UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
EVALUACIÓN DE LA OXIDACIÓN AVANZADA PARA
ELIMINACIÓN DE COLIFORMES FECALES EN LA
REMEDIACIÓN DEL RÍO PUENTE LUCÍA, CANTÓN
GUAYAQUIL
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO
Trabajo de titulación presentado como requisito para la obtención del título de
INGENIERA AMBIENTAL
AUTOR
CASTRO CHILA DENISSE YOSSARY
TUTOR
PhD. MENDOZA SEGOVIA IVÁN ALEXIS
GUAYAQUIL – ECUADOR 2020
Agradecimiento
A mi director de tesis el PhD. Iván Mendoza Segovia que con su conocimiento y experiencia me ayudo en la investigación.
A mi querida Universidad y a todas las autoridades, por permitirme concluir con una etapa de mi vida, gracias por la paciencia, orientación y guiarme en el desarrollo de esta investigación.
Al Ing. Andrés Chérrez por su apoyo incondicional en este proceso importante por su ayuda y cada palabra de superación para alcanzar mi objetivo. A mis amigos Alex, Joan, Génesis, Cristina y Johana por cada palabra de motivación que supieron darme para no rendirme y haber hecho esta etapa un trayecto de vivencias que nunca olvidare.
Índice general Agradecimiento ... 4 Índice general ... 6 Índice de tablas ... 10 Índice de figuras ... 11 Resumen 13 Abstract 14 1. Introducción... 15
1.1 Antecedentes del problema ... 16
1.2 Planteamiento y formulación del problema ... 18
1.2.1 Planteamiento del problema ... 18
1.2.2 Formulación del problema ... 20
1.3 Justificación de la investigación ... 20
1.4 Delimitación de la investigación ... 21
1.5 Objetivo general ... 21
1.6 Objetivos específicos... 21
2. Marco teórico ... 23
2.1 Estado del arte ... 23
2.2 Bases teóricas ... 24
2.2.1 Contaminación hídrica ... 24
2.2.2 Fuentes de agua en la naturaleza ... 24
2.2.2.1 Agua superficial ... 25
2.2.3 Calidad del agua ... 25
2.2.4 Parámetros de control ... 25
2.2.5 Parámetros físicos del agua ... 25
2.2.5.1 Temperatura ... 26
2.2.5.2 Sólidos disueltos ... 26
2.2.5.3 Sólidos en Suspensión ... 26
2.2.5.5 Conductividad ... 27
2.2.5.6 Color ... 28
2.2.5.7 Sabor y olor ... 28
2.2.6 Parámetros químicos del agua ... 28
2.2.6.1 Potencial de Hidrógeno (pH) ... 28
2.2.6.2 Oxígeno Disuelto ... 29
2.2.6.3 Nitratos ... 29
2.2.7 Parámetros Microbiológicos del agua ... 30
2.2.7.1 Coliformes totales ... 30
2.2.7.2 Coliformes fecales ... 30
2.2.8 Contaminación microbiológica del agua ... 31
2.2.9 Análisis microbiológico del agua ... 31
2.2.10 Microorganismos patógenos ... 32
2.2.10.1 Escherichia coli... 33
2.2.11 Tratamientos de agua ... 33
2.2.11.1 Adsorción ... 33
2.2.11.1.1 Materiales adsorbentes para el tratamiento de aguas ... 34
2.2.11.2 Desinfección ... 35
2.2.11.3 Tratamiento por oxidación y filtración ... 35
2.2.12 Remediación ... 35
2.2.13 Proceso de oxidación avanzada ... 35
2.2.13.1 Procesos no fotoquímicos ... 36
2.2.13.1.1 Ozonización ... 36
2.2.13.1.2 Proceso de fenton ... 37
2.2.13.2 Procesos fotoquímicos ... 37
2.2.13.2.1 Ultra violeta- peróxido de hidrògeno (UV/H2O2) ... 37
2.2.13.2.2 Fotocatálisis ... 38
2.2.13.3.1 Combinaciones con la coagulación ... 39
2.2.13.3.2 Combinaciones con procesos de absorción ... 39
2.2.13.4 Ventajas de los Procesos Avanzados de Oxidación ... 40
2.3 Marco legal ... 41
2.3.1 Constitución de la República del Ecuador ... 41
2.3.2 Código Orgánico Ambiental ... 42
2.3.3 Ley Orgánica de recursos hídricos, usos ... 43
2.3.4 Acuerdo Ministerial 097-A. ... 46
2.3.5 Ley de Gestión Ambiental ... 46
2.3.6 Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 2169:2013 ... 47
3. Materiales y métodos ... 48
3.1 Enfoque de la investigación ... 48
3.1.1 Tipo de investigación ... 48
3.1.1.1 Investigación descriptiva y de campo ... 48
3.1.1.2 Investigación de laboratorio ... 48 3.1.2 Diseño de investigación ... 48 3.2.1 Variables ... 49 3.2.1.1. Variable independiente ... 49 3.2.1.2. Variable dependiente ... 49 3.2.2 Tratamientos ... 49 3.2.3 Diseño experimental ... 50 3.2.4 Recolección de datos ... 51 3.2.4.1. Recursos ... 51 3.2.4.2. Métodos y técnicas ... 53 3.2.4.2.2 Coagulación-Floculación ... 55
3.2.4.2.3 Filtración con carbón activado ... 56
3.2.4.1.1 Técnicas de medición de los parámetros ... 59
3.2.5 Análisis estadístico ... 62
3.2.6 Prueba de Hipótesis ... 62
4. RESULTADOS ... 64
4.1. Análisis de la presencia de coliformes fecales de las aguas superficiales del río Puente Lucía mediante conteo en placas de 3M Petrifilm. ... 64
4.2 Determinación de la dosis óptima de oxidante de peróxido de hidrógeno y diferentes minerales para el proceso de oxidación avanzada y eliminación de coliformes fecales. ... 64
4.2.1 Análisis estadístico de pH ... 65
4.2.2 Análisis estadístico para el parámetro de turbidez ... 68
4.2.3 Análisis estadístico para Color (Uc Pt-Co) ... 70
4.2.4 Análisis estadístico para Nitratos ... 72
4.2.5 Análisis estadístico prueba de Kruskal Wallis para Nitritos ... 74
4.3 Determinación de la de eficiencia antes y después de aplicar el proceso de oxidación avanzada mediante el conteo en placas 3M Petrilfim. ... 75
5. DISCUSIÓN ... 77
6. CONCLUSIONES ... 78
7. RECOMENDACIONES ... 79
8. BIBLIOGRAFÍA ... 80
9. ANEXOS... 89
Índice de tablas
Tabla 1. Patógenos en agua residual y enfermedades que pueden ser
transmitidos por el agua. ... 32
Tabla 2. Tratamiento para eliminación de coliformes fecales ... 50
Tabla 3. Coordenadas de la estación de muestreo de aguas superficiales ... 54
Tabla 4. Límites permisibles y criterios de microorganismos en diferentes tipos de aguas ... 61
Tabla 5. Caracterización inicial del agua superficial del río puente Lucía ... 64
Tabla 6. Resultados obtenidos de potencial de hidrógeno (pH) de todos los tratamientos y réplicas. ... 65
Tabla 7. Prueba de normalidad Shapiro-Wilks para pH ... 66
Tabla 8. Análisis estadístico ANOVA de pH ... 66
Tabla 9. Aplicación del test de Duncan en pH ... 66
Tabla 10. Resultados obtenidos de la turbidez NTU de todos los tratamientos realizados ... 67
Tabla 11. Prueba de normalidad Shapiro- Wilks para turbidez (NTU) ... 68
Tabla 12. Análisis estadístico prueba de Kruskal Wallis para turbidez ... 68
Tabla 13. Aplicación del test de Duncan en turbidez ... 69
Tabla 14. Resultados obtenidos de Color (Pt Co) de todos los tratamientos ... 69
Tabla 15. Prueba de normalidad Shapiro- Wilks para color (Uc Pt-Co) ... 70
Tabla 16. Análisis estadístico prueba de Kruskal Wallis para color ... 71
Tabla 17. Aplicación del test de Duncan en color ... 71
Tabla 18. Resultados obtenidos de Nitratos de todos los tratamientos ... 71
Tabla 19. Prueba de normalidad Shapiro- Wilks para Nitratos ... 73
Tabla 20. Análisis estadístico prueba de Kruskal Wallis para nitratos ... 73
Tabla 21. Resultados obtenidos de Nitritos de todos los tratamientos ... 73
Tabla 22 . Prueba de normalidad Shapiro- Wilks para Nitritos ... 74
Tabla 23. Análisis estadístico de nitritos ... 75
Índice de figuras
Figura 1. Gráfico de resultados de los tratamientos para pH ... 65
Figura 2. Gráfico de resultados de los tratamientos para Turbidez ... 67
Figura 3. Gráfico de resultados de los tratamientos para Color Uc Pt-Co ... 70
Figura 4. Gráfico de resultados de los tratamientos para Nitratos ... 72
Figura 5. Gráfico de los resultados de los tratamientos para Nitritos ... 74
Figura 6. Efecto de los tratamientos ... 76
Figura 7. Lugar de muestreo ... 93
Figura 8. GPS portátil Garmin eTrex Legend® HCx ... 93
Figura 9. Toma de muestras en río puente Lucía. ... 94
Figura 10. Muestras recolectadas en puente lucía ... 94
Figura 11. Muestras rotuladas ... 95
Figura 12. muestra compuesta... 95
Figura 13. Conteo inicial de muestra de agua superficial del río puente Lucía 96 Figura 14. Proceso de coagulación-floculación ... 96
Figura 15. Agitación de sal de sulfato de aluminio ... 97
Figura 16. Resultado de coagulación ... 97
Figura 17. Aplicación de poliacrilamida ... 98
Figura 18. Solidos sedimentados ... 98
Figura 19. Filtración ... 99
Figura 20. Resultado del proceso de coagulación-floculación ... 99
Figura 21. Materiales para el proceso de oxidación avanzada con carbón activado ... 100
Figura 22. Aplicación de peróxido de hidrógeno ... 100
Figura 23. proceso de oxidación avanzada ... 101
Figura 24. Aspecto del proceso de oxidación ... 101
Figura 25. Resultados después de la filtración del proceso de oxidación avanzada con carbón activado ... 102
Figura 26. Zeolita utilizada en el proceso de oxidación avanzada ... 102
Figura 27. Proceso de oxidación avanzada con zeolita ... 103
Figura 28. Medición de potencial de hidrógeno pH ... 103
Figura 29. Medición de turbidez ... 104
Figura 30. Medición de color ... 104
Figura 31. Preparación de muestras en placas petrilm 3M ... 105
Figura 32. Incubación de muestras ... 105
Figura 33. Medición de parámetros ... 106
Figura 34. medición de los gramos de los minerales carbón activado y zeolita ... 106
Figura 35. Resultado final de los 6 tratamientos para coliformes ... 107
Figura 36. Conteo final después de aplicación de los tratamientos de oxidación avanzada. ... 107
Índice de gráficos estadísticos
Gráfico 1. Prueba de normalidad Shapiro-Wilks para pH ... 91
Gráfico 2. Prueba de normalidad Shapiro- Wilks para turbidez (NTU) ... 91
Gráfico 3. Prueba de normalidad Shapiro-Wilks para color (Pt Co) ... 92
Gráfico 4. Prueba de normalidad Shapiro-Wilks para Nitratos ... 92
Resumen
El presente estudio tuvo como objetivo evaluar la eficiencia de la oxidación avanzada para eliminación de coliformes fecales en la remediación del río puente Lucia del cantón Guayaquil, para ello se definieron 6 puntos de muestreo en los tramo inicial, medio y final, utilizando seis tratamientos y 4 repeticiones por cada tratamiento, qué consistieron en: Tratamiento 1 y 2 con dosificación de peróxido de hidrogeno al 10% y 40 gramos de carbón activado y zeolita , Tratamiento 3 y 4 con dosificación de peróxido al 20% y 80 gramos de carbón activado y zeolita y los Tratamientos 5 y 6 con dosificación de peróxido al 30% y mezclado los minerales de carbón activado y zeolita uno con 40 gramos y el otro 80 gramos; los resultados obtenidos muestran que el peróxido de hidrogeno combinado con minerales como carbón activado y zeolita logran remoción del 100% de coliformes fecales y reducción de parámetros físicos y químicos del agua superficial del rio puente Lucia; se realizó análisis estadístico descriptivo para comparar los resultados obtenidos de la caracterización física, química y microbiológica, antes y después de cada tratamiento aplicado. Concluyendo que la aplicación del proceso de oxidación avanzada es una alternativa viable para el tratamiento de aguas contaminadas.
Abstract
The present work aims to evaluate the advanced oxidation efficiency for fecal coliforms removal in the Bridge Lucia river remediation in Guayaquil city. Six sampling points were defined in the initial, middle and final stretch by using six different treatments, repeating every treatment four times: treatments 1 and 2 consists of hydrogen peroxide dosage to 10% and 40 grams of activated carbon and zeolite; treatments 3 and 4 consist of peroxide dosage to 20% and 80 grams of carbon activated and zeolite; treatments 5 and 6 consist of peroxide dosage to 30% and mixed with 40 grams of activated carbon and 80 grams of zeolite. The results obtained show that the hydrogen peroxide combined with minerals such as activated carbon and zeolite remove 100% of fecal coliforms and reach the reduction of Bridge Lucia river superficial water physical and chemical parameters. A descriptive statistic analyze was made in order to compare the results of the physical, chemical and microbiologic characterization, before and after every treatment applied. In conclusion, the application of the advanced oxidation process is a viable alternative for the treatment polluted waters.
1. Introducción
A nivel mundial, los problemas de contaminación hídrica se presentan por descargas de aguas residuales siendo sólo el 80% de estas aguas en países en desarrollo, descargadas sin ningún tipo de tratamiento, contaminando ríos, lagos y zonas costeras (UNESCO 2009).
Cerca del 70%–75% de la contaminación hídrica es producto de las acciones antropogénicas; y 90% por elementos contaminantes que son trasladado por los ríos al mar (Escobar, 2002).
El panorama de la contaminación hídrica en América Latina está dominado por descargas de origen doméstico e industrial, que representan entre el 90%– 95% de la mayoría de contaminación que llega secundariamente a las áreas costeras y apenas el 2% de todas las descargas reciben tratamiento. (Escobar, 2002).
En Ecuador, el 92% de las aguas negras generadas en viviendas e industrias son descargadas de manera directa a los cuerpos de agua sin ningún tratamiento, en algunos casos los ríos son la fuente de abastecimiento del líquido vital para la población (Palacios, 2013).
Escobar (2002) menciona que el río Guayas (Daule-Babahoyo) constituye la principal fuente de introducción de elementos contaminantes en el Golfo de Guayaquil, el cual introduce una cantidad equivalente al 75% de todas las descargas domésticas e industriales que se realizan en el litoral.
La contaminación hídrica en el sector Puente Lucía se debe principalmente a las descargas industriales y domésticas sin tratamiento, falta de recolección de residuos sólidos y la aplicación indiscriminada de fertilizantes y plaguicidas, siendo esto una de las principales causas de aportación de materiales contaminantes (Ramírez, 2016).
Los desechos biológicos y la materia orgánica, también generan un foco de contaminación cuando son vertidos por alcantarillas, estos contaminantes viajan hasta las aguas superficiales provocando la proliferación de diferentes microrganismos patógenos tales como coliformes fecales y coliformes totales (Vargas, 2015).
La oxidación avanzada actúa como fuerte oxidante, capaz de degradar una gran cantidad de contaminantes orgánicos contenidos en cuerpos de agua (Rubio, Chica & Peñuela, 2013).
Este trabajo de investigación pretende evaluar la eficiencia de la técnica de oxidación avanzada con peróxido de hidrógeno y minerales como carbón activado y zeolita para la eliminación de coliformes fecales en la remediación del río puente Lucía del cantón guayaquil.
1.1 Antecedentes del problema
FAO, (2017) expone que a nivel global los ambientes hídricos son sujetos a procesos incesantes de contaminación por aguas servidas debido al acrecentamiento de la población y la demanda de los recursos marinos para usos turísticos.
Los coliformes fecales presentes en el agua constituyen un problema mundial que demanda un control urgente mediante la ejecución de medidas de protección ambiental a fin de evitar el incremento de las enfermedades relacionadas con la calidad del agua. A pesar de que en los últimos años se ha trabajado bastante en el mejoramiento del servicio de alcantarillado, el problema de contaminación del agua por bacterias es latente (Palacios, 2013).
El problema de la contaminación de las fuentes naturales de agua, tanto superficiales como subterráneas, ha cobrado importancia en los últimos años,
siendo los organismos enteropatógenos uno de los principales contaminantes fecales. Existen muchos parámetros indicadores de calidad de agua, siendo uno de los más importantes el grupo coliformes; dentro de este grupo, existe un subgrupo que son los coliformes fecales, donde su bacteria principal es la Escherichia coli, la presencia de estas bacterias en el agua nos indica contaminación fecal, siendo su fuente principal las descargas de aguas residuales domésticas e industriales y la presencia de basura (Larrea, 2013).
Estudios sobre la calidad microbiológica del agua de diferentes fuentes hídricas han utilizado una serie de microorganismos patógenos e indicadores de contaminación fecal, entre estos se encuentran los coliformes totales, coliformes fecales, Escherichia coli y Enterococcus faecalis (Larrea,2013).
Kacar (2011) realizó un estudio en diferentes ríos de Turquía sobre las variaciones en los niveles de contaminación fecal dada por coliformes y estreptococos, los resultados encontrados demostraron que la contaminación microbiana de los ríos obedece principalmente al vertido directo de las aguas residuales.
Los ríos del Ecuador presentan una gran contaminación de sus aguas y se considera que más del 70% de las cuencas hidrográficas por debajo de la cota de 2800 metros sobre el nivel del mar están contaminadas con microorganismos patógenos, originados por la descarga de aguas residuales, industriales que no reciben ningún tratamiento de depuración (Huayamave, 2013).
En Ecuador existen ríos con una gran concentración de los mencionados coliformes; en estudios ya realizados como en el río Chibunga determinaron que los coliformes fecales tienen una concentración 18 mil veces mayor a la norma EPA mientras los coliformes totales la superan en 7 mil veces. En las provincias
de Guayas y Los Ríos el río Daule muestra una concentración que supera los 15 mil NMP/100ml (Zambrano, 2015).
Los procesos de oxidación avanzada son procedimientos ventajosos como alternativas o complementos a técnicas convencionales. Estas tecnologías se apoyan en métodos catalíticos químicos, foto químicos o electroquímicos que implican la generación de especies transitorias de gran poder oxidante, especialmente hidroxilos (OH-) que poseen un efecto muy alto en la oxidación de
la materia orgánica (Garzón, 2010).
Las tecnologías para los tratamientos de aguas contaminadas como procesos de oxidación avanzada se han consolidado en una opción eficaz en la eliminación de elementos tóxicos, incluyendo los orgánicos, inorgánicos, metales o patógenos. En general en el tratamiento de aguas las tecnologías de oxidación avanzada se utilizan cuando los efluentes contaminados tienen una alta estabilidad química y/o una baja biodegradabilidad. Cada vez es más común la utilización de la oxidación avanzada en los tratamientos terciarios y necesariamente en las plantas depuradoras de ciertas industrias (Lombraña, 2012).
El peróxido de hidrógeno se ha utilizado durante varios años para el tratamiento de efluentes industriales y de aguas potables, esencialmente con el objetivo de remover materia orgánica (Rodríguez, 2008).
1.2 Planteamiento y formulación del problema 1.2.1 Planteamiento del problema
La contaminación de los cuerpos naturales de agua es una problemática que se presenta en la actualidad, debido a que los desechos domésticos e industriales se vierten a los ecosistemas acuáticos sin tratamiento previo lo que constituyen
una fuente constante de deterioro del medio ambiente. Los residuos de origen doméstico y la carga contaminante están representada por altos porcentajes de materia orgánica y microorganismos de origen fecal causantes de enfermedades de origen hídrico, tales comoE-coli (Saez, 2014).
En las aguas superficiales, las fuentes de contaminación por agentes patógenos pueden ser puntuales, como los desbordamientos de los sistemas municipales de alcantarillado, eliminación directa de aguas servidas domésticas a los ríos y no puntuales, como el agua de escorrentía contaminada de zonas agrícolas y de zonas con sistemas de saneamiento que transcurren por fosas sépticas y letrinas (Huayamave, 2013).
La zona de Puente Lucia es un poblado de la Provincia del Guayas que limita entre Guayaquil y Nobol donde gran parte de sus habitantes se dedican a la ganadería y agricultura, utilizando los cuerpos de agua más cercanos para realizar estas actividades aportando de esta manera una carga orgánica elevada a los cuerpos de agua (Valera, 2017).
La contaminación puntual del sector puente Santa Lucia está dada por los centros urbanos que aportan gran cantidad de materiales contaminantes, sobre todo las aguas residuales urbanas que se vierten sin ningún tipo de tratamiento (Huayamave, 2013).
En monitoreos realizados en el río Daule del sector puente lucia en los últimos cinco años se ha encontrado contaminación por el uso de fertilizantes, hidrocarburos y pesticidas por actividad industrial y agrícola, descargas antropogénicas y la operación de la represa Daule Peripa el impacto ha sido nocivo para la calidad de vida de la población y la biodiversidad de la zona (Zambrano, 2015).
1.2.2 Formulación del problema
¿Cuál es la eficiencia del proceso de oxidación avanzada como método de eliminación de coliformes fecales en la remediación de agua superficial del puente Lucía en el sector de descarga?
1.3 Justificación de la investigación
La presente investigación trata sobre la problemática de la contaminación hídrica a consecuencias del vertido de las aguas residuales, efluentes contaminantes y la presencia de bacterias del grupo coliformes fecales lo que ha provocado la contaminación del agua del río. Las bacterias del grupo de los coliformes en los cuerpos de agua se han utilizado a nivel mundial durante varias décadas como indicadores de calidad del agua.
Las aguas de ríos, específicamente del sector puente Lucía, generalmente presentan concentraciones elevadas de coliformes fecales y totales producto de las descargas directas de aguas residuales urbanas, o del vertido de aguas depuradas, y de la contaminación producida por los animales (Huayamave, 2013).
Debido a esta situación se aplicó el proceso de oxidación avanzada que tiene como fin evaluar la eficiencia de este proceso en la eliminación de la carga microbiana y tratar las aguas contaminadas del río puente Lucía, con el fin de mejorar la calidad de esta agua.
El estudio de los procesos de oxidación avanzada (POA) se ha incrementado en las últimas dos décadas debido a que es una alternativa eficiente para disminuir la cantidad de materia orgánica y se basa, principalmente, en el uso de agentes oxidantes, tales como el peróxido de hidrógeno, la generación de radicales hidroxil (OH•), entre otros, los cuales facilitan la degradación de materia
orgánica y se pueden obtener por diferentes métodos químicos y electroquímicos (Hernandez, 2011)
La realización de este trabajo permitirá específicamente comprobar el grado de contaminación de carga microbiana por coliformes fecales y totales en las aguas superficiales del río puente Lucía mediante la realización de análisis microbiológico de las muestras de aguas tomadas, comparando los resultados con las normas vigentes de calidad del agua. Este proyecto de investigación ayudará a la prevención de enfermedades ocasionadas a la población por las aguas contaminadas del río.
1.4 Delimitación de la investigación
Espacio: El proyecto de investigación se llevó a cabo en la Provincia de Guayas en el sector Puente Lucía ubicado a 63 km de Guayaquil (613081.9727271614 m, 9780851.956494216 m, 17, Sur) (Galo, 2017).
Tiempo: El desarrollo de este trabajo de investigación, tuvo una duración de aproximadamente 4 meses.
Población: Los beneficiarios fueron los 8810 habitantes aledaños al sector puente Lucía del cantón de Guayaquil (INEC, 2010).
1.5 Objetivo general
Evaluar la eficiencia de la técnica de oxidación avanzada para la eliminación de coliformes fecales en la remediación del río puente Lucía del cantón Guayaquil. 1.6 Objetivos específicos
- Analizar la presencia de coliformes fecales de las aguas superficiales del río Puente Lucía mediante conteo en placas de 3M Petrifilm.
- Determinar dosis óptima de oxidante de peróxido de hidrógeno y diferentes minerales para el proceso de oxidación avanzada y eliminación de coliformes fecales.
- Determinar el número de eficiencia antes y después de aplicar el proceso de oxidación avanzada mediante el conteo en placas 3M Petrilfim.
1.7 Hipótesis
La técnica de oxidación avanzada por medio de la reacción de peróxido de hidrógeno y diferentes minerales como catalizadores es adecuada para la eliminación de coliformes fecales en la remediación del rio puente Lucía del cantón Guayaquil.
2. Marco teórico 2.1 Estado del arte
Un estudio realizado por Revelo et al. (2015), demostró que, mediante la aplicación del mineral Zeolita en el tratamiento de aguas residuales, permitió una remoción de materia orgánica de 52% y remoción de turbidez hasta 24%.
Alemán (2018) realizo ensayos en la depuración de aguas residuales de bananeras teniendo como resultado inicial del agua 700 NMP/100 de coliformes totales y fecales, aplico dos métodos de oxidación avanzada el tratamiento 1 consistía en radiación ultravioleta (UV) + peróxido de hidrógeno (H2O2) 0,5 g/l el
tratamiento 4 consistía en radiación ultravioleta (UV) + peróxido de hidrógeno (H2O2) 25g/l + óxido de Titanio (TiO2) dopado con paladio, durante dos horas lo
que dio como resultado que ambos tratamiento redujeron al 0 NMP/100 de coliformes totales y fecales.
Casierra, et al., (2016) realizo una investigación para tratar aguas residuales domesticas mediante el uso de fotocatalítico solar y peróxido de hidrógeno (UV solar/H2O2) evaluaron concentraciones de peróxido de hidrogeno en dosis de 3,
30, y 300 mgl-1 de H
2O2 lo que dio como resultado la eliminación de coliformes
totales y fecales de un 99.999%.
En la universidad Javeriana de Bogotá, se realizó un estudio para la evaluación del agua residual mediante tres procesos; tratamiento de lagunaje facultativo (TLF), pos-tratamiento fotocatalítico con oxidación avanzada (PTFTiO2 /UV) y
tratamiento químico (PTQ NaClO) dando como resultado que el tratamiento pos-tratamiento fotocatalítico con oxidación avanzada (PTFTiO2/UV) obtuvo el 100%
de inactivación para coliformes y E. coli a los 30 minutos de la aplicación del mismo (Rojas, y otros, 2010).
Una investigación realizada por Hong, et al., (2019) con tratamientos de agua residual, utilizando técnica de oxidación Fenton. Los resultados experimentales mostraron que, bajo las condiciones experimentales a condiciones óptimas para la degradación de las aguas residuales fueron pH 3.5, eliminación de DQO fue del 91%, la producción de lodo fue de 2,5 ml a partir de 100 ml de solución, la eficiencia de eliminación del color fue del 80% y la eficiencia de eliminación de coliformes fue del 99,5%
Rizvi, et al., (2013) realizo desinfección de las aguas residuales municipales con procesos de oxidación avanzada (H2O2, /luz del sol) eliminando el 99% de los
patógenos (coliformes totales, coliformes fecales y E. coli) en un periodo de tiempo de 20 min con una dosis de H2O2 de 336 mg / L.
2.2 Bases teóricas
2.2.1 Contaminación hídrica
Se entiende por contaminación del agua al resultado de introducir algún material o provocar condiciones sobre el agua que, de modo directo o indirecto, envuelvan una alteración perjudicial de su calidad en relación a sus usos posteriores o sus servicios ambientales (Ramirez, 2016).
2.2.2 Fuentes de agua en la naturaleza
Para elegir la fuente de abastecimiento se debe considerar los requerimientos de la población y se consideran dos fuentes de agua cuando se trata acerca de abastecimiento de agua, estas pueden ser aguas de origen subterránea y agua de superficie, estas fuentes para consumo proceden tanto de los ríos, lagos y de las napas subterráneas (corrientes de agua por debajo del suelo) (Reasco, 2010).
2.2.2.1 Agua superficial
El agua superficial surge sobre el área del suelo en cuerpos denominados: ríos, quebradas, arroyos, lagunas y manantiales. Estos cursos de agua superficiales conforman las travesías por las cuales se evacúan los excedentes hídricos procedentes de las precipitaciones en un territorio, cuya importancia radica en la proporción de sales que llevan disueltas. (Caranqui, 2016).
2.2.3 Calidad del agua
La calidad del agua, es un estado de esta, caracterizado por su composición físico-química y biológica. Este estado deberá permitir su empleo sin causar daño (Rojas, 2017).
2.2.4 Parámetros de control
El agua es un recurso indispensable para la vida; el sistema de tratamiento usado debe ser evaluado y controlado periódicamente, para garantizar que sea apta para el consumo humano. La disponibilidad del agua debe ser apta para la preparación de alimentos, la higiene personal, doméstica, y la agricultura; el cuál es fundamental para garantizar la salud y el bienestar de los seres humanos (Samaniego, 2016).
El agua se evaluará en cuanto a su calidad analizando sus propiedades físicas, químicas y microbiológicas. Es necesario que los ensayos que evalúan dichos parámetros de control, deban tener aceptación universal a fin de que sean posibles las comparaciones con los estándares de calidad (OMS, 2006).
2.2.5 Parámetros físicos del agua
2.2.5.1 Temperatura
La temperatura es una medida del calor o energía térmica de las partículas en una sustancia. Este factor está relacionado al Oxígeno Disuelto. El aumento de temperatura disminuye la solubilidad de gases (oxígeno) y aumenta, en general, la de las sales, a su vez aumenta la velocidad de las reacciones del metabolismo, acelerando la putrefacción. Este parámetro también interviene en el diseño de la mayoría de los procesos del tratamiento del agua (Minaya, 2016).
2.2.5.2 Sólidos disueltos
Los sólidos disueltos lo componen las sales que se hallan presentes en el agua y que no pueden ser apartados del líquido por algún medio físico, tal como: sedimentación, filtración, la presencia de estos sólidos no es detectable a simple vista, por lo que se puede tener un agua completamente cristalina con un alto contenido de sólidos disueltos (Caranqui, 2016).
2.2.5.3 Sólidos en Suspensión
Los sólidos en suspensión son el material que se encuentra en fase sólida en el agua en forma de coloides o partículas sumamente finas, y que ocasiona en el agua la propiedad de turbidez (Vives, 2003).
Son partículas como arcillas, limo, residuos fecales, entre otras que no llegan a estar disueltas las que ocasionan los sólidos en suspensión. Estas son arrastradas por el agua de dos maneras: en suspensión estable (disoluciones coloidales) o en suspensión que sólo dura mientras el movimiento del agua las arrastra (Fosalba, Goyenola, 2007).
Cuanto mayor es el contenido de sólidos en suspensión, mayor es el grado de turbidez. A diferencia de los sólidos disueltos, estos pueden separarse con mayor
o menor grado de dificultad por procesos mecánicos como son la sedimentación y la filtración (Vives, 2003).
2.2.5.4 Turbidez
La turbidez se define como la falta de transparencia en el agua debido a la presencia de sólidos disueltos en ella. La turbidez es un indicador del material suspendido que puede ser originado por los sedimentos provenientes de las cuencas hidrográficas o vertidos domésticos e industriales; se mide en Unidades Nefelométricas de Turbiedad, NTU (Fosalba, Goyenola, 2007).
El instrumento usado para medir la turbidez es el nefelómetro o turbidímetro que mide la intensidad de la luz dispersada a 90 grados cuando un rayo de luz pasa a través de una muestra de agua (Fosalba, Goyenola, 2007).
2.2.5.5 Conductividad
El agua por lo general tiene una conductividad eléctrica baja. Esta es mayor y proporcional a las cantidades y características de los electrolitos presentes en el agua (iones en disolución). Por esto se usan los valores de conductividad como índice aproximado de concentración de solutos. La conductividad eléctrica puede ser afectada por la temperatura o el material de composición del lecho (Fosalba, Goyenola, 2007).
La unidad de medición utilizada comúnmente es el Siemens/cm (S/cm), en millonésimas (10-6) unidades, es decir microSiemens/cm (µS/cm), o en milésimas (10-3) es decir miliSiemens/cm (mS/cm) (Fosalba, Goyenola, 2007).
Los instrumentos para medir la conductividad son los conductivímetros, y TDS que convierten automáticamente el valor de conductividad eléctrica en ppm, dando una lectura directa de la concentración de sólidos disueltos, facilitando así los resultados (Fosalba, Goyenola, 2007).
2.2.5.6 Color
El color en el agua puede deberse a la presencia de sustancias disueltas o de solidos suspendidos que pueden ser iones metálicos en disolución, humus, materia orgánica (Cevallos, 2015).
El color se expresa en la escala platino-cobalto (Pt-Co), y se determina por método colorimétrico (Cevallos, 2015).
- Color aparente: Es el color debido a la materia en suspensión que a su vez generan turbidez.
- Color verdadero: Es el color que permanece una vez filtrada la muestra de agua
2.2.5.7 Sabor y olor
El sabor y el olor del agua se pueden apreciar por los sentidos del olfato y el gusto, estos parámetros son de determinación subjetiva. Afecta las propiedades estéticas del agua; las aguas adoptan un sabor salado a partir de 300 ppm de CI- (Cevallos, 2015).
2.2.6 Parámetros químicos del agua 2.2.6.1 Potencial de Hidrógeno (pH)
El pH tiene una escala de medida de 0 a 14, representa la acidez o alcalinidad del cuerpo de agua, configurándose de 0 a 7 como una sustancia ácida y desde 7 a 14 como alcalina, un valor de pH 7 indica neutralidad. Las aguas naturales pueden tener pH ácido debido al SO2, CO2 disueltos. Las aguas contaminadas por
descargas de aguas residuales suelen tener un pH muy ácido (Fosalba, Goyenola, 2007).
Para medir el pH de una disolución podemos emplear dos métodos, en función de la precisión con que queramos hacer la medida:
Para realizar medidas del pH que no necesiten ser muy precisas se utilizan unas sustancias llamadas indicadores, que varían reversiblemente de color en función del pH del medio en que están disueltas. Se pueden añadir directamente a la disolución o utilizarlas en forma de tiras de papel indicador.
Para realizar medidas exactas se utiliza un pH-metro, que mide el pH por un método pontenciométrico.
2.2.6.2 Oxígeno Disuelto
Este parámetro hace referencia a la cantidad disuelta de oxígeno en el agua. Las aguas superficiales limpias suelen estar saturadas de oxígeno, lo que es fundamental para la vida. Si el nivel de oxígeno disuelto es bajo indica contaminación con materia orgánica, mala calidad del agua e incapacidad para mantener determinadas formas de vida, mientras un nivel alto de oxígeno disuelto indica agua de mejor calidad. La unidad de oxígeno disuelto se expresa en ppm, esta unidad significa partes por millón y equivale a miligramos por litro (mg/L) y se realiza por medidores de oxígeno disuelto (Fosalba, Goyenola, 2007).
2.2.6.3 Nitratos
Es un contaminante común que se encuentra en el agua y que puede provocar efectos nocivos si se consume en altos niveles. El nitrato es inodoro e incoloro. Bajas concentraciones de nitrato son normales, pero altas cantidades pueden contaminar nuestra fuente de agua potable. Fuentes comunes de nitrato son los fertilizantes, estiércol, compost y pozos sépticos. El nitrato llega fácilmente a fuentes de agua por lixiviación (Minaya, 2016).
Las unidades de medidas de nitrato son “ppm” esta unidad significa partes por millón y equivale a miligramos por litro (mg/L) y su instrumento de medición es el fotómetro (Minaya, 2016).
2.2.7 Parámetros Microbiológicos del agua 2.2.7.1 Coliformes totales
Las coliformes son una familia de bacterias que se encuentran comúnmente en las plantas, el suelo y los animales, incluyendo los humanos. Generalmente, las bacterias coliformes se encuentran en mayor abundancia en la capa superficial del agua o en los sedimentos del fondo (Ramos, 2008).
Son aquellas bacterias de morfología bacilar. Gram negativas, aerobias o anaerobias facultativas, oxidasas negativas, no esporógenas, que fermentan la lactosa con producción de ácido y de gas a 37 ºC en un tiempo máximo de cuarenta y ocho horas (Avila, 2012).
Se encuentran en grandes cantidades en el ambiente (fuentes de agua, vegetación y suelos), no están asociados necesariamente con la contaminación fecal y no plantean ni representan necesariamente un riesgo evidente para la salud. En aguas tratadas estas bacterias funcionan como una alerta de que ocurrió contaminación, sin identificar el origen, indican que hubo fallas en el tratamiento, en la distribución o en las propias fuentes (Pullès, 2014).
2.2.7.2 Coliformes fecales
Los microorganismos llamados coliformes fecales son un subgrupo de los coliformes totales que pertenecen a la familia Enterobacteriaceae. Se caracterizan por ser de forma bacilar, Gram negativos, aeróbicos y anaeróbicos facultativos, no forman esporas y fermentan el azúcar lactosa con producción de ácido y gas a 35° C dentro de 48 horas. A este grupo pertenecen bacterias del género:
Escherichia, Enterobacter, Citrobacter y Klebsiella estas últimas tienen una importante función secundaria como indicadoras de la eficacia de los procesos de tratamiento del agua para eliminar las bacterias fecales (Ramos, 2008).
2.2.8 Contaminación microbiológica del agua
Se define como la introducción de agentes biológicos al agua, los cuales conllevan a una modificación no deseable de la composición natural de este medio, estas materias deterioran la calidad del agua (Pullès, 2014).
La contaminación microbiológica es responsable de más del 90 % de las intoxicaciones y transmisión de enfermedades por el agua. Los principales microorganismos que se transmiten a través del agua engloban a las bacterias (Escherichia coli, Salmonella spp., Shigella spp., Vibrio cholerae, Yersinia enterocolitica, Campylobacter jejuni), virus (Enterovirus, rotavirus, adenovirus), protozoos (Giardia lamblia, Cryptosporidium parvum, Entamoeba histolytica) y helmintos (Ascaris lumbricoides) (Pullès, 2014).
El control de la calidad microbiológica del agua de consumo humano requiere del análisis de microorganismos patógenos, lo cual se dificulta, debido a la gran variedad de bacterias patógenas cultivables, la complejidad de los ensayos de aislamientos, la baja concentración de varias especies muy agresivas y la necesidad de laboratorios especializados; además de demandar varios días de análisis y un costo elevado (Pullès, 2014).
2.2.9 Análisis microbiológico del agua
Es el procedimiento mediante el cual se inspecciona el agua, para determinar si presenta o no patógenos y, en caso de ser positivo, su carga (cantidad) y grado de patogenicidad (Pullès, 2014).
Los métodos de análisis microbiológicos de un agua, tienen por finalidad la determinación de microorganismos, que modifiquen su calidad para un determinado uso, razón por la cual los análisis microbiológicos deben realizarse e interpretarse en función del uso posterior del agua (Huayamave, 2013).
2.2.10 Microorganismos patógenos
Son organismos que no pueden ser observados si no es con la ayuda de un microscopio y que causan enfermedades en los seres humanos y son principalmente bacterias, virus y protozoarios (Montaño, 2010).
La trasmisión de patógenos en agua potable es un problema que no solo afecta a países con bajos estándares de desarrollo, sino también a los países industrializados. El mayor riesgo para la salud pública son los microbios presentes en el agua y se asocia con el consumo de agua potable que está contaminada con excrementos humanos y de animales, aunque otras fuentes y vías de exposición también pueden ser importantes, como son las tuberías de cobre y plásticos que se utilizan en la distribución del agua en los hogares (Huayamave, 2013).
Los agentes patógenos conocidos hoy en día que pueden ser transmitidos por el agua se indican en la siguiente tabla 1.
Tabla 1. Patógenos en agua residual y enfermedades que pueden ser transmitidos por el agua.
Bacterias Virus Protozoos
Cólera Poliomielitis Amebiasis
Fiebre tifoidea Hepatitis a Y E Giardia intestinalis
Fiebre paratifoidea Entero virus Cryptosporidium
Salmonelosis Rotavirus Toxooplasma gondil
Shigalliosis Adenovirus
Campilobacter
enteritis Virus de hepatitis E
E-coli
Leptospirosis
Huayamave, 2013
2.2.10.1 Escherichia coli
Es una bacteria estrictamente intestinal, indicadora específica de contaminación fecal, se caracteriza por la producción de indol a partir de triptófano, oxidasa negativa, no hidroliza la urea y presenta actividad de las enzimas β-galactosidasa y β-glucoronidasa (Pullès, 2014).
La Escherichia coli forma la mayor parte de la flora comensal aerobia y anaerobia facultativa del tubo digestivo, y se elimina por las heces al exterior, por lo tanto, frecuentemente se encuentra en el medio ambiente, donde son capaces de sobrevivir durante cierto tiempo en el agua y los alimentos, de manera que su aislamiento constituye un indicador de contaminación fecal reciente (Navarro, 2007).
2.2.11 Tratamientos de agua
Cuando el agua presenta impurezas que impiden su consumo directo deberá ser previamente tratada. Los procesos de tratamiento deben ser definidos de acuerdo a la calidad del agua cruda y al tipo de impureza que se quiere remover (Caranqui, 2016).
2.2.11.1 Adsorción
Cuando se trata de potabilizar aguas superficiales con fuerte contaminación inicial, se recurre cada vez con mayor frecuencia a la adsorción a través de carbón activo, para la eliminación de micro contaminantes, sabores y olores (López,2016).
2.2.11.1.1 Materiales adsorbentes para el tratamiento de aguas
La adsorción es uno de las etapas aplicadas en el tratamiento terciario a través del cual átomos, iones o moléculas son atrapados o retenidos en la superficie de diferentes materiales adsorbentes; estos materiales son sólidosque pueden ser naturales o sintéticos y se caracterizan por poseer una alta porosidad con el fin de lograr una mayor atracción de partículas. La tecnología de adsorción se lleva a cabo por medio de un lecho empacado o columnas formadas por gránulos del material adsorbente como: arcillas naturales o modificadas, zeolita, arena, cenizas, turba, quitosano, entre otros. A medida que el agua a tratar fluye a través de la columna los contaminantes se fijan sobre la superficie porosa de los gránulos obteniendo así un efluente libre de contaminantes (López, 2016).
2.2.11.1.1.1 Carbón activado
El carbón activado o carbón activo es carbón poroso que atrapa compuestos, principalmente orgánicos, presentes en un gas o en un líquido. Lo hace con tal efectividad, que es el purificante más utilizado por el ser humano (López, 2016).
2.2.11.1.1.2 Zeolita activada
Las zeolitas son minerales micro porosos formados por la desvitrificación de cenizas volcánicas durante millones de años. Son aluminosilicatos hidratados de sodio, calcio, magnesio, potasio y otros minerales alcalinos y alcalinos térreos que se encuentran en forma natural en la tierra. Todas las zeolitas tienen una estructura tridimensional en forma de jaula que contiene canales con un diámetro específico (López, 2016).
Las propiedades más relevantes de las zeolitas naturales son: la porosidad, la adsorción y el intercambio iónico (López, 2016).
2.2.11.2 Desinfección
El objetivo de la desinfección es obtener agua de forma continua exenta de bacterias y gérmenes patógenos, conforme a las normas y a los ensayos oficiales basados en la Escherichia Coli, los Estreptococus fecales y los Clostridium sulfitoreductores. Un tiempo de contacto de 20 a 30 minutos como mínimo, siendo deseable que sea de 1 a 2 horas, con una dosis de cloro o de dióxido de cloro residual de 0,05 a 0,2 mg/l es suficiente en general. El tiempo de contacto y el cloro residual deben ajustarse según el contenido del agua en nitrógeno amoniacal, la naturaleza del desinfectante utilizado y la aplicación eventual de una precloración (Caranqui, 2016).
2.2.11.3 Tratamiento por oxidación y filtración
Esta técnica es la que se utiliza con mayor frecuencia, especialmente para aguas de pozo. Eventualmente puede añadirse un cierto número de tratamientos suplementarios, tales como: corrección de pH, oxidación química, decantación, siempre es necesario airear un agua de origen profundo, desprovista de oxígeno, aun cuando se utilice igualmente un oxidante químico (Aparicio, 2010).
2.2.12 Remediación
Tarea o conjunto de tareas a desarrollarse en un sitio contaminado con la finalidad de eliminar o reducir contaminantes, a fin de asegurar la protección de la salud humana y la integridad de los ecosistemas (Gomez, 2015).
2.2.13 Proceso de oxidación avanzada
Denominamos Procesos de Oxidación Avanzada (POAs) a aquellos procesos que generan radicales altamente reactivos, capaces de producir y acelerar fuertes reacciones de oxidación, y de producir reacciones de oxidación en cadena (Aparicio, 2010).
Los POAs emplean reactivos caros como el peróxido de hidrógeno o el ozono, o consumen grandes cantidades de energía (UV). Se ha demostrado que cuando se combinan con otros procesos tales como adsorción o procesos biológicos alcanzan su potencial en cuanto a eficiencia económica por el ahorro en productos químicos o energía. Encuentran su aplicación principal en el tratamiento terciario, siendo el objetivo de estos procesos eliminar compuestos difícilmente biodegradables e incluso disminuir la contaminación microbiológica (Aparicio, 2010).
Los POAs se basan en procesos fisicoquímicos capaces de producir cambios profundos en la estructura química de los contaminantes debido a que involucran la generación y uso de especies transitorias con un elevado poder oxidante como el radical hidroxilo (HO•). Se pueden clasificar como procesos no fotoquímicos y procesos fotoquímicos en función de la participación de la luz en el proceso. (Forero, 2005).
2.2.13.1 Procesos no fotoquímicos
Los procesos de oxidación avanzada no fotoquímicos originan especies muy reactivas, principalmente el radical hidroxilo; a través de la transformación de especies químicas o mediante la utilización de distintas formas de energía, a excepción de la irradiación luminosa. Estos métodos generan radical hidroxilo, u otras especies muy reactivas, sin la necesidad del uso de energía lumínica (ya sea natural o artificial) (Castañeda, 2014).
2.2.13.1.1 Ozonización
El ozono es uno de los agentes más oxidantes para la eliminación de sustancias químicas además del oxígeno puro y el aire, superando al cloro; por ello, se ha usado durante mucho tiempo como oxidante y desinfectante para el
tratamiento de aguas. Como oxidante, el ozono es muy selectivo y ataca principalmente a grupos funcionales ricos en electrones. Cuando sus reacciones en solución acuosa implican la formación de radical hidroxilo (OH·), los métodos con ozono se consideran un AOP (Castañeda, 2014).
Debido a esto, los AOPs con ozono se usan en muchas ocasiones para el tratamiento de aguas, tanto residuales como potables, eliminando compuestos de cualquier carácter (orgánico o inorgánico), reduciendo así el olor, color, sabor, turbidez, además de medicamentos o sustancias tóxicas (Castañeda, 2014).
2.2.13.1.2 Proceso de fenton
Henry J. Fenton descubrió que utilizando peróxido de hidrógeno (H2O2) y sal de
hierro (Fe+2, Fe+3) como catalizador, conseguía oxidar moléculas orgánicas. La reacción Fenton, es el proceso de la descomposición de H2O2 con sales de hierro,
bajo condiciones de presión atmosférica y temperatura entre los 20°C y los 40°C (Meléndez et al. 2018).
2.2.13.2 Procesos fotoquímicos
Estos procesos están basados en la acción de la radiación solar sobre un foto-catalizador (sistema sensible a los fotones) una vez que esta foto estimulado puede catalizar una reacción química, en este caso la degradación de sustancias contaminantes (Castañeda, 2014).
2.2.13.2.1 Ultra violeta- peróxido de hidrògeno (UV/H2O2)
UV/H2O2 La combinación de la radiación ultravioleta (UV) con el peróxido de
hidrógeno (H2O2) conduce a la escisión fotolítica del peróxido en dos radicales
OH· (Castañeda, 2014).
Este proceso se ha usado en el tratamiento de aguas para la degradación de contaminantes orgánicos como fenoles. Utilizando en la mayoría de los estudios
UV-C, a la cual se atribuye la absorción de H2O2 produciendo mayor cantidad de
OH· y observando que la longitud de onda más corta era la menos efectiva para la eliminación de los contaminantes (Castañeda, 2014).
2.2.13.2.2 Fotocatálisis
La fotocatálisis emplea radiación UV que es visible como fuerza motriz de tratamiento de aguas. Este proceso causa la aceleración de una reacción fotoquímica mediante la presencia de un catalizador (sensibilizador), que da lugar a la eliminación de materia orgánica y metales pesados disueltos en el agua residual (Aparicio, 2010).
Dentro de la fotocatálisis se tienen dos tipos de técnicas: procesos heterogéneos, mediados por un semiconductor como catalizador, y los procesos homogéneos en donde el sistema es usado en una sola fase (ósea, catalizador disuelto) (Aparicio, 2010).
La fotocatálisis se aplica cuando el contaminante por sí mismo no es capaz de capturar fotones, y por lo tanto se requiere el uso de un sensibilizador (el catalizador) que absorbe la energía radiante y acelera la oxidación (Aparicio, 2010).
2.2.13.2.2.1 Fotocatálisis homogénea (foto-Fenton)
La fotocatálisis homogénea del tipo foto-Fenton hace referencia a la reacción del H2O2 con sales ferrosas, generando radicales HO• en condiciones de pH normalmente ácido a temperaturas moderadas y la descomposición foto-asistida del H2O2 con sales ferrosas. El proceso foto-Fenton ha mostrado ser una de las técnicas más eficientes que se pueden realizar bajo luz UVA-visible. (Aparicio, 2010).
2.2.13.2.2.2 Fotocatálisis heterogénea
La fotocatálisis heterogénea emplea un material sólido, el fotocatalizador, que cuando se expone a una fuente de luz adecuada puede generar especies reactivas (como los radicales HO• ) que promueven reacciones de reducción u oxidación. El dióxido de titanio (TiO2) es el semiconductor más usado en
fotocatálisis, debido a que es química y biológicamente inerte, estable a corrosión fotoquímica y química, relativamente abundante y económico (Aparicio, 2010).
El TiO2 se encuentra en tres formas cristalinas: brookita, rutilo y anatasa,
siendo las dos últimas las más efectivas en tratamientos de aguas residuales (Aparicio, 2010).
2.2.13.3 Combinación entre procesos fisicoquímicos convencionales y POAs
2.2.13.3.1 Combinaciones con la coagulación
La coagulación en combinación con los POAs, de manera secuencial o simultánea, se ha utilizado para tratar agua residual de fabricación de tintes. Por ejemplo, la aplicación simultánea de coagulación y oxidación Fenton mejora los rendimientos respecto a la aplicación de estos procesos por separado (Aparicio, 2010).
2.2.13.3.2 Combinaciones con procesos de absorción
Las técnicas de adsorción, especialmente con carbón activo, han sido empleadas para la decoloración de tintes en vertidos industriales. El carbón activo, en polvo o granular, es el adsorbente más utilizado para este propósito debido a su gran superficie específica, estructura microporosa, y gran capacidad adsorbente (Aparicio, 2010).
2.2.13.4 Ventajas de los Procesos Avanzados de Oxidación
Los procesos implicados tienen una mayor posibilidad termodinámica y una velocidad de oxidación muy incrementada por la participación de radicales, principalmente el radical hidroxilo, (HO•). Esta especie posee propiedades adecuadas para atacar virtualmente a todos los compuestos orgánicos y reaccionar 106 -1012 veces más rápido que oxidantes alternativos como el ozono O3 (López, 2016).
Generalmente se consigue la mineralización completa (destrucción) del contaminante.
No se forman subproductos de reacción, o se forman la baja concentración.
Son ideales para disminuir la concentración de compuestos formados por pre-tratamientos alternativos, como la desinfección.
Generalmente, mejoran las propiedades organolépticas del agua tratada.
En muchos casos, consumen mucho menos energía que otros métodos (por ejemplo: la incineración).
Permiten transformar contaminantes refractarios en productos tratables luego por métodos más económicos como el tratamiento biológico.
Eliminan efectos sobre la salud de desinfectantes y oxidantes residuales como el cloro.
2.3 Marco legal
La presente investigación se basa en el siguiente marco legal: 2.3.1 Constitución de la República del Ecuador
TÍTULO II: Derechos
Capitulo Segundo: Derechos del Buen Vivir Sección primera: Agua y Alimentación
Art 12.- El derecho humano al agua es fundamental e irrenunciable. El agua constituye patrimonio nacional estratégico de uso público, inalienable, imprescriptible, inembargable y esencial para la vida.
Art. 14.- Se reconoce el derecho de la población a vivir en un ambiente sano y ecológicamente equilibrado, que garantice la sostenibilidad y el buen vivir, sumak kawsay.
Se declara de interés público la preservación del ambiente, la conservación de los ecosistemas, la biodiversidad y la integridad del patrimonio genético el país, la prevención del daño ambiental y la recuperación de los espacios naturales degradados.
Sección Segunda: Ambiente Sano
Art. 15.- El Estado promoverá, en el sector público y privado, el uso de tecnologías ambientalmente limpias y de energías alternativas no contaminantes y de bajo impacto. La soberanía energética no se alcanzará en detrimento de la soberanía alimentaria, ni afectará el derecho al agua.
Sección Séptima: Salud
Art. 32.- La salud es un derecho que garantiza el Estado, cuya realización se vincula al ejercicio de otros derechos, entre ellos el derecho al agua, la alimentación, la educación, la cultura física, el trabajo, la seguridad social, los ambientes sanos y otros que sustentan el buen vivir
Capítulo séptimo: Derechos de la naturaleza
Art. 71.- La naturaleza o Pacha Mama, donde se reproduce y realiza la vida, tiene derecho a que se respete integralmente su existencia y el mantenimiento y regeneración de sus ciclos vitales, estructura, funciones y procesos evolutivos.
Toda persona, comunidad, pueblo o nacionalidad podrá exigir a la autoridad pública el cumplimiento de los derechos de la naturaleza.
Art. 72.- La naturaleza tiene derecho a la restauración. Esta restauración será independiente de la obligación que tienen el Estado y las personas naturales o jurídicas de indemnizar a los individuos y colectivos que dependan de los sistemas naturales afectados.
Art. 73.- El Estado aplicará medidas de precaución y restricción para las actividades que puedan conducir a la extinción de especies, la destrucción de ecosistemas o la alteración permanente de los ciclos naturales.
Título VII: Régimen Del Buen Vivir Capitulo Primero: Inclusión y Equidad Sección segunda: Salud
Art. 361.- El Estado ejercerá la rectoría del sistema a través de la autoridad sanitaria nacional, será responsable de formular la política nacional de salud, y normará, regulará y controlará todas las actividades relacionadas con la salud, así como el funcionamiento de las entidades del sector.
Art.404.- El patrimonio natural del Ecuador único e invaluable comprende, entre otras, las formaciones físicas, biológicas y geológicas cuyo valor desde el punto de vista ambiental, científico, cultural o paisajístico exige su protección, conservación, recuperación y promoción.
Su gestión se sujetará a los principios y garantías consagrados en la Constitución y se llevará a cabo de acuerdo al ordenamiento territorial y una zonificación ecológica, de acuerdo con la ley.
Capitulo Segundo: Biodiversidad y Recursos Naturales Sección sexta: Agua
Art. 411.- El Estado garantizará la conservación, recuperación y manejo integral de los recursos hídricos, cuencas hidrográficas y caudales ecológicos asociados al ciclo hidrológico. Se regulará toda actividad que pueda afectar la calidad y cantidad de agua, y el equilibrio de los ecosistemas, en especial en las fuentes y zonas de recarga de agua.
Art. 412.- La autoridad a cargo de la gestión del agua será responsable de su planificación, regulación y control. Esta autoridad cooperará y se coordinará con la que tenga a su cargo la gestión ambiental para garantizar el manejo del agua con un enfoque ecosistémico.
2.3.2 Código Orgánico Ambiental
Título I, Objeto, Ámbito y fines, Art 1. - Este Código tiene por objeto garantizar el derecho de las personas a vivir en un ambiente sano y ecológicamente equilibrado, así como proteger los derechos de la naturaleza para la realización del buen vivir o sumak kawsay.
Las disposiciones de este Código regularán los derechos, deberes y garantías ambientales contenidos en la Constitución, así como los instrumentos que fortalecen su ejercicio, los que deberán asegurar la sostenibilidad, conservación, protección y restauración del ambiente, sin perjuicio de lo que establezcan otras leyes sobre la materia que garanticen los mismos fines. Título II, De los derechos, deberes y principios ambientales, Art 5, Literal 4.- La conservación, preservación y recuperación de los recursos hídricos, cuencas hidrográficas y caudales ecológicos asociados al ciclo hidrológico.
Literal 6.- La prevención, control y reparación integral de los daños ambientales.
Art. 6.- Derechos de la naturaleza. - Son derechos de la naturaleza los reconocidos en la constitución, los cuales abarcan el respeto integral de su existencia y el mantenimiento y regeneración de sus ciclos vitales, estructura, funciones y procesos evolutivos, así como la restauración.
Art.7.- Deberes comunes del estado y las personas, Literal 1. – respetar los derechos de la naturaleza y utilizar los recursos naturales, los bienes tangibles e intangibles asociados a ellos, de modo racional y sostenible.
Literal 4.- prevenir, evitar y reparar de forma integral los daños y pasivos ambientales y sociales.
Literal 5.- informar, comunicar o denunciar ante la autoridad competente cualquier actividad contaminante que produzca o pueda producir impactos o daños ambientales.
Art 9.- Principios ambientales, Literal 4.- quien realice o promueva una actividad que contamine o que lo haga en el futuro, deberá incorporar a sus costos de producción todas las medidas necesarias para prevenirla, evitarla o reducirla. Asimismo, quien contamine estará obligado a la reparación integral y
la indemnización a los perjudicados, adoptando medidas de compensación a las poblaciones afectadas y al pago de las sanciones que correspondan.
Capítulo V, Calidad de los componentes abióticos y estado de los componentes bióticos, Art. 190.- las actividades que causen riesgos o impactos ambientales en el territorio nacional deberán velar por la protección y conservación de los ecosistemas y sus componentes bióticos y abióticos, de tal manera que estos impactos no afecten a las dinámicas de las poblaciones y la regeneración de sus ciclos vitales, estructura, funciones y procesos evolutivos, o que impida su restauración.
2.3.3 Ley Orgánica de recursos hídricos, usos Título I: Disposiciones Preliminares
Capítulo I: De los Principios
Art. 1.- Naturaleza jurídica. Los recursos hídricos son parte del patrimonio natural del Estado y serán de su competencia exclusiva, la misma que se ejercerá concurrentemente entre el Gobierno Central y los Gobiernos Autónomos Descentralizados, de conformidad con la Ley. El agua es patrimonio nacional estratégico de uso público, dominio inalienable, imprescriptible, inembargable y esencial para la vida, elemento vital de la naturaleza y fundamental para garantizar la soberanía alimentaria.
Art. 2.- Ámbito de aplicación. La presente Ley Orgánica regirá en todo el territorio nacional, quedando sujetos a sus normas las personas, nacionales o extranjeras que se encuentren en él.
Art. 3.- Objeto de la Ley. El objeto de la presente Ley es garantizar el derecho humano al agua, así como regular y controlar la autorización, gestión, preservación, conservación, restauración, de los recursos hídricos, uso y aprovechamiento del agua, la gestión integral y su recuperación, en sus distintas fases, formas y estados físicos, a fin de garantizar el sumak kawsay o buen vivir y los derechos de la naturaleza establecidos en la Constitución. Art.12.- Protección, recuperación y conservación de fuentes. – el estado, los sistemas comunitarios, juntas de agua potable y juntas de riego, los consumidores y usuarios, son corresponsables en la protección, recuperación y conservación de las fuentes de agua y del manejo de páramos, así como la participación en el uso y administración de las fuentes de agua que se hallen en sus tierras, sin perjuicio de las competencias generales de la Autoridad Única del Agua de acuerdo con lo previsto en la Constitución y en esta Ley. Título II: Recursos Hídricos
Capítulo II: Institucionalidad y Gestión de los Recursos Hídricos
Sección primera: Sistema Nacional Estratégico y Autoridad Única del Agua Art 21.- Agencia de Regulación y Control del Agua
La Agencia de Regulación y Control del Agua, ejercerá la regulación y control de la gestión integral e integrada de los recursos hídricos, de la cantidad y calidad de agua en sus fuentes y zonas de recarga, calidad de los servicios públicos relacionados al sector agua y en todos los usos, aprovechamientos y destinos del agua.
Sección Segunda: Planificación Hídrica
Art. 35.- Principios de la gestión de los recursos hídricos. La gestión de los recursos hídricos en todo el territorio nacional se realizará de conformidad con los siguientes principios:
