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Universidad Nacional Experimental de Los Llanos Occidentales “Ezequiel Zamora”

Vice rectorado de Infraestructura y Procesos Industriales Programa de Ingeniería, Arquitectura y Tecnología

San Carlos – Estado Cojedes

DISEÑO DE LAGUNAS DE OXIDACION PARAAGUAS RESIDUALES PRODUCIDAS EN LA COMUNIDAD DE MONAGAS, MUNICIPIO LIMA BLANCO, ESTADO COJEDES.

Tutor: Ing.Francisco Castillo

Bachilleres: Víctor Rodríguez

C.I:20.951.234 Víctor Sandoval

C.I:22.598.811

Tutor Metodológico: Ing. Diego Pineda SAN CARLOS, FEBRERODE 2015

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CAPÍTULO I 1. EL PROBLEMA

1.1. Planteamiento del Problema.

El problema de las aguas residuales se origina al inicio de la civilización humana, el crecimiento de una población va de la mano con un mayor consumo de

agua,necesaria para el desarrollo de la vida y de las actividades asociadas a ella, por consecuencia todo consumo de agua en grandes cantidades trae consigo la emisión de aguas intervenidas y puesto a esto, la modificación de las propiedades física y

químicas en ella produciendo la acción de contaminación,(Metcalf& Eddy 1996). Las primeras estructuras de la ingeniería sanitaria fueron utilizadas por las

civilizaciones Mesopotámicas y Romanas, estos últimos no poseían un sistema de tratamiento de aguas servidas como tal, sin embargo estaban visualizando el abastecimiento de agua para la población mediante acueductos con el objeto cubrir sus necesidades, (Licha, I., 1987).

Al inicio de la revolución industrialenmarcada entre los siglos XVIII y XIX de nuestra era, en el mundo el problema de las aguas residuales empieza a tomar una mayor dimensión, por la incorporación de compuestos nuevos de origen orgánicos e inorgánicos necesarios para el desarrollo de nuevas tecnologías lo que posteriormente suelen ser vertidos en distintos cuerpos receptores de agua, sin recibir ningún tipo de tratamiento(Licha, I., 1987).

El problema se ha venido acentuando en los últimos dos siglos, debido a la creciente aparición de nuevos compuestos, se estima que cada año aparecen unos 10.000 compuestos nuevos según (Metcalfy Eddy 1996), en este mismo orden de ideas, se destaca que los nuevos compuestos inorgánicos llamados compuestos volátiles (CV) y compuestos volátiles tóxicos (CVT), se encuentran inmersos en las aguas

residuales, que se producen en una determinada comunidad o zona industrial

derivados del uso de productos químicos, como es el caso de las empresas petroleras, agropecuarias, textiles entre otras.

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calidad del agua en todos los niveles. (ONU, 1992), La agenda 21 es el principal lineamiento el cual señala que todos los países del mundo están en la obligación de la protección del agua, Venezuela no escapa de este tratado global ya que es firmante del mismo.

En Venezuela, el transitar de un país rural a moderno se ve influenciado por la aparición de las primeras instituciones sanitarias como lo fueron el MOP (Ministerio de Obras Publicas) y la Comisión de Higiene Publica, estas instituciones del Estado fomentaron las primeras estructuras de carácter sanitario como lo fueron las letrinas, esto surgió debido a la necesidad de disminuir algunas epidemias que afectaban algunas regiones de la nación(Licha, I., 1987).

Entre las primeras acciones de estas instituciones tratan de la incorporación de nuevos sistemas de acueductos cloacas y drenajes a muchas ciudades y pueblos del país. La evolución de estas instituciones hasta nuestros días, deriva otros organismos de carácter sanitario y de servicios públicos relacionados con el mejoramiento de la calidad del agua a todos los niveles entre los cuales se pueden mencionar la empresa Hidrológica del Centro (Hidrocentro), que incorpora los primeros sistemas de cloración y desinfección de las aguas en los acueductos.

El Estado Venezolano ha realizado esfuerzo con el fin de garantizar los deberes y derechos en cuestiones ambientales, esto se demuestra primeramente con la reforma a la constitución, la promulgación de la Ley Orgánica del Ambiente, la Ley Penal del Ambiente, La Ley de Aguas entre otras, y en especial atención el Decreto 883, de fecha 1995, que nos indican los parámetros característicos y de calidad para el vertido de aguas servidas.

Lamentablemente el problema de contaminación de las aguas en nuestro país es un tema de preocupación en todos, diferentes cuerpos de aguas dulces se están viendo afectados por una contaminación alarmante entre los casos emblemáticos podemos citar El Lago de Valencia, Los RíosCabréales y Guaire, entre otros.

En el aspecto regional sabemos que muchos afluentes están sufriendo contaminación por aguas residuales como consecuencia de los vertidos de las aguas negras que se producen en diferentes comunidades que no cuentan con los sistemas de recolección

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de las mismas y mucho menos con los sistemas de tratamiento. La comunidad de Monagas es uno de estos casos, es por ellos que en esta investigación se plantean las siguientes interrogantes:

 ¿Será necesario el diseño e incorporación de un sistema de tratamiento de aguas residualesde origen domestico que se producen en la Comunidad de Monagas del Municipio Lima Blanco. Estado Cojedes.?

 ¿Cuáles son las características físicas, químicas y biológicas de las aguas residuales producidas en dicho sector?

 ¿Cuál será el sistema de tratamiento más factible para tratar estas aguas residuales?

 ¿Será Posible minimizar los niveles de contaminación de las aguas tratadas producidas en sector Monagas y la determinación de la factibilidad ambiental de dicha propuesta?

 ¿Existirá un lote de terreno adecuado para la construcción de las estructuras para el tratamiento determinado ?

1.2. Justificación de la investigación.

Según (Agenda 21, ONU), donde 179 país firmaron el acuerdo del pacto global donde Venezuela es firmante del mismo, comprometiendo con esto a la nación a la

protección del ambiente y todos sus recursos, con el fin de preservar y mejorar la calidad de vida de la población mundial.

Es entonces que nuestro país comprometido con este lineamiento en todo el territorio nacional se deben garantizar la incorporación de las diversas estructuras que

minimicen los efectos negativos sobre el ambiente respetando las consideraciones exigidas por la normativa vigente, la comunidad de Monagas, la cual carece de una red de recolección de aguas negras como primer problema en el manejo de las aguas servidas, también carece de la planta de tratamiento de las mismas, en la actualidad dicha comunidad descarga las aguas servidas en la estructura típicatanque séptico, siendo los principales contaminantes del pozo que distribuye las aguas blancas en ese sector del municipio Lima Blanco.

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Así pues,que existe la necesidad de proponer el diseño de una estructura de

tratamiento que tiene como finalidad la estabilización, neutralización y mecanismo inhibidor para las aguas de origen residual sin un cause apropiado, en virtud de proteger esta fuente de abastecimiento y el ambiente.

Las lagunas de oxidación son una alternativa de tratamiento que correctamente diseñadas y construidas pueden disminuir la carga contaminante en un efluente, es entonces que esta comunidad la amerita, se debe acotar que el abastecimiento de agua potable de esta comunidad depende de acuíferos subterráneos y por ellos se debe garantizar su preservación y con ello evitar que las descargas escurran a el mismo y con esto mejorar la calidad de vida de esta población.

1.3. Formulación de los objetivos: 1.3.1. Objetivo General.

DISEÑO DE LAGUNAS DE OXIDACION PARA AGUAS RESIDUALES PRODUCIDAS EN LA COMUNIDAD DE MONAGAS, MUNICIPIO LIMA BLANCO, ESTADO COJEDES.

1.3.2. Objetivos Específicos.

 Determinar topográficamente la disposición de un lote de terrenos aptos para la construcción de las lagunas de oxidación en las cercanías de esta comunidad.

 Encontrar el caudal de diseño de las aguas residuales que se producen en la Comunidad de Monagas.

 Encontrar los parámetros Fisicoquímicos y biológicos en las aguas residuales de origen domestico que se producen en la comunidad de Monagas.

 Diseñar lagunas de oxidación para el tratamiento de aguas residuales y establecer la opción más viable.

 Determinar la factibilidad ambiental y constructiva de las lagunas que darán tratamiento a las aguas residuales generadas en la comunidad de Monagas.

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1.4. Alcances y Limitaciones. 1.4.1. Alcances

 Es una necesidad que tiene el estado de incorporar plantas o sistemas que depuren las aguas contaminadas, puesto que las mismas pueden ser reutilizadas con fines de recreación o simplemente para ser descargadas en cuerpos de agua receptores.

 Promover la construcción como necesidad primordial y básica enmarcado en la constitución, para influenciar y fortalecer esta alternativa de tratamiento de aguas servidas.

 El mejoramiento de la calidad de vida de los pobladores de las comunidades afectadas por esta problemática, en nuestro caso el caserío Monagas.

1.4.2. Limitaciones

 No contamos con el equipo adecuado para la realización del levantamiento topográfico de una manera óptima, es decir, una estación total.

 No tenemos a nuestra disposición un laboratorio especializado que determine los distintos parámetros de formaespecíficapara adquirir la información de los rangos de las aguas residuales de la comunidad de Monagas.

 Carencia del sistema de recolección de las aguas servidas en su parte física, contando solamente con un trabajo de investigación.

1.4.3. Ubicación Geográfica

Localización de la Comunidad de Monagas Coordenadas UTM:

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Oeste: 68°26'38''

FIGURA. 1. Mapa Geográfico del Estado Cojedes. Fuente: www.google.maps.com (2014)

FIGURA 2. Vista Satelital Dela Comunidad de Monagas Fuente: Google Earth (2014).

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Cronograma de Actividades Tabla N 1 Nº Actividades Semanas 1 1 1 Diagnóstico de la zona afectada 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

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2 2

Búsqueda de información bibliográfica

2

3 Asesoramiento del tutor 4

4

Consulta a los organismos competentes en búsqueda de información 5 5 Recolección de datos 6 6 Análisis e interpretación de datos recopilados 7 7 Conclusiones y recomendaciones

Autor: Rodríguez V., y Sandoval V. (2014)

1.5. Costo del proyecto y tiempo de ejecución

La elaboración del trabajo de grado requiere de una inversión de recursos, tanto económicos, tecnológicos y tiempo. A continuación se presenta un presupuesto de resumen de gastos:

Cuadro 1. Presupuesto considerado de Gastos.

Partida Cantidad P.U. Total BsF.

Impresión de trabajos 1 2100 2100,00

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Fotocopias 1 900 1500,00 Encuadernación 1 350 550,00 Digitalización de planos 5 300 1500,00 Levantamiento topográfico 1 2500 2500,00 Transporte 1 1600 1600,00 Otros 1 500 700,00 Total 14050,00 Fuente (Autores). CAPÍTULO II. 2. Marco Teórico. 2.1. Antecedentes de la investigación.

En esta investigación se presentan los siguientes antecedentes relacionados con nuestra propuesta.

Aguiño y Pinto (2014), realizaron el diseño de una “planta de tratamiento de para aguas residuales provenientes del sector Limoncito del Municipio Ezequiel Zamora. En esta investigación se calculó el caudal de aguas residuales producidos en este sector, además se realizó una caracterización de la misma comparando estos valores con lo recomendado en la gaceta oficial No 5.021: DECRETO N° 883, encontrando que algunos parámetros como la Demanda Biológica de Oxigeno (DBO), la demanda

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química de oxigeno (DQO), el pH, los sólidos totales, los aceites y grasas totales, están fuera de lo recomendado por esta norma para ser vertidas en cauces naturales. El caudal encontrado para diseñar las diferentes estructuras de esta planta de tratamiento fue de 0,3639 m3/s, como primera operación de tratamiento los autores propusieron la operación de desbaste, seguido de un tanque sedimentador luego dos lagunas de oxidación, una aérobica y otra facultativa, con la que se pretende

disminuir un 90% de la DBO, en sus recomendaciones los autores proponen un tratamiento terciario llamado humedal artificial, por lo que corresponde realizar esta investigación, para luego descargar estas aguas en el Río Tirgua.

Aular y Parra (2013), diseñaron un sistema de redes cloacales para la comunidad de Monagas, Municipio Lima Blanco, Estado Cojedes, en esta investigación los autores determinaron el caudal de abastecimiento requerido para cubrir las demandas de la población con un caudal máximo de diseño de 44,55 l/s, para una población futura en el año 2040, ellos también determinaron el caudal de aguas servidas que se originan en dicha comunidad obteniendo un caudal de diseño de 35,97 l/s considerando las perdidas por infiltración y juntas en las tuberías de hierro propuestas en esta investigación, estos autores diseñaron la red de distribución para el acueducto así como también la red de colectores de las aguas residuales que se originan en la misma, dejando en una de sus recomendaciones el diseño de una planta de tratamiento para tratar las mismas.

Araujo y Araujo (2011), plantearon Alternativas para el manejo de las aguas

residuales municipales en la parroquia La Puerta, Municipio Valera, Estado Trujillo, en esta investigación se realizó un inventario del sistema de abastecimiento humano, recolección, tratamiento y disposición, de las mismas en dicha parroquia, una vez realizado el inventario una vez realizado este se plantearon varias alternativas para el tratamiento de las aguas residuales, se evaluó una matriz de multicriterios, para seleccionar la más apta y apropiada, esta selección se elaboró basada en la ingeniera conceptual. Por último se formuló la operación de reúso con fines agrícolas que beneficiara a los agricultores aguas debajo de la zona de estudio, con el fin de reutilizar las aguas residuales originadas en este lugar

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Toscano (2014), planteoél “diseño de lagunas de oxidación para tratamiento de aguas residuales generadas en el campamento El Coca de la empresa Triboilgas”.

Este proyecto de investigación, se inició realizando la caracterización de los efluentes generados en el campamento El Coca y la identificación de las actividades que generen contaminación de aguas, para el tratamiento, se planteó el diseño de tres sistemas de lagunas de oxidación, facultativa, aerobia y anaerobia una vez realizados los análisis y cálculos respectivos para cada caso se determinocual de las tres lagunas es la más óptima, basándose en la eficiencia de remoción de la DBO5, además se propuso la implementación de la impermeabilización utilizando arcilla o

geomenbrana para reducir los porcentajes de infiltración de aguas, además se

determinó que la investigación es técnicamente aceptable para la construcción puesto que el área total es menor al espacio que dispone la comunidad para la construcción de la misma

.

2.2. Bases teóricas. 2.2.1. El agua.

Es un líquido inodoro, incoloro e insípido compuesto por dos moléculas de hidrógeno y una de oxígeno combinados, (H2O). Este refracta la luz, disuelve numerosas

sustancias, se solidifica por la ausencia de calor y se evapora cuando alcanza una temperatura de cien grados centígrados 100 oC. Abunda en la naturaleza y forma las lluvias, ríos, fuentes, lagos, mares y océanos. Es de gran importancia para la vida en nuestro planeta, constituye un recurso unitario que se renueva a través del ciclo hidrológico, conservándose una cuantía casi constante dentro de cada una de las cuencas hidrográficas. (López H., 2003).

El agua cubre tres cuartas partes de la superficie del planeta. El 3% de su volumen es dulce. De ese 3 %, un 1 % se encuentra en estado líquido, componiendo los ríos y lagos el restante 2% se encuentra almacenado en los casquetes polares(Chow V. y Maidment D. 1994).

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Figura 3. Agua Potable Fuente:www.google. com (2014).

2.2.2. Ciclo Hidrológico.

Se define como la circulación de las masas de aguas en diferentes estados físicos interconvertibles entre sí, que se da entre el ambiente y los seres vivos motorizada por la fuerza de gravedad y la energía solar(Ley de Aguas 2007).

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Fuente: www.google.com (2014).

2.2.3. Porcentaje del Agua Dulce en el Planeta.

Pese a que el 70% de la superficie de la Tierra está cubierto por agua, el 97.5% es agua salada y sólo el 2.5 % es dulce. De este último porcentaje, sólo es consumible el 1%, pues gran parte está congelada en los glaciares, y otro tanto se presenta como humedad en el suelo o permanece en capas acuíferas subterráneas inaccesibles. El agua dulce que podemos utilizar se encuentra en acuíferos, lagos y ríos

principalmente (Chow V. y Maidment D. 1994).

2.2.4. Contaminación de las Aguas.

Acción y efecto de introducir materias, formas de energía o inducir condiciones en el agua que, de modo directo o indirecto, impliquen una alteración perjudicial de su calidad en relación con los usos posteriores o con su función ecológica. El Concepto de degradación de las aguas, a los efectos de esta Ley, incluyen las alteraciones perjudiciales de su entorno(Ley de Aguas, 2007).

2.2.5. Vertido líquido.

Descarga de aguas residuales que se realice directa o indirectamente a los cauces mediante canales, desagües o drenajes de agua, descarga directa sobre el suelo o inyección en el subsuelo, descarga a redes cloacales, descarga al medio marino-costero y descargas submarinas. (Decreto 883, 1995).

2.2.6. Aguas Servidas.

Aguas utilizadas o residuales provenientes de una comunidad, industria, granja u otro establecimiento, con contenido de materiales disueltos y suspendidos. (Decreto N° 883, 1995).

2.2.7. Agua Residuales.

Son aguasque están contaminadas consustancias fecalesyorina, procedentes de desechos orgánicos humanos o animales. Su importancia es tal que requiere sistemas de canalización, tratamiento y desalojo. Su tratamiento nulo o indebido genera graves

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problemas de contaminación (Mecalf y Eddy, 1996). 2.2.8. Composición del agua residual urbana.

Los parámetros que permiten cuantificar y normalizar el nivel de contaminación de las aguas residuales pueden clasificarse en un primer momento, en físicos

(temperatura, agua, calor y turbidez) y químicos (que pueden ser sólidos, materia orgánica, nutrientes, pH, alcalinidad, dureza, cloruros y grasas). En la tabla 4, se muestran los rangos típicos de los contaminantes químicos en un agua residual de origen doméstico.

2.2.9. Origen y caudales de las aguas residuales.

En esta sección se proporciona información relativa a como estimar los caudales medios de agua residual de origen doméstico e industrial, así como los derivados de la infiltración y las aportaciones incontroladas. También se facilita información acerca de las posibles variaciones en estos caudales, variaciones que deben establecerse antes de proyectar la red de alcantarillado y las instalaciones de tratamiento(Mecalf y Eddy, 1996).

2.2.10 Sólidos disueltos.

La fracción filtrable de los sólidos corresponde a sólidos coloidales y disueltos. La fracción coloidal está compuesta por las partículas de materia de tamaños entre 0,001 y 1 micrómetro. Los sólidos disueltos están compuestos de moléculas orgánicas, inorgánicas e iones en disolución en el agua.

No es posible eliminar la fracción coloidal por sedimentación, normalmente para eliminar la fracción coloidal es necesaria la oxidación biológica o la coagulación complementadas con la sedimentación. Estos sólidos pueden ser parcialmente

removidos, o transformados mediante la acción biológica de microorganismos que los utilizan como substratos solubles en su mecanismo metabólico (Rivas G. 1978) 2.2.11. Sólidos totales.

Analíticamente, se define el contenido de sólidos totales como la materia que se obtiene como residuo después de someter al agua a un proceso de evaporación a entre 103 y 105°C. No se define como solida aquella materia que se pierde durante la

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evaporación debido a su alta presión de vapor. Los sólidos sediméntales se definen como aquellos que sedimentan en el fondo de un recipiente de forma cónica (cono de Imhoff) en el transcurso de un periodo de 60 minutos (Mecalf y Eddy, 1996).

2.2.12. Bacterias de las aguas negras.

Las bacterias presentes en las aguas negras pueden ser hasta millones por centímetro cubico y las más importantes son las del grupo Coliforme, los Streptococcus fecales, el Clostridiumwelchii, los del grupo Proteus y otras que tienen su origen en el tracto intestinal; su número y tipo dependerán de la clase de agua, la nutrición, la

temperatura, la luz, la acidez, la salinidad, el oxígeno disuelto, la lluvia, la estación, la filtración y otros(López H., 2003).

2.2.13. Hongos.

Se considera que los hongos importantes en ingeniería sanitaria son protistas heterótrofos, no fotosintéticos y multicelulares. Los hongos se suelen clasificar en función de su modo de reproducción. Se pueden reproducir sexual o asexualmente, por escisión, gemación, o por formación de esporas. Los mohos u hongos verdaderos producen unidades microscópicas (hifas) que colectivamente forman una masa finalmente llamada micelio. La mayoría de los hongos son aerobios estrictos. Pueden crecer con muy poca humedad y toleran ambientes con pH realmente bajos, (Mecalf y Eddy, 1996).

2.2.14. Algas.

Son protistas unicelulares o multicelulares, autótrofas y fotosintéticas su importancia en los procesos de tratamientos biológicos estriba en dos hechos. En lagunas de estabilización, la capacidad de las algas para generar oxigeno por fotosíntesis es vital para la ecología del medio ambiente acuático, las algas también son, así mismo, importantes en los procesos de tratamiento biológicos porque el problema de la prevención del crecimiento excesivo de algas en los cuerpos de agua receptores se ha centrado, hasta la fecha, en la eliminación de nutrientes en los procesos de

tratamientos. Algunos científicos abogan por la eliminación de nitrógeno en los efluentes de las planta de tratamiento; otros recomiendan la eliminación del fosforo; y un tercer grupo recomienda la eliminación de ambos constituyente(Mecalf y Eddy,

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1996).

2.2.15. Composición de las aguas residuales.

La composición de las aguas residuales se refiere a las cantidades de constituyentes físicos, químicos y biológicos presentes en las aguas residuales. En este apartado se presentan datos sobre los diferentes constituyentes de las aguas residuales y de los fangos de de las fosas sépticas. También se incluyen comentarios acerca de la necesidad de profundizar en la caracterización de las aguas residuales y sobre la incorporación de minerales que se producen durante los diversos usos del agua. (Mecalf y Eddy, 1996).

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Rangos de concentración típicos para aguas residuales de origen doméstico. Fuente: (Mecalf y Eddy, 1996).

Tabla 4. 2.2.16. Desinfección.

Consiste en la destrucción selectiva de los organismos que causan enfermedades. No

Componentes Rango Medio Valor Típico Solidos totales 375-1800 740 Sedimentables (mg l^-1) 5.0-20 10 En suspensión (mg l^-1) 120-360 230 Fijos 30-80 55 Volátiles 90-280 175 Disuelto (mg l^-1) 250-800 500 Fijos 145-500 300 Volátiles 105-300 200 Materia orgánica (mg O2 l^-1) DBO5 110-400 210 DQO 200-780 400 COT 80-290 150 Nitrógeno total (mg Nl^-1) 20-85 40 Nitrógeno orgánico 8.0-35 20 Armoníaco 12.0-50 20 Nitritos y nitratos 0 0 Fosforo total (mg Pl^-1) 4.0-15 8 Orgánico 1.0-5 3 Inorgánico 3-0-10 5 pH 6.7-7.5 7 Alcalinidad (mg CaCO3 l^-1) 50-200 100 Dureza (mg CaCO3 l^-1) 180-350 240 Cloruros (mg l^-1) 30-100 50 Grasas (mg l^-1) 50-150 100

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todos los organismos se destruyen durante el proceso, punto en el que radica la principal diferencia entre la desinfección y la esterilización, proceso que conduce la destrucción de la totalidad de los organismos. En el campo de las aguas residuales, las tres categorías de organismos entéricos de origen humano de mayor consecuencia en la producción de enfermedades son las bacterias, los virus y los quistes amebianos (Mecalf y Eddy, 1996).

2.2.17. Cloro libre

Durante el tratamiento de las aguas residuales se hace necesario la desinfección de las aguas ya tratadas, el cloro posee un alto poder antibacterial, por ello es aplicado en forma de hipoclorito y éste es posible detectarlo en cualquier agua que haya estado en contacto con él. El cloro aplicado al agua en forma de hipoclorito sufre una hidrólisis hasta transformarse en cloro libre, éste reacciona con el agua para formar ácido clorhídrico e hipocloroso. Altas concentraciones de cloro pueden intensificar el olor y sabor característicos de los fenoles y formar compuestos cancerígenos como el cloroformo, (Rivas G. 1978).

2.2.18. PH

Se denomina potencial de hidrógeno o pH. Determina la concentración de iones H+ presente en la solución otorgándole un carácter ácido o básico de acuerdo a los aniones presentes en el agua que entra a reaccionar con el hidrogeno disponible. Un agua muy ácida (pH bajo) o básica (pH alto), es perjudicial para destinarla a cualquier uso, sea para uso agrícola, recreacional o de consumo, posee un sabor desagradable y degrada los suelos donde es asperjada. Lo ideal es un agua con un pH neutro entre 6 y 7. Es un parámetro de calidad de gran importancia tanto para el caso de aguas

naturales como residuales. El intervalo de concentraciones para la adecuada

proliferación y desarrollo de la mayor parte de la vida biológica es bastante estrecho y crítico. El agua residual con concentraciones de ión hidrógeno inadecuado presenta dificultades de tratamiento con procesos biológicos, y el efluente puede modificar la concentración de ión hidrógeno en las aguas naturales si ésta no es modificada antes de la evacuación de las aguas.

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La concentración del ion hidrógeno presente en el agua está muy estrechamente relacionada con la cuantía en que se disocian las moléculas de agua. El intervalo adecuado de pH para la existencia de la mayor parte de la vida biológica es

relativamente estrecho, en general entre 5 y 9. Las aguas residuales con valores de pH menores a 5 y superiores a 9 son de difícil tratamiento mediante 21 procesos

biológicos. Si el pH del agua residual tratada no es ajustado antes de ser vertido, el pH de la fuente receptora puede ser alterado; por ello, la mayoría de los efluentes de las plantas de tratamiento de aguas residuales deben ser descargados dentro de límites específicos de pH, (Mecalf y Eddy, 1996).

2.2.19. Parámetros Físicos, según (López H., 2003):

 Temperatura. Varía en función de la temporada del año, pero suele ser ligeramente más alta que la del agua corriente, esto tiene su efecto sobre la actividad microbiana, la solubilidad de los gases y la viscosidad.

 Color. El agua residual presenta un color gris claro, pero se oscurece con el paso de los días o en condiciones de estancamiento. Cualquier otro color que presente el agua es debido a la presencia de determinados compuestos como los tintes, la sangre, el cromo, u otros contaminantes.

 Olor. El agua residual fresca se caracteriza por un olor ligeramente desagradable que denota la presencia de aceites y detergentes. Cuando envejece aparecen olores de podredumbre resultantes de la descomposición de la materia orgánica y otros productos complejos.

 Turbidez. Ausencia de transparencia debida a la presencia de una amplia variedad de sólidos en suspensión en el agua residual.

2.2.20. Parámetros Químicos.

 Sólidos Totales (ST).

 Sedimentables. Fracción de sólidos, orgánicos e inorgánicos que sedimenta en una hora en un cono de Imhoff. Representa

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aproximadamente el lodo que se puede eliminar en el tanque de sedimentación (mg l.1).

 En Suspensión (SST). Fracción de sólidos, orgánicos e inorgánicos, que no están disueltos. Solamente se pueden eliminar por la coagulación o filtración (mg l.1).

 Fijos. Compuestos minerales o fracción no combustible de los SST (mg l.1).

 Volátiles. Compuestos orgánicos o fracción combustible de los STT (mg l.1).

 Materia Orgánica.

 DBO5. Representa la fracción orgánica biodegradable presente en el agua residual y es una medida dl oxigeno disuelto que se requieren los microorganismos para consumir esta materia orgánica, en 5 días y a 20 oC de temperatura (mg O2 l.1).

 DQO. Medida de la fracción de materia orgánica que es degradable por la acción de agentes químicos oxidantes (dicromato de potasio), en medio acido. También se mide por la cantidad estequiometria de oxigeno disuelto requerido para llevar a cabo la reacción (mg O2 l.1).  COT. Carbón orgánico total contenido en la materia orgánica. Se

determina mediante la conversión a CO2 del carbono presente en la muestra, a altas temperaturas y en presencia de un catalizador (mg O2 l.1).

 Nitrógeno Total.

 Nitrógeno orgánico. Incluye el nitrógeno ligado a las proteínas, a los aminoácidos y la urea (mgl.1).

 Amoniaco. Primer producto de la descomposición del nitrógeno orgánico (mgl.1).

 Nitrógeno Kjeldahl. Parámetro resultante de la suma de los dos anteriores, el amoniaco y el nitrógeno orgánico (mgl.1).

 Nitratos y Nitritos. Formas más oxidadas del nitrógeno (mgl.1).

 Fosforo Total.

 Orgánico. Fracción del fosforo que se encuentra ligado a la materia orgánica (mgl.1).

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ortofosfatos y polifosfatos (mgl.1).

 pH. Indicativo de la naturaleza básica o acida del agua residual.

 Alcalinidad. Se debe a la presencia de iones bicarbonatos, carbonato e hidróxido en el agua residual y ofrece resistencia a los cambios de pH (mg CaCO3l-1).

 Dureza. Principalmente debida a los iones calcio y magnesio disueltos en el agua (mg CaCO3l-1).

 Cloruros. Proporcionan mayor conductividad al agua y aumentan su densidad (mg l-1).

 Grasa. Fracción de materia orgánica. soluble en hexano. Incluye grasas y aceites de origen animal y vegetal (mg l.1).

Para realizar estimaciones de la cantidad y calidad del agua residual generada por una población, se establecen una serie de valores medios de referencia por persona y día. Estos valores presentados en la Tabla 5, se calculan a partir de las concentraciones medias de contaminación, con una generación aproximada en entre 250 y 450 litros por persona, en función del desarrollo económico de la zona.

Tabla 5.

Componente Carga unitaria (g persona^-1 día^-1)

DBO5 95 DQO 180 SST 104 Nitrógeno amoniacal 9.0 Nitrógeno orgánico 9.0 Fosforo total 4.0

Estimación de la carga contaminante diaria por habitante. Fuente: (Mecalf y Eddy, 1996).

2.2.21. Lagunas de Estabilización.

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de agua de profundidad de entre 1 y 3.5 mts., y tienen como finalidad estabilizar la materia orgánica presente en las aguas residuales. Este tipo de tratamiento se emplea extensamente en comunidades rurales o pequeñas y por su flexibilidad, bajo costo de inversión, operación y mantenimiento, es una opción a los procesos convencionales de tratamiento de aguas residuales. La clasificación de estas lagunas de tratamiento depende de factores tales como: tiempo de retención, carga orgánica por unidad de área, proceso de estabilización (aerobio, anaerobio o mixto), profundidad de la laguna, etc. En términos generales las lagunas se pueden clasificar como lagunas de estabilización si este es el primer paso de tratamiento de las aguas residuales, o como lagunas de oxidación, en caso de que las lagunas sean un paso posterior a otro previo proceso de tratamiento, (López H., 2003).

Figura 5. Esquema de una Laguna de Oxidación. Fuente: www.google.com (2014).

Existen otras formas de lagunas para el tratamiento de aguas residuales, según su forma de operación pueden ser clasificadas en:

2.2.22. Lagunas de estabilización aerobias:

Son grandes depósitos de poca profundidad donde los microorganismos se encuentran en suspensión y prevalecen condiciones aerobias. El oxigenó es suministrado en forma natural por la aeración de la superficie artificial o por la fotosíntesis de las

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algas. La población biológica comprende bacterias y algas principalmente

protozoarios y rotíferos, en menor medida. Las bacterias que realizan la conversión de, la materia orgánica en las lagunas pertenecen a los géneros Pseudónimas, Zoogloea, Achromobacter, Flavobacteria, Nocardia, Mycobacteria, Nitrosomonas y Nitrobacter. Lm algas constituyen la mejor fuente de oxigeno, para mantener las condiciones aerobias y los protozoarios y rotíferos ayudan a mejorar la calidad del efluente al alimentarse de las bacterias.

El oxígeno liberado por las algas es utilizado por las bacterias en la degradación de la materia orgánica. El dióxido de carbono y los nutrientes liberados por las bacterias es a su vez, utilizado por las algas para la fotosíntesis. Esta relación simbiótica

constituye el componente, fundamental del proceso(López H., 2003). 2.2.23. Lagunas de estabilización anaerobias:

Las lagunas anaerobias son profundas y mantienen condiciones anóxicas y anaerobias en todo el espesor de la, misma. Esto es parcialmente cierto ya que en un pequeño estrato superficial se encuentra oxígeno disuelto (menos de 50 cm) dependiendo de la acción del viento, la temperatura y la carga orgánica. En general, la zona superior tiene una influencia insignificante en la dinámica microbiana del medio acuático. Con el tiempo se forman natas por arriba del agua residual lo cual evita la presencia de las algas debido a la ausencia de luz solar e impide la difusión de oxigeno del aire. Normalmente, el efluente de estas lagunas es descargado a otra unidad para

complementar el proceso de tratamiento y oxigenar el efluente. La estabilización de la materia orgánica se realiza mediante un proceso combinado de sedimentación y de conversión biológica de los desechos orgánicos en gases (CH4, CO2 y H2S), líquidos orgánicos y nuevas células. En las lagunas anaerobias, la degradación se realiza a través de las bacterias formadoras de ácidos orgánicos y de bacterias metanogénicas. Las primeras, convierten los compuestos orgánicos complejos en moléculas sencillas. Estos productos de degradación ácida son sustrato para las bacterias metanogénicas, que convierten el material a metano y dióxido de carbono. En las lagunas anaerobias, por su dimensión no es común recuperar el metan o como fuente energética(López H., 2003).

(25)

2.2.24. Lagunas de estabilización facultativas:

Una laguna facultativa se caracteriza por presentar tres zonas bien definidas. La zona superficial, donde las bacterias y algas coexisten simbióticamente como en las lagunas aerobias. La zona del fondo, de carácter anaerobio, donde los sólidos se acumulan y son descompuestos, fermentativamente. Y por último una zona

intermedia, parcialmente aerobia y parcialmente anaerobia, donde la descomposición de la materia orgánica se realiza mediante bacterias aerobias, anaerobias y

facultativas, (López H., 2003).

Figura 6. Esquema de lagunas de estabilización anaerobia y facultativa. Fuente: www.google.com (2014).

2.2.25. Tratamiento de Aguas.

Eltratamiento de aguas es el conjunto de operaciones unitarias de tipo físico, químico, físico-químico o biológico cuya finalidad es la eliminación o reducción de la

contaminación o las características no deseables de las aguas, bien sean naturales, de abastecimiento, de proceso o residuales llamadas, en el caso de las urbanas, aguas negras. La finalidad de estas operaciones es obtener unas aguas con las características adecuadas al uso que se les vaya a dar, por lo que la combinación y naturaleza exacta

(26)

de los procesos varía en función tanto de las propiedades de las aguas de partida como de su destino final.

La elaboración y ejecución de programas maestros de control y manejo de loa cuerpos de aguas, donde se determinen las relaciones causas o efectos entre fuentes contaminantes y problemas de calidad de aguas, las alternativas para el control de los efluentes existentes y futuros, y las condiciones en que se permitan sus vertidos, incluyendo los límites de descargas másicas para cada fuente contaminante y las normas técnicas complementarias que se estimen necesarias para el control y manejo de los cuerpos de aguas, (Ley de Aguas, 2007).

2.2.26. Tratamiento de Aguas residuales.

Las aguas residuales pueden provenir de actividades industriales o agrícolas y del uso doméstico. Los tratamientos de aguas industriales son muy variados, según el tipo de contaminación, y pueden incluir precipitación, neutralización, oxidación química y biológica, reducción, filtración, ósmosis, etc. En el caso de agua urbana, los tratamientos suelen incluir la siguiente secuencia:

 pre-tratamiento

 tratamiento primario

 tratamiento secundario

 tratamiento terciario

Las depuradoras de aguas domésticas o urbanas se denominan EDAR (Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales), y su núcleo es el tratamiento biológico o secundario, ya que el agua residual urbana es fundamentalmente de carácter orgánico (Mecalf y Eddy, 1996).

(27)

2.2.27. Tipos de tratamiento de aguas residuales.

Pre-tratamiento: Busca acondicionar el agua residual para facilitar los tratamientos

propiamente dichos, y preservar la instalación de erosiones y taponamientos. Incluye equipos tales como rejas, tamices, desarenadores y desengrasadores.

 Tratamiento primario o tratamiento físico-químico: Busca reducir la materia

suspendida por medio de la precipitación o sedimentación, con o sin reactivos, o por medio de diversos tipos de oxidación química poco utilizada en la práctica, salvo aplicaciones especiales, por su alto costo.

 Tratamiento secundario o tratamiento biológico: Se emplea de forma masiva

para eliminar la contaminación orgánica disuelta, la cual es costosa de eliminar por tratamientos físico-químicos. Suele aplicarse tras los anteriores. Consisten en la oxidación aerobia de la materia orgánica en sus diversas variantes de fangos activados, lechos de partículas, lagunas de oxidación y otros sistemas o su eliminación anaerobia en digestores cerrados. Ambos sistemas producen fangos en mayor o menor medida que, a su vez, deben ser tratados para su reducción, acondicionamiento y destino final.

 Tratamiento terciario, de carácter físico-químico o biológico: desde el punto

de vista conceptual no aplica técnicas diferentes que los tratamientos primarios o secundarios, sino que utiliza técnicas de ambos tipos destinadas a pulir o afinar el vertido final, mejorando alguna de sus características. Si se emplea

intensivamente pueden lograr hacer el agua de nuevo apta para el abastecimiento de necesidades agrícolas, industriales, e incluso para potabilización, (Mecalf y Eddy, 1996).

2.3. Bases Legales:

(28)

Es un derecho y un deber de cada generación proteger y mantener el ambiente en beneficio de sí misma y del mundo futuro. Toda persona tiene derecho individual y colectivamente a disfrutar de una vida y de un ambiente seguro, sano y ecológicamente equilibrado. El Estado protegerá el ambiente, la diversidad biológica, los recursos genéticos, los procesos ecológicos, los parques nacionales y monumentos naturales y demás áreas de especial importancia ecológica. El genoma de los seres vivos no podrá ser patentado, y la ley que se refiera a los principios bioéticos regulará la materia. Es una obligación fundamental del Estado, con la activa participación de la sociedad, garantizar que la población se desenvuelva en un ambiente libre de contaminación, en donde el aire, el agua, los suelos, las costas, el clima, la capa de ozono, las especies vivas, sean especialmente protegidos, de conformidad con la ley.

2.3.2. Normas para la clasificación y el control de la calidad de los cuerpos de agua y vertidos o efluentes líquidos (DECRETO N° 883, 1995).

En su artículo 10 se establece los rangos y valores máximos que van a ser descargados en forma directa o indirecta a los cuerpos de agua.

Tabla6.

Rangos y límites máximos de calidad de vertidos líquidos.

Parámetros físicos-químicos Límites máximos o rangos Aceites minerales e hidrocarburos 20 mg/l

Aceites, grasas vegételes y animales 20 mg/l

Alkil mercurio No detectable (*)

Aldehídos 2.0 mg/l Aluminio total 5.0 mg/l Arsénico total 0.5 mg/l Bario total 5.0 mg/l Boro 5.0 mg/l Cadmio total 0.2 mg/l Cianuro total 0.2 mg/l Cloruros 1000 mg/l Cobre total 1.0 mg/l

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Cobalto total 0.5 mg/l

Color real 500 unidades de Pt-Co

Cromo total 2.0 mg/l

Demanda Biológica de Oxigeno (DBO5,20)

60 mg/l

Demanda Química de Oxigeno (DQO) 350 mg/l Detergentes 2.0 mg/l Dispersantes 2.0 mg/l Espuma Ausente Estaño 5.0 mg/l Fenoles 0.5 mg/l Floruro 5.0 mg/l

Fosforo total (expresado como fósforo)

10.0 mg/l

Hierro total 10 mg/l

Magnesio total 2.0 mg/l

Mercurio total 0.01 mg/l

Nitrógeno total (expresado como nitrógeno)

40 mg/l

Nitritos + nitratos (expresado como nitrógeno) 10 mg/l pH 6-9 Plata total 0.1 mg/l Plomo total 0.5 mg/l Selenio 0.05 mg/l

Solidos flotantes Ausentes

Solidos suspendidos 80 mg/l Solidos sedimentables 1.0 mg/l Sulfatos 1000 mg/l Sulfitos 2.0 mg/l Sulfuros 0.5 mg/l Zinc 5.0 mg/l Biocidas Organoclorados 0.05 mg/l Organofosforados y carbamatos 0.25 mg/l Radiactividad Actividad 0.1 Bq/l. Actividad 1.0 Bq/l.

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Fuente: DECRETO N° 883, (1995).

|2.3.3. Ley de Aguas 2007

El artículo 1 establece. Esta ley tiene por objeto establecer las disposiciones que rigen la gestión integral de las aguas, como elemento indispensable para la vida, el

bienestar humano y el desarrollo sustentable del país, y es de carácter estratégico e interés de Estado.

2.3.4. Ley Penal del Ambiente, 2010.

Establece en su Artículo. 84. La persona natural o jurídica que vierta o arroje

materiales no biodegradables, sustancias, agentes biológicos o bioquímicos, efluentes o aguas residuales no tratadas según las disposiciones técnicas dictadas por el

Ejecutivo Nacional, objetos o desechos de cualquier naturaleza en los cuerpos de aguas, sus riberas, cauces, cuencas, mantos acuíferos, lagos, lagunas o demás depósitos de agua, incluyendo los sistemas de abastecimiento de aguas, capaces de degradarlas, envenenarlas o contaminarlas, será sancionada con prisión de uno a dos años o multa de un mil unidades tributarias (1.000 U.T.) a dos mil unidades tributarias (2.000 U.T.).

CAPITULO III 3. MARCO METODOLOGICO.

(31)

El marco conceptual, es un conjunto de ideas generalmente ya conocidos en una disciplina que permite organizar los datos de la realidad para lograr que de ellos puedan desprenderse nuevos conocimientos. De allí que tales consideraciones teóricas deben colocarse, en todo caso, en las secciones iníciales de un trabajo, pues resultan indispensables puntos de partida para los subsiguientes análisis, (Sabino C., 2009).

La investigación, elemento primordial del saber, Entonces investigar se aplica a múltiples acciones que realiza el ser humano para satisfacer su búsqueda o resolver cualquier problema que le afecta. Una serie de términos referido a las acciones como averiguar, examinar, sondear, analizar, indagar, inquirir, buscar preguntar, explorar, inspeccionar, estudiar, entre otros, son los que permiten hablar sobre investigación. En una interpretación amplia, la investigación podría ser definida como el trabajo humano que tiende al descubrimiento de cualquier situación, (Palella S. 2006).

La metodología se centra más en el proceso de investigación que en los resultados, aun estos últimos dependen de ella. Es función de la metodología presentar las reglas que permitan crear, acumular o solucionar problemas, (arias. 2006)

3.1 Diseño de la investigación.

El diseño de una investigación se refiere a la estrategia que adopta el investigador para responder al problema, dificultad o inconveniencia planteado en el estudio. Para fines didácticos, se clasifican en diseños experimental, no experimental y diseño bibliográfico.

 Diseño experimental: Es aquel el cual el investigador manipula una variable experimental no comprobada, bajo condiciones estrictamente controladas. Su objetivo es describir de qué modo y por que causa se produce o puede producirse un fenómeno.

 Diseño no experimental: Es el que se realiza sin manipular en forma deliberada ninguna variable. El investigador no sustituye intencionalmente las variables independientes, se observan los hechos tal y como se

(32)

presentan en su contexto real y en un tiempo determinado o no, para luego analizarlos.

 Diseño bibliográfico: Se fundamenta en la revisión sistemática, rigurosa y profunda de material documental de cualquier clase. Se procura el análisis de los fenómenos o el establecimiento de la relación entre dos o más variables. Cuando opta por este tipo de estudio, el investigador utiliza documentos; los recolecta, selecciona, analiza y presenta resultados coherentes, (Palella S. 2006).

3.2 Población y muestra.

Define la población como la totalidad del fenómeno de estudio incluye la totalidad de unidades de análisis o entidades de población que entregan dicho fenómeno y que debe cuantificarse para un determinado estudio integrando un conjunto (n) de

entidades que participan de una determinada característica, y se denomina población por constituir la totalidad de fenómenos adscrito a un estudio de investigación, (Tamayo, 2007).

3.3 Metodología del proyecto.

El diseño de lagunas de oxidación para aguas residuales producidas en la comunidad de Monagas, Municipio Limas Blanco, Estado Cojedes, se fundamenta en un diseño de investigación de campo y al igual como todos los proyectos de ingeniería son de tipo factible.

Es fundamental resaltar que la investigación, se emplearon datos secundarios, donde su gran mayoría serán de fuentes bibliográficas, a partir de los cuales se elaborara el marco teórico. Sin embargo, son los datos primarios obtenidos a través del diseño de campo, los primordiales para la culminación de los objetivos y la solución del problema planteado.

Así se a verifico que este tipo de investigación mixta, se basa en necesidades detectadas en el campo para después realizar una amplia investigación documental y bibliográfica que permitirá finalizar con una propuesta.

(33)

3.4 Etapa 1: Estudio de factibilidad del proyecto.

La factibilidad de un proyecto se entiende como la capacidad estructural de un proyecto, generando beneficios en su entorno social. Esta capacidad estructurada se encuentra en la alternativa tecno-económica seleccionada para darle respuesta al problema que da origen al proyecto.

De allí pues que cada estudio de inversión es único y distinto a todos los demás, la metodología que se aplica en cada uno de ellos, tiene la capacidad de poder adaptarse a cualquier proyecto.

3.5. Etapa 2: Recolección de información.

La antología documental es una actividad fundamental previa al Diseño de Lagunas de Oxidación, dentro de un margen económico y tiempo determinado, de todas aquellas documentaciones de forma directa o indirecta se prevea pueda tener relación, tanto como aspectos de índole económico como técnica, con el proyecto a diseñar. Se hizo la recopilación de todos aquellos documentos que contenían información

hidrológica, geológica, geotécnica, de uso del suelo, potencial económica, entre otros. Así mismo, fue necesario realizar la junta de documentos de carácter histórico, de actualidad y futura, donde enmarca los estudios previos y de factibilidad, como la ocasional existencia de proyectos guías o anteproyectos, en los que se reflejaría aquellos estudios anteriores, relacionados con la misma obra.

3.6. Etapa 3: Recolección de Información provenientes de Organismos Públicos Encargados del Manejo Ambiental.

Se tomó en cuenta información procedente de otros trabajos de grados, realizados en la zona de estudio, se consultara la cartografía y topografía; los cuales fueron

solicitados en entes como: La Alcaldía del Municipio Lima Blanco, Ministerio del Ambiente, Instituto Nacional de Tierras. Por otra parte, se consultaron otras instituciones como Desarrollos Hidráulicos Cojedes, Aguas de Cojedes. 3.7. Etapa 4: Estudios en sitio.

(34)

mismo, las cercanías a los centros poblados y a los posibles cuerpos receptores de las aguas que serán vertidas después de su adecuado tratamiento. Después de esto se evaluara toda la información recopilada en sitio, de esta manera se podrá observar detalladamente el transcurso del proyecto.

3.8. Etapa 5: Cálculo y diseño de lagunas de oxidación.

Una vez analizada toda la información recopilada, se procesará de una manera integrada respetando los lineamientos científicos que justifican los métodos de cálculo para las diferentes partes o componentes de la planta, con esta averiguación se seleccionará la opción más adecuada y óptima para dar respuesta a la problemática planteada, y por último se realizara el chequeo respectivos para el diseño de las estructuras de la planta de tratamiento.

CAPÍTULO IV

4. Diseño de la Investigación

(35)

cuentan con las redes de recolección de las aguas residuales tanto de origen doméstico como de origen industrial, el agua de uso cotidiano abastecida en zonas residenciales, comercios, instituciones y espacios recreacionales se convierten en aguas residuales una vez utilizadas en las actividades del día a día de cada población y muchas veces son vertidas de forma cruda sin recibir tratamiento alguno a fuentes de aguas superficiales como ríos, lagos o mares y también pueden ser desechadas utilizando mecanismos primitivos de tratamiento como son las letrinas y los tanques sépticos, contaminando con esto primeramente las fuentes de abastecimiento

subterráneas (pozos de abastecimiento), ocasionando con esto un problema de salud pública puesto que esta aguas en muchos de los casos son captadas y distribuidas a las poblaciones, también se contamina el suelo y en algunos casos generando

incomodidades debido a los gases producidos por la descomposición de la materia orgánica.

La investigación propone el diseño de un sistema de tratamiento (lagunas de oxidación), que se encargará de disminuir la carga contaminante de aguas con características residuales, domesticas que se producen en la comunidad de Monagas. Este tipo de tratamiento se emplea extensamente en comunidades rurales o pequeñas, por su flexibilidad, bajo costo de inversión, operación y mantenimiento, es una opción a los procesos convencionales de tratamiento de aguas residuales.

Existe la necesidad de realizar esta propuesta de tratamiento porque primeramente dicha comunidad no cuenta con el sistema de recolección de las mismas solamente existe una propuesta de diseño para este fin pero el sistemas de tratado no se ha planteado, la comunidad elimina sus aguas residuales en pozos sépticos y estos por infiltración contaminando las fuentes subterráneas para su abastecimiento.

4.1. Estimación de los Caudales de Diseño.

Es imprescindible conocer los caudales de aguas residuales a tratar en una

determinada población en el momento de proyectar las instalaciones para su adecuada disposición final, bien se a un cuerpo receptor o para su reutilización (Mecalf y Eddy,

(36)

1995). En el caso de la comunidad de Monagas se conoce el caudal de diseño requerido para garantizar las necesidades de abastecimiento de la población para el año 2040, según (Aular J. y Parra E., 2013), los autores mencionados realizaron los cálculos del acueducto respetando las consideraciones descritas en la gaceta 4044, Norma sanitaria, para proyecto, construcción, reparación, reforma y mantenimiento de instalaciones sanitarias, para dotaciones de agua encontrando un caudal de diseño para cubrir las necesidades de esta comunidad para el año mencionado de 44,55 l/s, este valor para el gasto lo definiremos en esta investigación como el gasto de a bastecimiento, también calcularon el sistema de recolección de aguas servidas aplican do los criterios descritos en la gaceta 4103, Norma sanitaria para el proyecto de construcción, construcción, reparación, reforma y mantenimiento para desarrollos urbanísticos, donde encontraron un gasto total de aguas residuales de 35,97 l/s y este último se designara como el caudal de diseño de esta investigación. Los cálculos son justificados en las siguientes tablas:

(37)

TABLA DE DOTACIONES POR TRAMO

UBICACIÓN: MUNICIPIO :LIMA BLANCO, ESTADO : COJEDES

TRAMO MANZANA(S) PARCELA(s) DOTACIÓN(lts/seg) OBSERVACIONES

(A1-A2) m1 1 0.01 (A2-A3) m1 2 0.04 (A3-A4) m1 4 0.10 (A4-A5) m2 3 0.14 (A5-A6) m2 4 0.19 (A6-A7) m2 3 0.24 (A7-A8) m2 2 0.26 (A8-A9) m3 1 0.28 (A9-A10) m4 2 0.31 (A10-A11) m4 8 0.42 (A11-A11-2) m4 6 0.50 (A11-A11-1) m4 10 0.64 (A11-A12) m4 0 0.64 (A12-A13) m4 0 0.64 (A13-A14) m5 3 0.68 (A14-A15) m5 4 0.74

(A15-A16) m5 8 0.96 mas escuela

(A16-A17) m6 1 0.98

(A17-A18) m6 0 0.98

(A18-A18.1) m6 12 1.14 mas capilla

(A18-A19) m7 9 1.27 (A19-A20) m7 3 1.31 (A20-A20.1) m7 7 1.41 (A20-A21) m7-m8 8 1.52 (A21-A21.1) m8 2 1.55 Continuación TABLA 7 (A21-A21.1) m8 2 1.55 (A21.1-A21.2) m8 1 1.56 (A21-A22) m8 4 1.62

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(A22-A23) m8 7 1.71 (A23-A24) m8 3 1.76 (A24-A25) m9 6 1.84 (A25-A26) m9 5 1.91 (A26-A27) m9 6 1.99 (A27-A27.1) m9 3 2.03 (A27-A28) m9-m10 5 2.10 (A28-A29 m10 2 2.13 (A29-A29.1 m10 0 2.13 (A29-A30) m10 7 2.23 (A30-A31) m10 4 2.28 (A31-A32) m10 3 2.32

GASTO TOTAL DE DISEÑO(lts/seg) 44.55 Fuente: Aular J. y Parra E. (2013).

TABLA 8.Recolección de aguas Residuales

SISTEMA DE RECOLECCION DE AGUAS RESIDUALES Cálculo de Gasto de Proyecto por Tramo

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UBICACI

ÓN: MUNICIPIO LIMA BLANCO, ESTADO COJEDES Tramo

Longitud del Tramo (m)

Gasto (l/s)

Gasto Propio Gasto AguasArriba Qproyecto

(A1-A2) 80 0.06 0.00 0.06 (A2-A3) 110 0.10 0.06 0.16 (A3-A4) 150 0.15 0.16 0.31 (A4-A5) 115 0.12 0.31 0.43 (A5-A6) 115 0.13 0.43 0.56 (A6-A7) 120 0.12 0.56 0.68 (A7-A8) 100 0.09 0.68 0.77 (A8-A9) 90 0.28 0.77 1.05 (A9-A10) 90 0.08 1.05 1.14 (A10-A11) 109 0.20 1.14 1.34 (A11.1-A11) 150 0.19 0.00 0.19 (A11,2-A11) 100 0.23 0.00 0.23 (A11-A12) 40 0.02 1.75 1.78 (A12-A13) 137.3 0.08 1.78 1.85 (A13-A14) 150 0.14 1.85 1.99 (A14-A15) 150 0.15 1.99 2.14 (A15-A16) 150 0.36 2.14 2.50 (A16-A17) 103 0.08 2.50 2.58 (A17-A18) 62 0.04 2.58 2.62 (A18.1-A18) 145 0.29 0.00 0.29 (A18-A19) 132 0.23 2.91 0.20 (A19-A20) 65 0.09 0.20 0.29 (A20.1-A20) 140 0.20 0.00 0.20 (A20-A21) 84.5 0.19 0.49 0.67 (A21.2-A21.1) 77 0.06 0.00 0.06 (A21.1-A21) 82.3 0.08 0.73 0.82 (A21-A22) 150 0.15 0.82 0.97 Continúa TABLA 8 (A22-A23) 120 0.19 0.97 1.16 (A23-A24) 150 0.14 1.16 1.29 (A24-A25) 140 0.18 1.29 0.99

(40)

(A25-A26) 150 0.17 0.99 0.98 (A26-A27) 90 0.15 0.98 0.90 (A27.1-A27) 113 0.12 0.00 0.12 (A27-A28) 120 0.15 1.02 0.10 (A28-A29) 150 0.08 0.10 0.18 (A29.1-A29) 120 0.07 0.00 0.07 (A29-A30) 150 0.20 0.25 0.46 (A30-A31) 150 0.15 0.46 0.61 (A31-A32) 100 0.11 0.61 0.40 (A32-A33) 120 0.14 0.40 0.50 (A33-A34) 150 0.12 0.50 0.40 (A34-A35) 110 0.11 0.40 0.40 (A35-A36) 150 0.12 0.40 0.51 (A36-A37) 86 0.08 0.51 0.49 (A37-C1) 117 0.10 0.49 0.54

GASTO TOTAL DE AGUAS RESIDUALES

(lts/seg) 35.97

4.2. El Tratamiento. 4.2.1. Pretratamiento Desbaste:

El desbaste también llamado cribado es el primer paso en el tratamiento del agua residual consiste en la separación de los sólidos gruesos, el procedimiento más habitual consiste en hacer pasar el agua residual bruta a través de barras o tamices, (Mecalf y Eddy, 1996), el mismo autor señala que es la primera operación unitaria en una planta de tratamiento y su objetivo fundamental es impedir que sólidos de gran tamaño como (toallas higiénicas, trapos, restos de alimentos, piedras, papel, embaces de plásticos entre otros), lleguen o entren a las siguientes estaciones de la planta de tratamiento y puedan generar problemas de funcionamiento en las misma, también se puede separar materia orgánica. Esta operación unitaria puede realizarse de manera manual o mecánica, las rejas de limpieza manual suelen utilizarse frecuentemente en estaciones de cribado pequeñas, para comunidades de poca población, aunque las prácticas modernas señalan el uso de rejas de limpieza mecánica, no solo para reducir el trabajo manual sino también para evitar reboses y desbordamiento que se producen por la obturación de aquellas. (Romero, J,), señala la información típica, para el

(41)

proyecto de rejas de barras de limpieza de barras de limpieza manual y limpieza mecánica que se describen en la Tabla 8:

TABLA 9. Características Generales de las Rejilla.

Características Limpieza manual Limpieza mecánica

Ancho de las barras 0.5-1.5 cm 0.5-1.5 cm

Profundidad de las barras 0.5-7.5 cm 2.5-7.5 cm

Abertura de las barras 2.5-5 cm 1.5-7.5 cm

Pendiente o inclinación con la vertical

30-45° 0-45°

Velocidad de aproximación 0.3-0.6 m/s 0.6-1.0 m/s

Fuente: (Romero J.,2008). Tratamiento de Aguas Residuales, teoría y principios de diseño.

(Mecalf y Eddy, 1996), para procurar superficie de reja para la acumulación de residuos en periodos en operaciones de limpieza, es esencial que la velocidad de aproximación se limite a aproximadamente a 0,45 m/s a caudal medio, esto se debe considerar para evitar depósitos de arena en el fondo del canal e impedir

obstrucciones en el mismo.

Calculo de la sección transversal del sistema de desbaste.

Qd=V∗A Ecuación I. (Ecuación de la Continuidad). Donde:

v= velocidad, m/s, en general la velocidad media es 0,3 y la velocidad máxima 0,6.

Q= Es el caudal de diseño, m3/s

Asumiendo una velocidad promedio calculamos el área del canal de desbaste Vm= 0,45 m/s, como lo sugiere el autor antes descrito se obtiene la siguiente expresión: Despejando el área (A), de la ecuación de la continuidad se obtiene:

(42)

sección transversal del canal de desbaste, para facilidades constructivas se plantea como de sección transversal 0,1 m2 y se propone un canal de sección rectangular de base 0,45 m que corresponde a 45 cm y despejando la altura se obtiene un valor de 0,25 m que corresponde a 25 cm.

La longitud del canal de desbaste queda determinada por la cantidad de separadores de sólidos constituidos por barras, alambres o varillas paralelas preferiblemente de acero en este trabajo de grado investigación se proponen utilizar rejillas con un diámetro de 1/2 pulg, queserían barras con un diámetro de 1,27 cm. Se proponen 4 juegos de tamices cada uno con una inclinación de 450esta disminuyendo

gradualmente sus aberturas iniciando con el primero con aberturas entre las barras de 4,5 cm, seguidamente un separador con aberturas entre las barras de 3,5 cm,

continuando con un separador con aberturas de 3 cm por ultimo 2,5 cm, (Aguiño M. y Pinto D., 2014), sugieren una separación entre tamices de 1 m, y dejando una zona libre a la entrada y la salida de 1m, entonces la longitud total del canal de desbaste será de 5m. La longitud de las barras será de 0,25 m

4.2. Análisis de la sedimentación.

(Ramalho, 1995), la sedimentación se utiliza en los tratamientos de aguas residuales para separar los sólidos en suspensión de las misma, el mismo autor señala que se destacan, tres tipos de mecanismo o procesos de sedimentación, la cual depende de las características físicas y químicas de las partículas presentes en el agua residual, estos mec anismos son, La Sedimentación discreta, La Sedimentación por

floculación y la Sedimentación por zonas.

Según (Aguiño M. y Pinto D. 2014), es conveniente plantear la sedimentación

discreta como mecanismo separador de los sólidos de las aguas residuales, en esta las partículas mantienen su individualidad, es decir se mantienen separadas del resto de las partículas y las propiedades físicas como el peso, la forma y el peso específico no cambian durante el proceso. La sedimentación discreta se fundamenta plenamente en las leyes de Newton, suponiendo que las partículas son esféricas con diámetros homogéneos sin irregularidades.

(43)

Cuando una partícula se sedimenta, va acelerándose hasta que las esferas que provocan la sedimentación, en particular el peso especifico de la partícula, se

equilibra con las resistencias o fuerzas de fricción ofrecidas por el líquido. Cuando se llega al equilibrio la partícula alcanza una v elocidad de sedimentación constante, denominada velocidad final de sedimentación de la partícula, (Ramalho, R., 1995). En la figura mostrada se presentan las fuerzas que intervienen en el proceso de sedimentación mediante el método de sedimentación discreta.

FIGURA 8.

Sedimentación de una Partícula. Fuente. Ramalho, 1995.

Dónde:

Fs: Es el peso efectivo de la Partícula. ρs: Densidad de la Partícula.

ρL: Densidad del Líquido. FD: Es la Fuerza de resistencia

FD, que es la fuerza que impide la sedimentación de una partícula y por lo tanto hay que romperla, la fuerza de resistencia según el mecanismo de sedimentación discreta que definida de la siguiente forma.

(44)

FD=CD∗A∗( ρL∗V 2 2 )

. Ecuación III. (Fuerza de Resistencia). Dónde:

CD=Coeficiente de Fricción. A=Área de la partícula= ¼*(π*d2

).

V=

Velocidad relativa entre la partícula y el fluido.

Trabajando esta ecuación podemos determinar la Velocidad final de sedimentación, que resulta.

V S=

[

4 3∗

(

g CD

)

d∗ρ s−ρ L ρ L

]

1/ 2

Ecuación IV. (Velocidad Final de

Sedimentación). Dónde:

Fs: Es el peso efectivo de la Partícula. ρs: Densidad de la Partícula.

ρL: Densidad del Líquido.

g : Es la Fuerza de de la gravedad d: Es el diámetro de la partícula.

Esta ecuación se deriva de la Ley de Newton., Para las partículas esféricas, el coeficiente de fricción CD está relacionado con el numero de Reynolds NR,

(Ramalho, 1995).

N R=d∗Vs∗ρ L/ μL Ecuación V. (Numero de Reynolds). Dónde:

d= Diámetro de la partícula.

VS= Velocidad Final de Sedimentación ρL=Densidad del fluido

μL= Viscosidad del fluido.

4.3. Determinación del Coeficiente de Fricción FD.

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para conseguir resultados precisos respecto al comportamiento de algunos parámetros característicos en las aguas residuales que se producen en La comunidad de Monagas, en este sentido se presenta la problemática que dicha comunidad no cuenta con el sistema de recolección de las aguas servidas por lo tanto no se puede determinar a ciencia cierta cuál es la composición final de las mismas, es entonces que se deben asumir parámetros para el desarrollo de la investigación.

En este sentido en nuestro estado Cojedes, debemos recurrir a otros datos estadísticos obtenidos empíricamente para concluir cual es la granulometría típica en las

partículas sedimentadles, en un agua residual de origen doméstico o como lo sugiere (Ramalho, 1995), asumir valores típicos, en Grafico I mostrad, se determina el Cd o

coeficiente de fricción.

Grafico I. Correlación entre partículas esféricas y el Número de Reynolds Fuente: (Romero, 2008). Tratamiento de Aguas Residuales, teoría y principios de diseño.

El método que se empleara para encontrar las dimensiones del sedimentador es el antes descrito, dispersión discreta, por lo tanto las partículas son esféricas, es

(46)

entonces que se aplican las Leyes de Newton y el coeficiente de fricción se determina en la zona de Newton, siendo esto una condición ideal.

CD= 0,4

El grafico correspondiente establece la relación entre los diámetros de las partículas y la velocidad VS. Las partículas con 1,001; 1,01 y 2,65 son las consideradas a la hora de trazar el grafico.El valor 2,65 corresponde al peso

específico de la arena típica, el líquido usado es el agua a las temperaturas indicadas, y al mismo tiempo corresponden los valores respectivos ρLyμs, (Romero, 2008). En esta investigación se asume:

CD= 0,4 (Método de dispersión discreta, zona de Newton)

Temperatura= 30 oC (Valor más cercano a la temperatura de la zona). D= 10 0,5Diámetro de las partícula

ρ

L= 1000 kg/m3 (Peso especifico del agua)

μ

s=1000 kg/m3 (Densidad especifico del agua)

Grafico II. Relación entre Velocidad de sedimentación y diámetro de Partículas

(47)

de diseño.

Entonces la Velocidad de sedimentación será de: VS= 103 cm/s. según lo obtenido en el grafico anterior. 4.4. Calculo de las Dimensiones del Sedimentador.

La velocidad de paso para calcular las dimensiones del estanque sedimentador quedan determinada por la siguiente expresión:

V =Q A=

Q

WH Ecuación I. (Ecuación de la Continuidad) Donde

V= Velocidad de Sedimentación en (m/s). Q= Caudal de Diseño (m3/s).

W= Ancho del estanque sedimentador. En (m)

H= Altura del sedimentador. En (m). Entonces para la investigación. Por lo tanto:

(Mecalf y Edyy, 1996), recomiendan que la velocidad máxima de aproximación de la partícula para el estanque sedimentador será:

Vs= 0,1 m/s, si la relación de velocidad Qd= 0,03597 m3/s

Despejando de la ecuación anterior obtenemos el área, A= 0.35 m2 (área de la sección vertical del estanque sedimentador), asumiendo valores de facilidad constructiva A=1m2

Asumiendo una sección cuadrada donde H=W, resulta simplemente resolver el cuadrado inverso del área

H=W= 1m, asumiendo valores de facilidad constructiva

Para determinar la longitud, simplemente nos valemos de lo propuesto por Metcalf y Eddy (1995).

(48)

Fuente: Metcalf y Eddy (1996).

Por lo tanto teniendo el ancho 1m, se asume la relación 4:1, para determinar la longitud (L), del sedimentador.

L=4 m.

4.5. Diseño de las Lagunas de Oxidación.

Las Laguas de oxidación también conocidas como lagunas de estabilización, en un volumen de agua con poca profundidad contenida en un estanque excavado en el suelo, son implementadas frecuentemente en los sistemas de tratamiento de aguas residuales debido al bajo costo para su construcción y mantenimiento. Las lagunas de oxidación pueden clasificarse de acuerdo al proceso biológico que se desarrollan ellas, los cuales pueden ser anaeróbicos, aeróbicos y facultativos, es pertinente recordar que en los sistemas anaeróbicos en los procesos biológicos que se desarrollan no ameritan la presencia de oxígeno disuelto correspondiendo la degradación de la materia orgánica a las bacterias anaeróbicas, .mientras que las aeróbicas y facultativas requieren la presencia de oxígeno disuelto, este oxígeno disuelto es requerido por las bacterias anaeróbicas para degradar la materia orgánica. En algunas lagunas, cuando las condiciones así lo requieran puede proveerse el oxígeno necesario de una forma mecánica, o por agitación del líquido, llamándolas en

(49)

estos casos lagunas aireadas. 4.6. Análisis y diseño del proceso.

De todos los procesos de tratamiento biológico, el diseño de los estanques de oxidación es posiblemente el menos definido (Mecalf y Eddy, 1996).

En esta investigación se propone un tratamiento biológico, asumiendo un parámetro de DBO menor que la DQO, y el cociente menos a la constante de 2,5

DQO/ DBO(5)<2,5 Ecuación VI (relación DQO-DBO Biodegradabilidad).

Es un efluente o compuesto biodegradable, pudiéndose utilizar sistemas biológicos como fangos activos o lechos bacterianos, (Cisterna, P., 2005). Y cuando

2,5<DQO/ D BO (5)<5 Ecuación VII (relación DQO-DBO Biodegradabilidad).

(Mecalf y Eddy, 1996). Recomienda asumir valores característicos para aguas residuales en comunidades pequeñas donde se desconocen los mismos según la siguiente tabla.

TABLA 11. Composición típica del agua residual domestica bruta.

Contaminantes Unidad Débil Media Fuerte

Solidos totales (ST) mg/l 350 720 1200 Disueltos totales mg/l 250 500 850 Fijos mg/l 145 300 525 Volátiles mg/l 105 200 325 Sólidos en suspensión (SS) mg/l 100 220 350 Fijos mg/l 20 55 75 Volátiles mg/l 80 165 275 Solidos sedimentables mg/l 5 10 20 Demanda Biológica de Oxigeno, mg/l:5 días, 20°C (DBO, 20°C) mg/l 110 220 400

Carbón orgánico total (COT) mg/l 80 160 290

Demanda Química de oxigeno (DQO)

(50)

Nitrógeno (total en la forma N) mg/l 20 40 85

Orgánico mg/l 80 15 35

Amoniaco libre mg/l 12 25 50

Nitritos mg/l 0 0 0

Nitratos mg/l 0 0 0

Fosforo total en la forma P mg/l 4 8 15

Orgánico mg/l 1 3 5

Inorgánico mg/l 3 5 10

Cloruros mg/l 30 50 100

Sulfato mg/l 10 30 50

Alcalinidad (como CaCO3) mg/l 50 100 200

Grasa mg/l 50 100 150

Coliformes totales N°/100ml 10°10² 10²-10² 10³-10³ Compuestos orgánicos volátiles mg/l <100 100-400 ˃400

Fuente: (Mecalf y Eddy, 1996)

Sin embargo podemos realizar una comparación minina con respecto al Decreto 883, NORMAS PARA LA CLASIFICACION Y EL CONTROL DE LA CALIDAD DE LOS CUERPOS DE AGUA Y VERTIDOS O EFLUENTES LIQUIDOS, en su artículo 10, de las descargas a los cuerpos de agua.

TABLA 12. Parámetros de Descarga a los Cuerpos de Agua.

Fuente: Decreto 883.

Entonces podemos realizar un cuadro comparativo de lo recomendado y lo que se puede producir en carga contaminantes en las aguas residuales de la comunidad de

Figure

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