UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y MANEJO DE
RIESGOS NATURALES
DISEÑO DE UN SISTEMA DE GESTIÓN AMBIENTAL PARA
SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (SAN
JUANITO, ALOGUINCHO, COYAGAL Y PUÉLLARO) DEL DMQ
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERA AMBIENTAL Y MANEJO DE RIESGOS NATURALES
VERÓNICA ELIZABETH ORDÓÑEZ OLMEDO
DIRECTOR: ING. VICTOR ARIAS
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2014
Reservados todos los derechos de reproducción
DECLARACIÓN
Yo VERÓNICA ELIZABETH ORDÓÑEZ OLMEDO, declaro que el trabajo aquí
descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún
grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias
bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad
Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_________________________
VERÓNICA ELIZABETH ORDÓÑEZ OLMEDO
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título DISEÑO DE UN SISTEMA
DE GESTIÓN AMBIENTAL PARA SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES (SAN JUANITO, ALOGUINCHO, COYAGAL Y PUÉLLARO) DEL
DMQ, que, para aspirar al título de Ingeniera Ambiental y Manejo de Riesgos
Naturales fue desarrollado por Verónica Elizabeth Ordóñez Olmedo, bajo mi
dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con
las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos
18 y 25.
---
ING. VICTOR ARIAS
DIRECTOR DEL TRABAJO
DEDICATORIA
A mis padres Ulpiano Ordóñez Morales y Geovanna Olmedo Borja por el apoyo
y comprensión incondicional que me han brindado día a día para concluir mis
estudios superiores; a mi segunda madre que desde el cielo me cuida y bendice
cada día, a mi ñaño y demás familiares que han compartido cada uno de mis
logros y derrotas sin permitirme desfallecer brindándome su soporte y cariño para
seguir siempre adelante.
AGRADECIMIENTOS
A Dios, que nos ha regalado la vida, a mi quería Universidad Tecnológica
Equinoccial, cuna de la ciencia y técnica y en especial a la Facultad de Ciencias
de Ingeniería, a mis profesores que me han brindado sus conocimientos y la
oportunidad de estudiar y en cuyas aulas me forje. A los miembros de tesis que
me guiaron para realizar este trabajo y así también al Ingeniero Jorge Terán
Bravo, por su incondicional, sincero apoyo y por brindarme sus conocimientos
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
Página
1. INTRODUCCIÓN ... 1
2. MARCO TEÓRICO ... 5
2.1COMPOSICIÓNDELAGUA ... 5
2.2 AGUADULCE ... 6
2.3 RECURSOSHÍDRICOSYCALIDADDELAGUA ... 7
2.4 IONESYSALESPRESENTESENELAGUA ... 7
2.4.1 CARBONATOS: ... 8
2.4.2 CALCIO Y MAGNESIO: ... 9
2.4.3 LOS SULFATOS: ... 10
2.4.4 CLORUROS: ... 10
2.4.5 SODIO Y POTASIO: ... 11
2.5 AGUASRESIDUALES ... 11
2.5.1 PRINCIPALESCONTAMINANTESPRESENTESENELAGUA RESIDUAL ... 12
2.6 NORMATIVAAMBIENTALAPLICABLEPARALAGESTIÓNDEAGUAS RESIDUALESDOMÉSTICAS ... 14
2.7 DESCRIPCIÓNDELASAGUASRESIDUALES:CARACTERÍSTICAS GENERALES ... 19
2.7.1 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS ... 19
2.7.2 CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS ... 21
2.7.3 CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS ... 25
2.8 TRATAMIENTODEAGUASRESIDUALES ... 26
2.8.1 TRATAMIENTO PRELIMINAR: ... 26
2.8.2 TRATAMIENTO PRIMARIO: ... 27
2.8.3 TRATAMIENTO SECUNDARIO: ... 27
2.8.4 TRATAMIENTO TERCIARIO O AVANZADO: ... 28
2.9 GESTIÓNDELASAGUASRESIDUALESDOMÉSTICAS ... 29
2.9.1 APLICACIÓN SOBRE EL TERRENO Y RE-USO AGRÍCOLA ... 30
2.9.2 REUTILIZACIÓN INDUSTRIAL ... 30
2.9.3 REUTILIZACIÓN EN ZONAS DE RECREACIÓN ... 31
2.9.4 REUTILIZACIÓN EN RECARGA DE ACUÍFEROS ... 31
2.9.5 REUTILIZACIÓN MUNICIPAL ... 31
ii
2.10.1 ESPESAMIENTO (CONCENTRACIÓN) ... 33
2.10.2 ESTABILIZACIÓN ... 36
2.10.3 ACONDICIONAMIENTO: ... 39
2.10.4 DESHIDRATACIÓN: ... 40
2.10.5 COMPOSTAJE... 41
2.11 SISTEMADEGESTIÓNAMBIENTAL(SGA) ... 46
2.12 NORMAISO14001 ... 47
3. MATERIALES Y MÉTODOS ... 52
3.1 PROBLEMÁTICA DEL AGUA - SITUACIÓN ACTUAL DE LA GESTIÓN DE AGUAS RESIDUALES, LODOS GENERADOS Y PROBLEMÁTICA AMBIENTAL EN EL DMQ. ... 52
3.2CARACTERÍSTICASDELASZONASDEESTUDIO ... 55
3.2.1 PARROQUIA DE PUÉLLARO ... 56
3.2.2 PARROQUIA DE PÍNTAG ... 62
3.3 METODOLOGÍA DEMUESTREODEAGUASRESIDUALES ... 68
3.3.1 PUNTOS DE MUESTREO ... 68
3.3.2 MUESTREO PARA EL ANÁLISIS DE AGUAS RESIDUALES ... 71
3.3.3 ANÁLISIS DE LOS PARÁMETROS EN LABORATORIO ... 78
3.4 EFICIENCIADELOSSTARANALIZADOS ... 79
3.5 METODOLOGÍA–MATRICESLEOPOLD YMATRICESDERIESGOS ANTRÓPICOSYNATURALES ... 112
3.5.1 IDENTIFICACIÓN DE ASPECTOS E IMPACTOS AMBIENTALES 112 3.5.2 ANÁLISIS DE RIESGOS ANTRÓPICOS Y NATURALES DE LOS STAR 113 4. ANÁLISIS DE RESULTADOS ... 126
4.1DISEÑODESISTEMADEGESTIÓNAMBIENTAL(SGA) ... 126
4.2 POLÍTICAAMBIENTAL ... 129
4.3 PLANIFICACIÓN ... 130
4.3.1 ASPECTOS AMBIENTALES ... 130
4.3.2 REQUISITOS LEGALES ... 131
4.3.3 OBJETIVOS, METAS Y PROGRAMAS ... 134
4.4 IMPLEMENTACIÓNYOPERACIÓN ... 137
4.4.1 RESPONSABILIDAD ... 137
4.4.2 TOMA DE CONCIENCIA ... 141
4.4.3 COMUNICACIÓN ... 142
iii
4.4.5 CONTROL OPERACIONAL ... 145
4.4.6 PREPARACIÓN Y RESPUESTA ANTE EMERGENCIAS ... 146
4.5 VERIFICACIÓN ... 147
4.5.1 SEGUIMIENTO Y MEDICIÓN ... 147
4.5.2 NO CONFORMIDAD, ACCIÓN CORRECTIVA Y PREVENTIVA 148 4.5.3 CONTROL DE REGISTRO ... 150
4.5.4 AUDITORÍA INTERNA ... 151
4.6 REVISIÓNPORDIRECCIÓN ... 152
4.7 CÁLCULODECANTIDADDEARENAPRESENTEENUNSTARPARA SUPOSTERIORTRATAMIENTO ... 153
4.8 CÁLCULO DE CANTIDAD DE LODO PRESENTE EN UN STAR PARA SU POSTERIOR TRATAMIENTO ... 155
4.9 POSIBLES SOLUCIONES A LOS LODOS GENERADOS EN EL REACTOR ANAEROBIO DE PRIMERA GENERACIÓN ... 159
5.1 CONCLUSIONES ... 163
5.2 RECOMENDACIONES ... 164
NOMENCLATURA ... 165
ABREVIATURAS ... 169
BIBLIOGRAFÍA ... 170
iv
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1: Porcentaje promedio de iones presentes en el agua dulce... 8
Tabla 2: Aguas que presentan cationes de calcio y magnesio ... 9
Tabla 3: Tipo de aguas según su contenido de Ca ... 10
Tabla 4: Principales contaminantes de las aguas residuales ... 12
Tabla 5: Factores de aportación unitaria a la contaminación ... 13
Tabla 6: Límites de descarga a un cuerpo de agua dulce ... 17
Tabla 7: Clasificación de microorganismos ... 26
Tabla 8: Dosis de cloro para desinfección de aguas domésticas ... 29
Tabla 9: Problemas en la reutilización de aguas residuales ... 32
Tabla 10: Aspectos a considerar para compostaje (aerobio) ... 45
Tabla 11: Poblaciones registradas en la parroquia Puéllaro ... 58
Tabla 12: Población económica - Puéllaro ... 58
Tabla 13: Fuentes Hídricas - Puéllaro ... 59
Tabla 14: Infraestructura servicio básicos - Puéllaro ... 60
Tabla 15: Eliminación de excretas -Puéllaro………...………….61
Tabla 16: Poblaciones registradas - Píntag ... 64
Tabla 17: Población economica – Píntag ... 64
Tabla 18: Fuentes Hídricas – Píntag ... 65
Tabla 19: Infraestructura de servicios básicos– Píntag ... 66
Tabla 20: Eliminación de excretas - Píntag ... 67
Tabla 21: Parámetros analizados en los puntos de muestreo ... 78
Tabla 22: Eficiencia de remoción de reactor anerobio primario del Sistema Aloguincho (1er punto) ... 88
Tabla 23: Eficiencia de la disposición mediante zanjas de infiltración del Sistema Aloguincho (2do punto) ... 89
Tabla 24: Eficiencia global del Sistema Aloguincho (3er punto) ... 90
Tabla 25: Eficiencia de remoción del reactor primario del Sistema San Juanito (1er punto) ... 109
Tabla 26: Eficiencia de la disposición mediante zanjas de infiltración del Sistema San Juanito (2do punto) ... 110
Tabla 27: Eficiencia global del Sistema San Juanito (3er punto) ... 111
Tabla 28: Criterios de calificación de impactos ambientales ... 113
Tabla 29: Identificación de amenazas antrópicas……….114
Tabla 30: Problemas ambientales en los STAR………....115
v
Tabla 32: Probabilidad de ocurrencia de las amenazas………..116
Tabla 33: Identificación de vulnerabilidades………..117
Tabla 34: Valoración de las vulnerabilidades……….118
Tabla 35: Rango de valoración de vulnerabilidades……….120
Tabla 36: Valoración de las vulnerabilidades antrópicas……….120
Tabla 37: Valoración de vulnerabilidades naturales……….121
Tabla 38: Amenazas y vulnerabilidades valoradas……….. 121
Tabla 39: Auditoría inicial de los STAR………...127
Tabla 40: Aspectos ambientales relevantes de los STAR…………...…………130
Tabla 41: Aspectos ambientales relevantes de los STAR en emergencia……131
Tabla 42: Análisis comparativo del muestreo – Sistema Aloguincho………….132
Tabla 43: Análisis comparativo del muestreo – Sistema San Juanito ………...133
Tabla 44: Objetivos, metas y programas de los STAR……….135
Tabla 45: Control de la documentación ….………144
Tabla 46: Indicadores de desempeño ambiental………...147
Tabla 47: Tiempo de limpieza de lodos de los STAR………...158
vi
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1: Composición química del agua ... 5
Figura 2: Ecosistema acuático (Interacción entre componentes)... 6
Figura 3: Espesor mecánico (espesado por gravedad) ... 35
Figura 4: Descripción del proceso de compostaje ... 43
Figura 5: Pila estática aireada... 44
Figura 6: Factores que inciden en la gestión ambiental de una empresa ... 47
Figura 7: Sostenibilidad ISO ... 48
Figura 8: Ubicación general - Puéllaro ... 57
Figura 9: Porcentaje de infraestructura de servicios básicos – Puéllaro ... 60
Figura 10: Porcentaje de eliminación de excretas por tipo de servicio Puéllaro 61 Figura 11: Ubicación general - Píntag ... 63
Figura 12: Porcentaje de infraestructura de servicios básicos – Píntag ... 66
Figura 13: Porcentaje de eliminación de excretas por tipo de servicio higiénico - Píntag ... 67
Figura 14: Pozos del sistema en malas condiciones ... 69
Figura 15: Sistema de tratamiento colapsado ... 70
Figura 16: Antigua descarga a la quebrada ... 71
Figura 17: Muestreo en la red de alcantarillado - San Juanito ... 72
Figura 18: Recolección de muestra en la red de alcantarillado ... 73
Figura 19: Recolección de muestra salida del reactor ... 73
Figura 20: Recolección de muestra en la descarga a la salida del sistema ... 74
Figura 21: Descarga del sistema al cuerpo receptor ... 74
Figura 22: Recolección de muestra río arriba de la descarga ... 75
Figura 23: Red de alcantarillado - Aloguincho ... 75
Figura 24: Salida del Sistema de tratamiento ... 76
Figura 25: Descarga del sistema al cuerpo receptor ... 76
Figura 26: Recolección de muestra en la descarga ... 77
Figura 27: Recolección de muestra en la acequia ... 77
Figura 28: Entrada al Sistema de tratamiento Aloguincho ... 80
Figura 29: Esquema de tratamiento Sistema Aloguincho ... 81
Figura 30: Proceso de tratamiento anaerobio Sistema Aloguincho ... 84
Figura 31: Cámaras de tratamiento anaerobio (presencia de desechos) ... 85
Figura 32: Caudal entrante al sistema ... 86
Figura 33: Puntos de observación ... 86
vii
Figura 35: Esquema de Tratamiento Sistema Puéllaro ... 92
Figura 36: Proceso de tratamiento anaerobio Sistema Puéllaro ... 95
Figura 37: Deslizamiento cercano al sistema de tratamiento Puéllaro ... 96
Figura 38: Deslizamiento registrado aledaño al sistema de tratamiento ... 96
Figura 39: Esquema de tratamiento Sistema Coyagal ... 98
Figura 40: Proceso de tratamiento anaerobio Sistema Coyagal ... 101
Figura 41: Ingreso al STAR San Juanito de Píntag ... 102
Figura 42: Esquema de tratamiento Sistema Coyagal ... 103
Figura 43: Tanque séptico Sistema San Juanito ... 106
Figura 44: Cámaras de tratamiento anaerobio ... 107
Figura 45: Proceso anaerobio sistema San Juanito ... 107
Figura 46: Formación de lodos en tratamiento anerobio ... 108
Figura 47: Responsabilidades de los departamentos de la EPMAPS-1 ... 138
Figura 48: Responsabilidades de los departamentos de la EPMAPS-2 ... 139
viii
ÍNDICE DE ANEXOS
Anexo I: Cuadro comparativo del parámetros del DMQ y otros países ... 174 Anexo II: Número de viviendas con fosas sépticas y pozos ciegos en el DMQ año
2005 ... ………..175 Anexo III:Matríz de aspectos e impactos ambientales- Sistema Aloguincho...176
Anexo IV:Matríz de aspectos e impactos ambientales- Sistema Puéllaro……177 Anexo V: Matríz de aspectos e impactos ambientales- Sistema Coyagal……178 Anexo VI:Matríz de aspectos e impactos ambientales- Sistema San Juanito.179 Anexo VII:Matríz de riesgos antrópicos y naturales Sistema Aloguincho….….180 Anexo VIII: Matríz de riesgos antrópicos y naturales Sistema Puéllaro……...181 Anexo IX: Matríz de riesgos antrópicos y naturales Sistema Coyagal………182
Anexo X: Matríz de riesgos antrópicos y naturales Sistema San Juanito……183 Anexo XI: Análisis de resultados realizados a las aguas residuales del Sistema
ix
RESUMEN
El presente trabajo de titulación corresponde al Diseño de un Sistema de Gestión
Ambiental (SGA), para Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales (STAR),
el mismo que permitió lograr una identificación y control de las situaciones de
riesgos, que pueden ocasionar daños al ambiente y a los moradores de las zonas
de estudio; proporcionando medidas para verificar su eficiencia durante las fases
de operación, mantenimiento, cierre y abandono de los mismos.
Es por este motivo, que la Empresa Pública Metropolitana de Agua Potable y
Saneamiento (EPMAPS), se ha preocupado por implementar un Sistema de
Gestión Ambiental, en varios de los Sistemas de Tratamiento de Aguas
Residuales (STAR), existentes en diferentes parroquias y comunidades del
Distrito Metropolitano de Quito como son San Luis Aloguincho, Puéllaro, Coyagal
y San Juanito Píntag, de manera que se garantice que las aguas a ser
descargadas sean previamente tratadas antes de ser dispuestas en los cuerpos
receptores cercanos a los sistemas de tratamiento.
La aplicación del SGA, no solo asegura la calidad de las aguas residuales
tratadas, sino también una eficiencia de los sistemas, de manera que los
procedimientos que se realizan para cumplir con dicha calidad, deben ser
amigables y sustentables con el ambiente y la comunidad; cumpliendo así, con
las exigencias establecidas en la normativa ambiental vigente (Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria del Ministerio del Ambiente – TULAS).
De los análisis de laboratorio realizados a dos (2) de los cuatro (4) sistemas de
tratamiento como son: San Luis de Aloguincho y San Juanito de Píntag, se pudo
x cumplen con la normativa ambiental vigente, por lo que la eficiencia de los
procesos de los dos sistemas antes mencionados son deficientes, lo que significa
que la implementación de este Sistema de Gestión Ambiental permitirá obtener
un mejor funcionamiento de equipos e instalaciones, debido al control y
xi
ABSTRACT
The present paper degree talks about the Design of an Environmental
Management System (EMS) for Wastewater Treatment, which allows to
recognize and control the risk situations that may cause environmental and
human damage, providing tools to prevent the contamination during the operation
and maintenance (O&M) and closure phases thereof.
For this reason the Empresa Pública Metropolitana de Agua Potable y
Saneamiento (EPMAPS), has been concerned to implement an Environmental
Management System in some wastewater treatment systems, located in different
communities of the Metropolitan District of Quito such as San Luis Aloguincho,
Puéllaro, Coyagal and San Juanito Píntag; to make sure the wastewater has been
treated and flushed safely to the receiving bodies near to the systems.
The application of the EMS, not only ensures the quality of the water treatment,
but also a system efficiency, so the preformed procedures must be
environmentally friendly and sustainable to the community; fulfilling the
established requirements under current environmental regulation such as (Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria del Ministerio del Ambiente–
TULAS)
San Luis Aloguincho and San Juanito Píntag where two (2) of the four (4) systems
that has been analyzed for the laboratory. As a result of the laboratory tests, it
was concluded that five (5) of a total of fifteen (15) parameters analyzed did not
fulfill the environmental regulations, which means that the efficiency of the
processes of the two systems mentioned before are deficient; so the
implementation of the EMS will guaranty a better performance of the equipment
and facilities, due to the constant monitoring and control of procedures of the
1
1. INTRODUCCIÓN
El crecimiento de la población y las áreas urbanas en el Distrito Metropolitano de
Quito (DMQ), han ocasionado grandes cambios en los patrones de producción y
un aumento vertiginoso en el consumo tanto local como regional de los diferentes
recursos naturales; especialmente el agua; el mismo que también se ha visto
afectado por los diversos impactos que han sido generados por el ser humano y
la naturaleza.
El deterioro de los recursos hídricos a nivel mundial es una problemática
socio-ambiental que afecta a los recursos naturales y las especies que viven en ellos.
La Empresa Pública Metropolitana de Agua Potable y Saneamiento (EPMAPS),
busca evitar o disminuir la contaminación de este recurso, la misma que está
dada por el crecimiento abrupto de la población y cuyas aguas residuales son
vertidas a diferentes cuerpos receptores, sin tratamiento previo o control alguno.
Es por este motivo, que la EPMAPS, se ha preocupado por implantar un Sistema
de Gestión Ambiental (SGA) en varios Sistemas de Tratamiento de Aguas
Residuales (STAR), existentes en las diferentes parroquias y comunidades del
Distrito como son San Luis Aloguincho, Puéllaro, Coyagal y San Juanito Píntag,
de manera que garantice que estas aguas sean tratadas y descargadas a los
cuerpos receptores adyacentes cumpliendo con los requerimientos mínimos de
calidad de agua, establecidos en la normativa ambiental vigente.
Las aguas residuales que se van a descargar a los cuerpos receptores de la zona,
deberán estar acorde a la normativa ambiental vigente; el Texto Unificado de
Legislación Ambiental Secundaria del Ministerio del Ambiente (TULAS); donde
se podrá evaluar la calidad del efluente o agua entrante a los STAR y la descarga
a los cuerpos receptores; tomando en cuenta diferentes parámetros como pH,
2 oxígeno (DQO), amoníaco, coliformes totales y fecales, detergentes, aceites y
grasas, nitrógeno (en sus diferentes formas) y sólidos (sedimentables, disueltos,
suspendidos y totales).
Para realizar este diseño de SGA, se tomó como referencia principal los
requisitos establecidos en la Norma ISO 14001 (Organización Internacional de
Normalización I. , 2004), donde se identificó los STAR actualmente existentes en
las zonas de estudio, para priorizar su operación y mantenimiento.
Posteriormente se evaluó y monitoreó los sistemas antes identificados, donde se
analizó las tecnologías y metodologías de tratamiento de aguas residuales para
finalmente establecer procedimientos y guías, para operar y mantener los STAR
en mejora continua a través de responsables y operarios de este servicio.
El diseño de este SGA en los STAR es parte de las acciones a implementar por
la EPMAPS; para determinar la correcta operación de los mismos, considerando
principalmente los mecanismos que permitan tener una solución económica y
socialmente viable dentro del DMQ.
Por otro lado, la EPMAPS está llevando a cabo un programa de
descontaminación de ríos de Quito y recuperación ambiental paisajística de las
quebradas; por los graves problemas de contaminación e insalubridad existentes.
Estos programas en conjunto con el diseño del SGA de los STAR permitirán
disponer de herramientas adecuadas para brindar un ambiente limpio y saludable
5
2.
MARCO TEÓRICO
2.1 COMPOSICIÓN DEL AGUA
Como todos sabemos, el agua es un elemento vital e indispensable para todos
los seres vivos en cada una de las actividades que se realizan en el día a día,
por lo que es importante conocer la composición de la misma, para así apreciar
de mejor manera lo importancia y valor que es este recurso.
En la Figura 1., se puede apreciar que la composición del agua está dada por:
Figura 1. Composición química del agua
Estos átomos se encuentran unidos mediante un enlace covalente (unión de dos
átomos mediante la compartición de dos electrones de sus correspondientes
capas de valencia) (Valenzuela, 2005).
Un enlace covalente puede darse cuando los electrones provienen de:
1. Uno de cada átomo enlazado: Este enlace se denomina enlace covalente
normal o simplemente enlace covalente.
H
2O
2 átomos de Hidrógeno
6 2. Los dos de un solo átomo enlazado: Este enlace se denomina enlace
covalente coordinado y suele representarse una flecha que parte del
átomo que aporta el par de electrones y que señala hacia el que no ha
aportado ninguno. (Valenzuela, 2005)
2.2 AGUA DULCE
Como se ha venido mencionando, el agua es esencial para todo tipo de vida en
nuestro planeta y es “considerado como el resultado de una interacción entre
el agua, la atmósfera, la tierra y los organismos vivos” (Roldán & Ramírez
Restrepo, 2008) tal como se muestra en la Figura 2.
Figura 2. Ecosistema acuático (Interacción entre componentes)
(Roldán & Ramírez Restrepo, 2008) ORGANISMOS
VIVOS
AGUA
ECOSISTEMA ACUÁTICO
7
2.3 RECURSOS HÍDRICOS Y CALIDAD DEL AGUA
Los recursos hídricos se encuentran presentes en el mundo cerca de 1600
millones km2, donde del 100% solo un 2,1% de agua se puede encontrar de los
deshielos y un 0,001% en vapor atmosférico; donde obtenemos un total de
2,101% es agua dulce disponible. (Setti, 1994)
La gestión de los recursos hídricos, se puede definir como un conjunto de
procedimientos que permite enfrentar los procesos de escasez, donde se
encuentra el uso inadecuado de los recursos y a la vez la optimización de los
mismos.
Algunos aspectos importantes en la gestión de los recursos hídricos son:
- El acceso a los recursos hídricos debe ser equitativo para todos,
- El agua debe ser considerado como un bien económico,
- La educación ambiental debe estar presente en todo momento,
- El desenvolvimiento tecnológico y desenvolvimiento de los recursos
humanos debe ser constante.
Por otra parte, la calidad del agua es un tema que preocupa a todas las personas,
debido a que una mala calidad de este recurso, puede ocasionar graves
problemas tales como enfermedades e insalubridad.
2.4 IONES Y SALES PRESENTES EN EL AGUA
El agua es un recurso que no se encuentra aislado en el ambiente; si no que está
directamente relacionado con otros factores como los elementos químicos que al
juntarse con el agua se convierten en aniones y cationes. (Roldán & Ramírez
8 Los iones más importantes que se encuentran en el agua están divididos en
aniones, cationes y otros como lo muestran los porcentajes de la Tabla 1.
Tabla 1. Porcentaje promedio de iones presente en el agua dulce
IÓN PORCENTAJE (%)
Aniones: CO3-2 33,40
SO-2 15,31
Cationes: Ca+2 19,36
Na+ 7,46
Otros: (Fe, Al)2 O3 0,64
SiO2 8,60
(Roldán & Ramírez Restrepo, 2008)
Un factor importante para la variación de la concentración es el agua lluvia o
pluvial, que puede arrastrar consigo varios de estos químicos contaminantes,
provocando contaminación del agua dulce. Los iones existentes tanto en la tierra
(suelo), como en el agua están relacionados con los seres vivos en su desarrollo
y crecimiento.
2.4.1 CARBONATOS:
Son considerados como los iones más abundantes del agua, cuyo pH se
encuentra entre 6,0 y 8,0. Se puede decir que este anión es el resultado de las
9
2.4.2 CALCIO Y MAGNESIO:
Estos son considerados como cationes abundantes en el agua dulce, pero a la
vez son considerados elementos limitadores de procesos biológicos. El calcio
(Ca), como se muestra en la Tabla 2., es un elemento que se encuentra en mayor
abundancia que el magnesio (Mg). (Roldán & Ramírez Restrepo, 2008)
Tabla 2. Aguas que presentan cationes de calcio y magnesio
< 50mg/l de STD* 48% cationes de calcio 14% cationes de magnesio
> 50mg/l de STD 53% cationes de calcio 34% cationes de magnesio
*Sólidos Totales Disueltos
(Roldán & Ramírez Restrepo, 2008)
Por otra parte, el magnesio es considerado como el segundo elemento químico
más importante presente en aguas dulces; cuya fuente son los silicatos. El núcleo
de la molécula de la clorofila está constituido por magnesio, donde es posible
medir la productividad de un cuerpo de agua dulce.
La dureza del agua dulce está relacionada directamente con el calcio y el
magnesio presente en la misma, por lo que los valores presentados en la Tabla
3., representa el tipo de agua dependiendo de la cantidad de los elementos antes
10
Tabla 3. Tipo de aguas según su contenido de Ca
(Roldán & Ramírez Restrepo, 2008)
2.4.3 LOS SULFATOS:
Los sulfatos son los aniones más abundantes en el agua dulce, en un inicio la
principal fuente de azufre eran los volcanes, pero en la actualidad los seres
humanos son los que aportan con mayor cantidad de este contaminante a través
de las diferentes actividades que realizan a diario. El azufre está presente como
ión sulfato (SO4-2).
En el agua dulce se presentan valores promedio entre 2–10 mg/l. Existen algunas
bacterias sulfurosas, que provocan cambios en el agua, debido a que son
bacterias reductoras u oxidantes. (Roldán & Ramírez Restrepo, 2008)
2.4.4 CLORUROS:
Los cloruros representan el tercer grupo de aniones más abundantes en el agua,
pero varían de un ecosistema acuático a otro. Tipos de Aguas
Aguas poco productivas <10mg/l Ca
Aguas medianamente
productivas 10mg/l – 25mg/l Ca
11 Las aguas lluvia pueden arrastrar cloruros hacia varios cuerpos de agua, lo que
podría contaminarlos; sin embargo estos se encuentran especialmente
contaminados por excretas y orinas humanas de los sectores aledaños a los
mismos. (Roldán & Ramírez Restrepo, 2008)
2.4.5 SODIO Y POTASIO:
Son cationes que se encuentran en menor concentración en el agua dulce y
permiten el transporte de iones en las células y son considerados como
elementos que ayudan a la productividad de los cuerpos de agua.
Puede que existan grandes concentraciones de sales en los cuerpos de agua,
por lo que se crea una barrera osmótica para los microorganismos, por otra parte
el potasio es un elemento que se encuentra en menor porcentaje que el sodio;
donde algunas plantas acumulan potasio y se puede obtener fertilizante. (Roldán
& Ramírez Restrepo, 2008)
2.5 AGUAS RESIDUALES
Se denomina agua residual al tipo de agua que está contaminada con sustancias
fecales y orina, procedentes de desechos orgánicos humanos o animales. Su
importancia es tal que requiere sistemas de canalización, tratamiento y desalojo.
Su tratamiento nulo o indebido genera graves problemas de contaminación.
12
2.5.1 PRINCIPALES CONTAMINANTES PRESENTES EN EL
AGUA RESIDUAL
El agua es un recurso muy necesario para todo tipo de actividad que realizan los
seres humanos, es por eso que una vez que ha pasado por los diversos usos,
ésta se convierte en aguas residuales o aguas negras.
Estas aguas no siempre cuentan con un tratamiento específico y
lamentablemente son vertidas directamente al sistema de alcantarillado
municipal o a diferentes cuerpos de agua que pasan cerca de estas zonas, por
lo que finalmente son contaminados y su posible remediación es muy escaza.
Los contaminantes presentes en las aguas residuales pueden estar relacionados
con diferentes factores antropogénicos. (Kemmer, 1989)
Los principales contaminantes que podemos encontrar en las aguas residuales y
los factores de aportación diaria son los que se muestran en la Tabla 4. y 5.,
respectivamente. (Kemmer, 1989)
Tabla 4. Principales contaminantes de las aguas residuales
Continúa…….
COMPONENTE PESO (g/hab-d)*
Intervalo Típico
Aguas residuales domésticas
Heces (23%) 30-70 40
Residuos de comida 30-80 45
Lavabos, baños, lavadoras y otras fuentes de aguas de lavado doméstico
13
Continuación…….
Inodoros (incluyendo papel) 15-25 20
Orina (sólidos 3,7%) 40-70 50
Total para agua residual doméstica: 175 – 345** 235**
Aguas Pluviales 20 - 40*** 25***
Total de aguas domésticas y pluviales 195 – 385 260
*gramos * habitante al día
*Variables / ** Varía con la estación
(Metcalf & Eddy, 2011)
Tabla 5. Factores de aportación unitaria a la contaminación
Continúa……
PARÁMETROS A CONSIDERAR VALOR / INTERVALO
g/hab-d (Típico)
Agua residual doméstica normal con trituración completa de residuos de comida:
DBO5, 20° C 80-120 100
Sólidos en suspensión 90-150 120
Nitrógeno Kjeldahl total 10-18 15
Fósforo total 3-8 4
Agua residual doméstica normal sin trituración de residuos de comida:
DBO5, 20° C 60-110 80
Sólidos en suspensión 60-115 90
Nitrógeno Kjeldahl total 10-18 15
Fósforo total 3-6 4
14
Continuación….
Agua residual procedente de zonas sin red de alcantarillado (bombeo de fosas sépticas):
DBO5, 20° C 6-12 9
Sólidos en suspensión 25-50 36
(Metcalf & Eddy, 2011)
2.6 NORMATIVA
AMBIENTAL
APLICABLE
PARA
LA
GESTIÓN DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS
Dentro de la normativa ambiental vigente aplicable al tratamiento de aguas
residuales domésticas y su posterior descarga a cuerpos de agua, tenemos al
Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria del Ministerio del Ambiente
(TULAS), que dentro de su Libro VI, Anexo I se describen los criterios generales
de descarga a efluentes.
A continuación, se detallan las normas generales para descargas de efluentes, a
los cuerpos de agua dulce, tal como lo estipula el Art. 4.2.1 del Libro VI, Anexo I
del TULAS.
Art. 4.2.1.1 señala “El regulado deberá mantener un registro de los efluentes generados, indicando el caudal del efluente, frecuencia de descarga, tratamiento aplicado a los efluentes, análisis de laboratorio y la disposición de los mismos, identificando el cuerpo receptor. Es mandatorio que el caudal reportado de los efluentes generados sea respaldado con datos de producción.” (Ministerio del Ambiente, 2003)
Art. 4.2.1.2 señala “Se establecen los parámetros de descarga hacia cuerpos de
15 promedios diarios. La Entidad Ambiental de Control deberá establecer la normativa complementaria en la cual se establezca: La frecuencia de monitoreo, el tipo de muestra (simple o compuesta), el número de muestras a tomar y la interpretación estadística de los resultados que permitan determinar si el regulado cumple o no con los límites permisibles fijados en la presente normativa para descargas a cuerpos de agua dulce.” como se detalla en la Tabla 6. (Ministerio del Ambiente, 2003)
Art. 4.2.1.3 señala “Se prohíbe la utilización de cualquier tipo de agua, con el propósito de diluir los efluentes líquidos no tratados.”
Art. 4.2.1.6 señala “Las aguas residuales que no cumplan previamente a su descarga, con los parámetros establecidos de descarga en esta Norma, deberán ser tratadas mediante tratamiento convencional, sea cual fuere su origen: público o privado. Por lo tanto, los sistemas de tratamiento deben ser modulares para evitar la falta absoluta de tratamiento de las aguas residuales en caso de paralización de una de las unidades, por falla o mantenimiento.” (Ministerio del Ambiente, 2003)
Art. 4.2.1.10 señala “Se prohíbe descargar sustancias o desechos peligrosos (líquidos-sólidos-semisólidos) fuera de los estándares permitidos, hacia el cuerpo receptor, sistema de alcantarillado y sistema de aguas lluvias.”
Art. 4.2.1.14 señala “El regulado deberá disponer de sitios adecuados para caracterización y aforo de sus efluentes y proporcionarán todas las facilidades para que el personal técnico encargado del control pueda efectuar su trabajo de la mejor manera posible.” (Ministerio del Ambiente, 2003)
Art. 4.2.1.16 señala “De acuerdo con su caracterización toda descarga puntual o
16 guía técnica es responsabilidad de la Entidad Ambiental de Control determinar los parámetros de las descargas que debe monitorear el regulado.”
Art. 4.2.1.19 señala “La Entidad Ambiental de Control establecerá los parámetros
a ser regulados para cada tipo de actividad económica, especificando, la frecuencia de monitoreo, el tipo de muestra (simple o compuesta), el número de muestras a tomar y la interpretación estadística de los resultados que permitan determinar si el regulado cumple o no con los límites permisibles fijados en la presente normativa para descargas a sistemas de alcantarillado y cuerpos de agua.” (Ministerio del Ambiente, 2003)
Art. 4.2.1.21 señala “Los sedimentos, lodos y sustancias sólidas provenientes de
17
Tabla 6. Límites de descarga a un cuerpo de agua dulce
PARÁMETROS EXPRESADO COMO UNIDAD LÍMITE MÁXIMO PERMISIBLE Aceites y Grasas. Sustancias solubles en
hexano
mg/l 0,3
Alkil mercurio mg/l No detectable
Aldehídos mg/l 2
Aluminio Al mg/l 5
Arsénico total As mg/l 0,1
Bario Ba mg/l 2
Boro total B mg/l 2
Cadmio Cd mg/l 0,02
Cianuro total CN- mg/l 0,1
Cloro Activo Cl mg/l 0,5
Cloroformo Extracto carbón cloroformo ECC
mg/l 0,1
Cloruros Cl- mg/l 1 000
Cobre Cu mg/l 1
Cobalto Co mg/l 0,5
Coliformes Fecales Nmp/100 ml Remoción > al 99,9% Color real Color real unidades de
color
* Inapreciable en dilución: 1/20
Compuestos fenólicos Fenol mg/l 0,2
Cromo hexavalente Cr+6 mg/l 0,5
Demanda Bioquímica de Oxígeno (5 días)
D.B.O5. mg/l 100
Demanda Química de Oxígeno
D.Q.O. mg/l 250
Dicloroetileno Dicloroetileno mg/l 1
Estaño Sn mg/l 5
Fluoruros F mg/l 5
Fósforo Total P mg/l 10
Hierro total Fe mg/l 10
Hidrocarburos Totales de Petróleo
TPH mg/l 20
Manganeso total Mn mg/l 2
Materia flotante Visibles Ausencia
18
Continuación…….
Mercurio total Hg mg/l 0,005
Níquel Ni mg/l 2
Nitratos + Nitritos Expresado como Nitrógeno (N)
mg/l 10
Nitrógeno Total Kjedahl N mg/l 15
Organoclorados totales Concentración de organoclorados totales
mg/l 0,05
Organofosforados totales
Concentración de organofosforados
totales.
mg/l 0,1
Plata Ag mg/l 0,1
Plomo Pb mg/l 0,2
Potencial de hidrógeno pH 05-sep
Selenio Se mg/l 0,1
Sólidos Sedimentables ml/l 1
Sólidos Suspendidos Totales
mg/l 100
Sólidos totales mg/l 1 600
Sulfatos SO4= mg/l 1000
Sulfitos SO3 mg/l 2
Sulfuros S mg/l 0,5
Temperatura oC < 35
Tensoactivos Sustancias activas al azul de metileno
mg/l 0,5
Tetracloruro de carbono
Tetracloruro de carbono mg/l 1 Tricloroetileno Tricloroetileno mg/l 1
Vanadio mg/l 5
Zinc Zn mg/l 5
19
2.7 DESCRIPCIÓN
DE
LAS
AGUAS
RESIDUALES:
CARACTERÍSTICAS GENERALES
Es importante conocer las características físicas, químicas y biológicas de las
aguas residuales domésticas, las mismas que requieren tratamiento; aplicando
diferentes métodos que permitirán que su vertido o disposición final a los cuerpos
receptores del sector sea con la menor carga contaminante; evitando así la
contaminación ambiental que este tipo de aguas que se puedan generar.
(Rengel, 2000)
2.7.1 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS
Dentro de las características físicas de las aguas residuales se establecen los
siguientes parámetros:
a) Sólidos totales:
Los sólidos totales es uno de los parámetros más importantes dentro de
las características físicas, estos se encuentran formados por materia
flotante y material sedimentable que son resultado de evaporación a una
temperatura entre 103 y 105°C.
Los sólidos totales se pueden clasificar en:
20
Sólidos suspendidos: Son sólidos que tienen un diámetro de 1 micrómetro y estos a la vez se clasifican en sedimentables; que son
sólidos que se depositan en el fondo de un recipiente en forma de cono
llamado Imhoff en un lapso de sesenta (60) minutos, con esto se puede
saber la cantidad de sólidos que serán removidos. Por otra parte los
sólidos suspendidos no se sedimentan en un período de dos (2) horas
y pueden ser removidos mediante oxidación biológica. (Rengel, 2000)
b) Olor:
El olor de las aguas domésticas es provocado por la descomposición de
la materia orgánica existente y generalmente presentan un olor parecido
a “huevos podridos”, debido a que los microorganismos anaerobios
presentes reducen los sulfatos a sulfitos.
Dentro de los efectos que el olor podría ocasionar tenemos el rechazo por
parte de las comunidades aledañas a los STAR, teniendo así tensiones
psicológicas, problemas como nauseas, vómito o sentirse inferiores en
relaciones humanas. (Rengel, 2000)
c) Temperatura:
La temperatura de las aguas residuales generalmente es mayor que el
agua potable; debido a los múltiples procesos a los que ha sido sometida
en su lugar de origen (casas). Si estas aguas son desechadas
directamente a cuerpos de agua sin su debido tratamiento, pueden
ocasionar graves problemas a las especies, lo que conlleva a una
21
d) Color:
El color de las aguas residuales nos indica la condición en la que se
encuentran y está dado por el color gris cuando son aguas recientes y
color negro cuando los compuestos orgánicos ya han sido descompuestos
por las bacterias. (Rengel, 2000)
2.7.2 CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS
Dentro de las características químicas de las aguas residuales se establecen los
siguientes parámetros:
a) Materia Orgánica:
Dentro de la materia orgánica que se encuentra presente en el agua
residual aproximadamente un 75% son sólidos suspendidos y un 40% son
sólidos filtrables, los mismos que proceden de animales, plantas y
actividad humana; donde se produce una síntesis de compuestos
orgánicos (formados por nitrógeno, oxígeno e hidrógeno), adicionalmente
en el agua residual existen sustancias orgánicas como carbohidratos entre
un rango de 25 al 50%, grasas y aceites en un 10%, proteínas entre 40 y
60%, adicionalmente otras sustancias como urea (constituyente de la
orina) y tensoactivos; que a lo largo del tiempo se han convertido en uno
de los mayores problemas de las aguas residuales ya que algunos de
estos compuestos no pueden eliminarse bilógicamente. (Metcalf & Eddy,
22
Proteínas:
Las proteínas tienen su estructura inestable y muy compleja, algunas
de ellas se disuelven en agua y otras no; estas se encuentran
compuestos por carbono, nitrógeno, hidrógeno y oxígeno. Si existe
gran cantidad de proteínas en el agua residual, estas adquirirán un
olor desagradable debido a su descomposición. (Metcalf & Eddy, 2011)
Carbohidratos:
Los carbohidratos están constituidos por hidrógeno, oxígeno y carbono
y adicionalmente por azúcares, celulosa, fibra de madera y almidón.
Los carbohidratos que se encuentran en las aguas residuales son de
fácil descomposición bacteriana, a diferencia de la celulosa. (Metcalf
& Eddy, 2011)
Grasas y Aceites:
Las grasas y aceites son compuestos orgánicos que presentan una
estructura estable y no se descomponen fácilmente por las bacterias
presentes en el agua.
Las grasas y aceites que encontramos en el agua residual son
provenientes de diferentes productos alimenticios, como la
mantequilla, manteca de cerdo, aceites vegetales y otros como
cereales, carnes, etc.
Este tipo de compuestos orgánicos pueden causar graves problemas
a los sistemas de alcantarillado y tratamiento, adicionalmente pueden
interferir en la vida biológica de las aguas por la formación de
23
Tensoactivos:
Los agentes tensoactivos se encuentran en las aguas residuales
debido a que son parte de los detergentes y forman espumas, los
mismos que causan problemas en los sistemas de tratamiento debido
a que su descomposición por medios biológicos es muy dificultosa.
(Metcalf & Eddy, 2011)
b) Medida del contenido orgánico:
Para determinar la medida del contenido orgánico se utilizan las siguientes
técnicas de laboratorio:
Demanda bioquímica de Oxígeno (DBO): Se entiende por DBO como “cantidad de oxígeno que necesitan los microorganismos para estabilizar la materia orgánica carbonosa que existe en una muestra”
(Rengel, 2000)
Con este concepto entendemos que es importante tener ciertas
condiciones óptimas como temperatura, la no presencia de sustancias
que inhiban el crecimiento microbiano, entre otras, para que exista la
presencia de microorganismos.
El valor de DBO obtenido, representa la contaminación orgánica;
donde entre más altos sean los valores; mayor será la contaminación,
pero esta prueba está ligada a un tiempo (5 días), en cuyo tiempo no
intervienen las bacterias nitrificantes, nitrosomas y nitrobacter en el
consumo de oxígeno ya que estas empiezan a actuar a partir del 7-9
día. Adicionalmente la prueba del DBO requiere una temperatura de
24
Demanda química de Oxígeno (DQO): La DQO mide el nivel de oxígeno en las aguas naturales como residuales, en general el DQO es mayor al DBO, debido a que existen un mayor número de compuestos que pueden ser oxidados químicamente antes que biológicamente. (Rengel, 2000)
Puede darse el caso, en el que se correlaciona el DBO y el DQO, esto puede
resultar muy útil debido a que el DQO puede determinarse en solo 3 horas a
diferencia de los 5 días necesarios para el DBO.
c) Materia Inorgánica:
Se utiliza la materia orgánica para determinar la calidad del agua, donde
las concentraciones de las sustancias inorgánicas aumentan por las
formaciones geológicas existentes, pudiendo afectar el uso que tiene el
agua, por lo que es importante analizar algunos componentes inorgánicos:
Potencial Hidrógeno (pH):
La determinación de ión hidrógeno es importante para determinar la
calidad del agua y de los sistemas de tratamiento ya que el agua
tratada puede ser alcalina o ácida. El agua residual con un pH adverso
puede tener problemas de tratamiento biológico.
Gases:
Los gases que se encuentran en las aguas residuales y no son tratados
son: ácido carbónico, anhídrido sulfhídrico, oxígeno, metano, amonio y
25
2.7.3 CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS
Dentro de las características biológicas que presenta el agua residual,
debemos tomar en cuenta los siguientes puntos:
Principales microorganismos presentes en las aguas residuales.
Organismos que se utilizan como indicadores de contaminación y la
importancia que representan.
Métodos utilizados para valorar la toxicidad de las aguas residuales.
o Microorganismos:
Es importante conocer que ciertas aguas residuales pueden ser
recuperadas para su posterior reutilización; mediante el uso de diferentes
microorganismos.
Los principales microorganismos presentes en las aguas residuales son
hongos, bacterias, algas, protozoarios, crustáceos, rotíferos y virus, como
se presenta en la Tabla 7., donde estos son considerados como
beneficiosos ya que ayudan a la depuración de aguas residuales tanto
26
Tabla 7. Clasificación de microorganismos
(Rengel, 2000)
2.8 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
El tratamiento de las aguas residuales se debe realizar en función del grado de
contaminación que estas aguas presenten y las características que deben
obtener al final del tratamiento dependiendo de su reutilización para evitar la
contaminación del cuerpo receptor.
El tratamiento de aguas residuales se clasifica en:
2.8.1 TRATAMIENTO PRELIMINAR:
El tratamiento preliminar es aquel cuyo objetivo principal es proteger las
instalaciones donde se realiza el tratamiento, de manera que el proceso CLASIFICACIÓN
REINO INTEGRANTES CARACTERIZACIÓN Animal Rotíferos crustáceos Multicelulares con
tejidos diferenciados Plantas Musgos/ Helechos Multicelulares con
tejidos diferenciados Protista Superior Algas/ protozoos/
hongos
Uni o multicelulares sin tejidos diferenciales Protista Inferior Algas azul–verdes/
bacterias
27 subsiguiente no se vea afectado en su funcionamiento y eficacia por la
composición del agua a tratar.
Dentro del tratamiento preliminar se encuentran las operaciones físicas
unitarias como floculación, flotación, filtración, desbaste, cribado, etc.; donde
los principales materiales flotantes que se eliminan en este tratamiento inicial
son arena, gravas, plásticos, basura en general, etc. (Sedanez, 2008)
2.8.2 TRATAMIENTO PRIMARIO:
El tratamiento primario, consiste en la eliminación de todo tipo de material
sedimentable que se encuentra presente en las aguas, como por ejemplo la
neutralización de las descargas ácidas o alcalinas, de manera que estas
aguas residuales estarán preparadas para un tratamiento secundario.
(Sedanez, 2008)
2.8.3 TRATAMIENTO SECUNDARIO:
El tratamiento secundario está enfocado más hacia procesos biológicos o
químicos, de manera que se pretende eliminar todo tipo de microorganismos
presentes, sólidos suspendidos y hasta reducción de ciertos compuestos
28
2.8.4 TRATAMIENTO TERCIARIO O AVANZADO:
El tratamiento terciario o también denominado tratamiento avanzado, es un
tratamiento utilizado para la remoción de sólidos suspendidos y de las
sustancias disueltas que permanecen en las aguas residuales cuando el
tratamiento secundario no ha sido efectivo al 100%. (Sedanez, 2008)
Las sustancias disueltas pueden ser materia orgánica y su naturaleza puede
variar desde iones inorgánicos simples como calcio, potasio, nitrato hasta un
número mayor de compuestos orgánicos sintéticos mucho más complejos.
El tratamiento terciario con lleva el proceso de desinfección, el mismo que se
debe realizar como último paso; cuando se crea que los procesos realizados
anteriormente pueden poner en peligro la salud de los pobladores aguas
abajo a la descarga del sistema. (Sedanez, 2008)
Para realizar el proceso de desinfección se debe tomar en cuenta los
siguientes aspectos:
- Caudal de las aguas residuales a tratar
- Calidad final de desinfección
- pH del agua a ser desinfectada
El proceso de desinfección más común usa al cloro como producto químico
principal el mismo que destruye los organismos causantes de enfermedades.
La dosis adecuada de cloro para la desinfección normal de aguas residuales
29
Tabla 8. Dosis de cloro para desinfección de aguas domésticas
(Jairo, 2005)
El cloro se debe aplicar en dos etapas, antes del tanque de sedimentación
secundaria y después del mismo.
2.9 GESTIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS
La reutilización o re-uso de las aguas residuales no siempre es completo e
indefinido, ya que la cantidad ha reutilizar depende de la disponibilidad, coste de
agua dulce, coste de transporte y su tratamiento. (Crites & Tchobanoglous, 2000)
Dentro de la gestión de aguas residuales tenemos el re-uso de las mismas en
diferentes actividades, de manera que su utilización ofrezca un beneficio a
quienes hagan uso de éstas; no solamente ambiental sino también económico.
Es necesario tener en cuenta ciertas medidas que permiten crear condiciones
sanitarias adecuadas para el re-uso de las aguas residuales.
El re-uso de las aguas residuales se puede aplicar en las siguientes actividades:
TRATAMIENTO DOSIS DE CL PARA DISEÑO
(mg/L)
Pre-cloración 20-25
Agua residual no tratada, dependiendo de la edad
30
2.9.1 APLICACIÓN SOBRE EL TERRENO Y RE-USO AGRÍCOLA
La reutilización de aguas residuales sobre el terreno y su re-uso agrícola es un
método que se ha convertido en una solución muy eficaz, sin embargo es
necesario que se cumplan ciertas normas establecidas por la Organización
Mundial de la Salud (OMS) para su reutilización:
a) Es necesaria la remoción de nematodos intestinales y coliformes
fecales en un 100%, es decir niveles de 1000 organismos por cada
100ml de agua residual, (irrigación de productos alimenticios que son
consumidos crudos, campos deportivos y parques públicos).
b) Para irrigación de productos cerealiferos, alimento de animales,
árboles, pastizales y cosechas para procesamiento industrial.
Es importante considerar que antes de una re-utilización de aguas residuales
sobre el terreno, se debe realizar un estudio de factibilidad, debido a que estas
aguas van a tener una incidencia sobre diversos cultivos y suelos para lo cual se
deben considerar los siguientes aspectos:
Los tipos de cultivos existentes, sus formas de riego y almacenamiento
(infraestructura, costo, rentabilidad).
La salinidad, infiltración y drenaje de los diferentes tipos de suelo.
La calidad de agua para el riego de los cultivos y las posibles afectaciones para los seres humanos y animales del sector.
2.9.2 REUTILIZACIÓN INDUSTRIAL
La industria es uno de los sectores que mayor cantidad de agua consume para
31 con alto contenido mineral, lo que las convierte en aguas cuya reutilización es
óptima en estos mismos procesos industriales. (Jairo, 2005)
2.9.3 REUTILIZACIÓN EN ZONAS DE RECREACIÓN
En lo referente a la reutilización de aguas para zonas de recreación, tenemos
reutilización en parques, campos de golf y construcción de estanques para
deportes náuticos, piletas, lagunas artificiales, etc. Actualmente, la tecnología
que se está usando para tratamiento de aguas permite alcanzar los niveles de
calidad del agua para su respectiva reutilización.
2.9.4 REUTILIZACIÓN EN RECARGA DE ACUÍFEROS
Este uso es el más frecuente que se les da a las aguas residuales, donde se
combina el caudal y el efluente. Cuando se habla de recarga de acuíferos se
refiere a un abastecimiento de aguas subterráneas, debido a que el alto nivel de
población y las diferentes actividades generan una disminución del agua potable
subterránea.
2.9.5 REUTILIZACIÓN MUNICIPAL
La reutilización municipal es uno de los métodos menos aceptables, debido a que
se da un re-uso directo como agua potable; después de pasar por varios procesos
32 Otros métodos más avanzados utilizados son la desmineralización y
desalinización que eliminan casi en un 100% las impurezas existentes, dando
como resultado agua lista y apta para el consumo.
Estos métodos antes mencionados son muy costosos, pero representan una gran
herramienta en caso de existir algún desabastecimiento de agua potable. En la
Tabla 9., se recopila los potenciales usos del agua residual.
Tabla 9. Problemas en la reutilización de aguas residuales
FORMAS DE REUTILIZACIÓN
Usos Desventaja
Agrícola Efectos sobre la calidad de agua, cultivos y suelos. Características como sustancias químicas, sales y sólidos
suspendidos.
Industrial Depósitos y corrosión / Problemas Sanitarios
Recreativo Problemas por patógenos y posible contaminación de aguas subterráneas.
Municipal Productos químicos, metales y patógenos Acuíferos Problemas sanitarios, eutrofización.
(Rengel, 2000)
Para que la reutilización de aguas residuales produzca un efecto positivo es
necesario determinar si existe una aceptación por parte de la ciudadanía que va
a estar directamente involucrada y así determinar cuáles serían los riesgos para
la salud y las condiciones necesarias para que este método sea 100% seguro y
33
2.10 TRATAMIENTO DE LODOS RESIDUALES
Los lodos residuales son el resultado de las diferentes operaciones o
tratamientos a las que las aguas residuales han sido sometidas para la total
eliminación de contaminantes físicos, químicos o biológicos antes de su posterior
descarga a diferentes cuerpos receptores.
Los lodos residuales representan uno de los mayores inconvenientes al momento
de realizar el tratamiento de aguas residuales, debido que contienen entre 0.25 y
12% de sólidos por lo que su evacuación o eliminación es compleja y presenta
los siguientes problemas:
1) Los lodos residuales presentan las mismas características de las
aguas residuales
2) El lodo resultante de las aguas residuales sometidas a tratamiento
biológico está compuesto por materia orgánica
Es importante considerar que los principales métodos utilizados para el
tratamiento de lodos son los descritos a continuación, sin embargo estos
tratamientos no son utilizados por el Municipio del DMQ y serán implementados
en un futuro.
2.10.1 ESPESAMIENTO (CONCENTRACIÓN)
El espesamiento es un método que permite incrementar el número de sólidos
presentes en el lodo, a través de la eliminación de la fracción líquida del mismo.
Generalmente el lodo, presenta un contenido de sólidos del 0.8 % y al pasar por
el proceso de espesamiento pasa a contener una cantidad de 4% de sólidos;
34 Esta reducción de volumen es beneficiosa, debido que permite que los lodos
puedan ser sometidos a otros procesos posteriores; obteniendo así una
reducción importante en los siguientes procesos químicos, tanques, equipos y
costes. (Metcalf & Eddy, 2011)
El espesamiento se realiza a través de medios físicos como son la sedimentación
por gravedad y la flotación.
a) Espesado por gravedad:
El espesado por gravedad es un método que utiliza tanques en forma circular,
donde el lodo es diluido y pasa a un cuarto de alimentación central, en el cual se
sedimenta y se compacta para que posteriormente sea extraído el lodo del
tanque. (Metcalf & Eddy, 2011)
La recolección del lodo se realiza a través de puentes rascadores de fondo donde
el lodo recogido es enviado a los digestores o a los equipos de deshidratación de
lodos, como se muestra en la Figura 3., este tipo de espesamiento es efectivo
35
Figura 3. Espesador mecánico (Espesado por gravedad)
(Metcalf & Eddy, 2011)
Los espesadores de gravedad deben construirse sobre la base a la carga de
sólidos y a la superficie hidráulica, cuyos valores fluctúan entre 16 y 36 m3/m2*d.
Para poder mantener las condiciones aerobias en los espesadores de gravedad
se debe adicionar los mismos líquidos de muestra. (Metcalf & Eddy, 2011)
Durante el funcionamiento del espesador, en el fondo del mismo existe un manto
de lodo, que permite mantener la concentración. La relación existente entre
volumen del manto de lodo / volumen de lodo eliminado diariamente da como
resultado el volumen de lodo neto, donde se obtiene generalmente valores entre
36
b) Espesamiento por flotación:
El espesado por flotación incluye cuatro (4) variantes importantes que son:
flotación por aire disuelto, flotación al vacío, flotación por dispersión de aire y
flotación biológica.
La más utilizada por su eficacia es la flotación por aire disuelto, ya que al aplicar
aire este se disuelve en agua y permite mantener una presión elevada. Una vez
que la solución se despresuriza el aire se libera en forma de burbujas que
arrastran el lodo hasta la superficie de donde es extraído. Este tipo de
espesamiento es eficaz para lodos procedentes de tratamientos biológicos.
(Metcalf & Eddy, 2011)
El funcionamiento del espesador por flotación es mucho más eficaz que el
espesador por gravedad, ya que se da una separación rápida de los sólidos del
agua residual. Si existe agua de presurización es recomendable utilizar el tanque
de decantación primaria y no el tanque de flotación, debido a que si se utilizan
químicos estos pueden obstruir el sistema de presurización con aire. (Metcalf &
Eddy, 2011)
2.10.2 ESTABILIZACIÓN
Se aplica el método de estabilización para la reducción de patógenos, eliminar
olores desagradables y eliminar el potencial de putrefacción de los lodos, todos
estos factores se dan cuando se permite el desarrollo de microorganismos en la
fracción orgánica; por lo que el éxito de la estabilización está relacionado
directamente con la fracción orgánica del lodo. (Metcalf & Eddy, 2011)
A través de la estabilización se pueden eliminar condiciones perjudiciales entre
37 química de materia volátil c) adición de productos químicos para inhibir el
crecimiento de microorganismos y d) aplicación de calor para esterilizar el fango.
(Metcalf & Eddy, 2011)
Dentro de los métodos de estabilización tenemos:
a) Oxidación con cloro:
Consiste en la aplicación elevada de gas cloro o hipoclorito de calcio o sodio, en
un reactor cerrado y por un corto período de tiempo, de manera que el lodo sufre
una oxidación química. La dosificación de cloro debe realizarse mediante
cloradores.
Esta estabilización es un método utilizado en plantas pequeñas, y se puede tratar
cualquier tipo de lodo biológico, residuos de fosas sépticas, o como un
mecanismo de auxilio para instalaciones con exceso de tratamiento de lodos. A
medida que la operación avance el lodo debe ser removido ya que se pueden
formar grandes cantidades de ácido clorhídrico por la reacción entre el cloro y el
lodo. (Metcalf & Eddy, 2011)
b) Estabilización con cal:
Consiste en la aplicación de cal al lodo crudo de manera que el pH sea igual o
mayor a 12, el pH elevado inhibe el crecimiento y la supervivencia de
microorganismos por lo que el lodo no sufrirá putrefacción, ni malos olores.
Este proceso requiere mayor cantidad de cal por unidad de lodo procesado,
debido a que se necesita alcanzar un pH elevado, y se ha comprobado que la
38 de organismos patógenos mayores a la que se obtendría si se utiliza digestión
anaerobia.
Si el pH decae su nivel, podría activarse la reproducción bacteriana y comenzar
la putrefacción, debido a que la estabilización con cal no destruye la materia
orgánica.
c) Estabilización /Digestión Anaerobia del Lodo:
Dentro de la digestión anaerobia del lodo, se presentan dos formas de
digestión:
Digestión convencional
La digestión convencional es un proceso de una sola fase, aquí se realizan
tres procesos como son la digestión, el espesamiento y la formación del
sobrenadante.
El funcionamiento de un digestor convencional se inicia cuando se añade el
lodo crudo a una zona donde el lodo se digiera y posteriormente libere gas,
ahí el lodo se calienta a través de un intercambiador de calor. Posteriormente
cuando el gas sube a la superficie trae consigo partículas de lodo y otros
materiales los mismos que dan lugar a la formación de espumas.
Una vez dado este proceso el lodo se vuelve más mineralizado se espesa por
acción de la gravedad, y posteriormente se da la formación de una capa
39
2.10.3 ACONDICIONAMIENTO:
El proceso de acondicionamiento permite mejorara las características del lodo
para su posterior tratamiento de deshidratación. Los tratamientos más eficaces
son:
a) Acondicionamiento químico:
El acondicionamiento químico es un proceso de gran eficiencia, que da como
resultado la coagulación de sólidos y la liberación del agua absorbida en el lodo.
Los químicos utilizados en este proceso son cloruro férrico, cal, sulfato de
aluminio y polímeros orgánicos.
Los productos químicos utilizados son dosificados y medidos en forma líquida
para su adhesión al lodo, estos mismos se deben encontrar en tanques
suficientemente grandes como para contener el suministro de todo un día y debe
encontrarse por duplicado.
Estos tanques se encuentran construidos con material anticorrosivo, polietileno,
etc., para sustancias ácidas, por su parte las bombas dosificadoras son de
material anticorrosivo con acondicionamiento de velocidad, para controlar el
caudal.
La medición para la dosificación de los diferentes productos químicos se realiza mediante ensayos “filterleaf”, sin embargo los lodos que presentan características
de difícil deshidratación requieren mayor cantidad de productos químicos y por lo
general no producen una torta seca.
Para que se dé un acondicionamiento correcto, debe existir una mezcla entre el