Tratamiento está conformada por: un canal de entrada, como pretratamiento
desbaste o cribado mediante unas rejillas finas, seguido de un sedimentador y
finalmente el sistema Wetland. El
sistema fue dimensionado con una proyección para 15 años y con un caudal
de diseño de 0,691 l/s.
El 63 % de
los encuestados para el riego en sus cultivos lo realizan a través de aspersión
y gravedad, el 37 % lo realiza únicamente por gravedad.
Dentro de
la investigación al referirnos al
conocimiento de la comunidad en el tema de aguas residuales la gran mayoría de
la comunidad está conscientes del daño que producen al ambiente
Los
sistemas de depuración natural conocido como Wetland brindan la oportunidad de
aprovechar los beneficios ligados a una gestión sostenible de los recursos
hídricos y optimización del consumo, una consecuencia positiva para la zona,
tomando en consideración que el agua tratada se reutilizara y servirá en gran
parte al desarrollo agrícola de la zona, además ayudara en el cuidado y
protección del ambiente descargando las aguas de una manera correcta con los
limites adecuados. La finalidad de combinar dos tipos de especies como la
totora y el Jacinto de agua es validar el porcentaje de remoción y calidad del
agua de riego, para definir un modelo de planta de tratamiento y replicar en
las zonas aledañas.
Referencias
1.
Alvarado,
A. R., & Camacho, C. K. E. (2012). El tratamiento de agua residual
doméstica para el desarrollo local sostenible: el caso de la técnica del
sistema unitario de tratamiento de aguas, nutrientes y energía (SUTRANE) en
San Miguel Almaya, México., 14(1), 78-97.
2.
Arango
, O., & Sanchéz, L. (2009). TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LA
INDUSTRIA LACTEA . Pasto - Colombia : Vol 7 No. 2 Julio - Diciembre 2009.
3.
Arriola,
E. (2015). 2. Características Aguas Residuales.pdf. Recuperado 9 de junio de
2018, a partir de https://es.scribd.com/document/271698604/2-CaracteristicasAguas-Residuales-pdf
Buitrón, R. (2010). Derecho Humano al agua en el Ecuador. Quito-Ecuador: 1era.
Edición Ediciones Abya-Yala.
4.
Candia,
J. (2018). Wetlands Artificiales Conama. Recuperado 8 de junio de 2018, a
partir de
https://es.scribd.com/document/353289712/Wetlands-Artificiales-Conama
5.
CEPIS.
(2005). Tratamiento de Agua para Consumo.HumanoPlantas de Filtración Rápida.
Lima: Manual I.
6.
Condorchem
Envitech. (19 de Septiembre de 2015). Tratamiento de aguas residuales de la
industria láctea. Obtenido de Ingeniería Ambiental:
https://blog.condorchem.com/tratamiento-de-aguas-residuales-de-la-industrialactea/
7.
Chafloque,
W. A. L., & Gómez, E. G. (2012). Diseño de humedales artificiales para el
tratamiento de aguas residuales en la UNMSM. Revista del Instituto de
Investigación de la Facultad de Ingeniería Geológica, Minera, Metalúrgica y
Geográfica, 9(17), 85-96.
8.
FAO.
(2013). Reutilización del agua en la agricultura:Beneficio para todos. Roma:
Edición Técnica en Español : División de Tierras y Aguas .
9.
FAO.
(2015). NORMA DE CALIDAD AMBIENTAL Y DE DESCARGA DE EFLUENTES: RECURSO AGUA
(Especial). Ecuador.
10. FUNDACION_CARITAS. (2017). PROYECTO TRATAMIENTO
BIOLOGICO DE AGUAS RESIDUALES. RIOBAMBA.
11. GAD GUAMOTE, P. (2015). Plan de Ordenamiento
Territorial de Guamote. Palmira.
12. García , J., & Corzo, A. (2008). Depuración con
Humedales construidos . Barcelona : Editorial Paraninfo, Madrid, 429 pp.
13. González, C. (2011). Monitereo de la calidad de agua.
Puerto Rico: Colegio de Ciencias Agrícolas.
14. IDEAM. (2007). TOMA DE MUESTRAS DE AGUAS RESIDUALES.
COLOMBIA : Versión 3 - Código: TI0187.
15. Lozano Rivas, W. A. (2012). Diseño de Plantas de
Tratamiento de Aguas Residuales. Bogotá-Colombia : pag . 49
16. Llanos, D. (2013). Diseño de la planta de tratamiento
de aguas residuales de la industria de productos lácteos”Pillaro” ubicada en
el cantón Pillaro-Tungurahua. Recuperado a partir de
http://dspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/2636/1/236T0068.pdf
17. Martínez & Niño, E. (2013). ESTUDIO DE LAS AGUAS
GRISES DOMÉSTICAS EN TRES NIVELES SOCIOECONÓMICOS DE LA CIUDAD DE BOGOTÁ, 177.
18. Melgarejo, J. (2009). Efecto ambientales y económicos
de reutilización del Agua en España. Universidad de Alicante : Asociación de
Economía de Castilla-La Mancha.
19. Mendoza, M. M. (2008). Metodología para el análisis
de vulnerabilidad del recurso hídrico para consumo humano; aplicacion y
determinación de medidas en la subcuenca del río Copán. Obtenido de
http://repositorio.bibliotecaorton.catie.ac.cr/bitstream/handle/11554/5323/Metod
ologia_para_el_analisis_de_vulnerabilidad.pdf?sequence=2&isAllowed=y
20. METCALF, & EDDY. (1996). NGENIERÍA DE AGUAS
RESIDUALES. España: Volumen 2. Tercera edición.
21. Olivos, O. (2010). Características de las aguas
residuales. Lima - Perú : Universidad Alas Peruanas .
22. Parra, R. (2009). LACTOSUERO: IMPORTANCIA EN LA
INDUSTRIA DE ALIMENTOS, (62), 16.
23. Pech, O. M. S., & Ocaña, G. L. (2014).
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MEDIANTE HUMEDALES ARTIFICIALES. Kuxulkab’,
19(36). Recuperado a partir de
http://revistas.ujat.mx/index.php/kuxulkab/article/view/337
24. Pickers, S. (04 de 11 de 2015). Tamaño de una
muestra. Obtenido de
psyma:http://www.psyma.com/company/news/message/como-determinar-eltamano-de-una-muestra
25. PNUD. (2018). OBJETIVOS DEL DESARROLLO SOSTENIBLE
.Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo. Obtenido de
http://www.undp.org/content/undp/es/home/sustainable-developmentgoals/goal-6-clean-water-and-sanitation.html
26. Pucci, B. (2008). CONSTRUCTED WETLANDS DEPURACIÓN
NATURAL DE LAS AGUAS. Innovación para el Desarrollo y la Cooperación Sur-Sur,
1(1), 12.
27. Sanchez, L. (2009). Tratamiento de aguas residuales
en una industria láctea . Revista de la Facultad de Ciencias Agrarias ,
Volumen 7 ; Número 2 .
28. STANDARD METHODS. (2005). Métodos normalizados para
el análisis de agua residual APHA,AWWA,WPCF. Edición 22 .
29. Tirado, D., Gallo, L., & Acevedo, D. (2016).
Biotratamientos de aguas residuales en la industria láctea. Producción más
Limpia, 11(1), 171-184.
30. Torres & Briceño (2016) . TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES DE TIPO DOMÉSTICO A PARTIR DE COLEÓPTEROS SCARABAEIDAE, 78
©2020
por los autores. Este artículo es de acceso abierto y distribuido según los términos y
condiciones de la licencia Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual
4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0) (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).