UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y MANEJO DE
RIESGOS NATURALES
PROPUESTA DE DISEÑO DE UN SISTEMA DE BIOFILTRO
PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
PRODUCIDAS EN LA CENTRAL TERMOELÉCTRICA SACHA DE
LA UNIDAD DE NEGOCIO TERMOPICHINCHA – CELEC EP
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO AMBIENTAL Y MANEJO DE RIESGOS NATURALES
JIMMY ALEDMER VICENTE REYES
DIRECTOR: ING. SERGIO HOMERO MEDINA ROMO
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2014 Reservados todos los derechos de reproducción
DECLARACIÓN
Yo JIMMY VICENTE, 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.
_________________________ Jimmy Vicente
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Propuesta de diseño de
un sistema de Biofiltro para el tratamiento de aguas residuales producidas en la Central Termoeléctrica Sacha de la Unidad de Negocio Termopichincha – CELEC EP”, que, para aspirar al título de Ingeniero Ambiental y Manejo de Riesgos Naturales fue desarrollado por Jimmy Aledmer Vicente Reyes, 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. Sergio Homero Medina Romo
DIRECTOR DEL TRABAJO C.I. 1705652509
DEDICATORIA
El presente trabajo de investigación es dedicado:
A Dios, todopoderoso y misericordioso, guía de mi camino, protector y consuelo en los momentos más difíciles y esperanza de la humanidad.
A María, madre ejemplar, amorosa e incondicional apoyo en mi vida.
A Edgar y Lisbeth, hermano y hermana, sepan que el éxito se alcanza con dedicación, esfuerzo y sacrificio.
A Cever, Braulio y Gorelto, que más que tíos,son mis padres,brindándome cariño y soporte cuando más lo he necesitado.
A Maite, Dariel y Milán, sobrina y sobrinos que me brindan alegrías cuando estoy cuidando de ustedes.
A la familia Vicente Castillo y Chinchay Reyes, amigos íntimos de mi familia que me han brindado apoyo y colaboración incondicional.
A mi familia y amigos en general, tanto residentes en el país como en el exterior que me incentivaron y apoyaron en momentos que fueron necesarios.
A mi bisabuela Mariana, bisabuelo Melcho, Luis Guarnizo y Gaby Balseca, personas que en su momento supieron extenderme la mano de manera desinteresada y que lastimosamente ya no están entre nosotros pero me cuidan desde el cielo.
AGRADECIMIENTOS
Mi sincero agradecimiento y gratitud infinita:
A The Condor Trust for Education, Chris, Stephen, Ma. Del Rosario, Fernando P. y voluntarios que me brindaron apoyo irrestricto e incondicional en mis estudios siendo un eje primordial en mi formación académica.
A todos mis profesores de educación básica, bachillerato y superior que con su conocimiento, sabiduría y ejemplo hicieron de mí una persona con la capacidad necesaria para asumir retos y responsabilidades.
A Lorena P., Andrés M., Sandra B., Fernando G., y Liliana M. del Departamento de Gestión Social y Ambiental de Termopichincha y su Central emplazada en la ciudad de Sacha que me abrieron las puertas de la empresa y todas las facilidades necesarias para realizar este trabajo de investigación y Héctor J., de Transelectric por su gentil y valiosa colaboración.
A los profesores de la escuela de Ingeniería Ambiental de la UTE que con bondad y generosidad me brindaron su conocimiento, de manera especiala Anita A., por su apoyo incondicional y aSergio M., por su orientación en la dirección de mi trabajo de titulación.
A todos los amigos, profesionales y demás personas que de una u otra manera formaron parte del desarrollo de este trabajo de titulación.
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA RESUMEN xiii ABSTRACT xiv 1. INTRODUCCIÓN 1 1.1. PROBLEMA 2 1.2. JUSTIFICACIÓN 2 1.3. OBJETIVO GENERAL 3 1.4. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 3 2. MARCO TEÓRICO 42.1. ADMINISTRACIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA 4
2.1.1. INTRODUCCIÓN 4
2.1.2. CONTAMINANTES DEL AGUA 4
2.1.2.1. Fuentes puntuales 5 2.1.2.2. Fuentes no puntuales 5 2.1.2.3. Demanda de oxigeno 5 2.1.2.4. Nutrientes 6 2.1.2.5. Microorganismos patógenos 6 2.1.2.6. Sólidos suspendidos 6 2.1.2.7. Sales minerales 7 2.1.2.8. Compuestos tóxicos 7 2.1.2.9. Calor 7
2.2. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES 8
ii
2.2.2. AGUAS RESIDUALES 8
2.2.3. CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS 10
2.2.3.1. Características físicas 10
2.2.3.2. Características químicas 10
2.2.4. CARACTERÍSTICAS DEL AGUA RESIDUAL INDUSTRIAL 10 2.2.5. SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES 10 2.2.5.1. Sistemas tratamiento de aguas residuales 11
2.2.5.2. Pre Tratamiento 13 2.2.5.3. Tratamiento primario 13 2.2.5.4. Tratamiento secundario 13 2.2.5.5. Tratamiento avanzado 14 2.3. BIOFILTROS 14 2.3.1. INTRODUCCIÓN 14
2.3.2. TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE AGUAS RESIDUALES 15
2.3.2.1. Detalle 15
2.3.2.2. Tecnología 15
2.3.2.3. Utilidad 16
2.3.3. LOMBRIFILTRO O TÉCNICA TOHÁ 16
2.3.3.1. Antecedentes 16 2.3.3.2. Detalle 17 2.3.3.3. Etapas de tratamiento 18 2.3.3.4. Funcionamiento 19 2.3.3.5. Tecnología 20 2.3.3.6. Eficiencia 20 2.3.3.7. Ventajas y desventajas 22 2.3.3.7.1. Ventajas 22 2.3.3.7.2. Desventajas 22 2.3.4. LOMBRICULTURA 23 2.3.4.1. Introducción 23
iii
2.3.4.2.1. Clasificación taxonómica 24
2.3.4.2.2. Características 25
2.4. CENTRAL TERMOELÉCTRICA SACHA 25
2.4.1. DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA 25
2.4.1.1. Central Termoeléctrica Sacha 25
2.4.1.2. Ubicación 26
2.4.1.3. Actividades 27
2.4.1.4. Compromiso social y ambiental 28
2.4.1.5. Abastecimiento de aguas blancas 28
2.4.1.6. Características de las aguas residuales 29
2.4.1.7. Generación de agua residual 29
2.4.1.8. Drenaje y disposición de aguas negras y grises 29
2.5. MARCO LEGAL 30
2.5.1. INTRODUCCIÓN 30
2.5.2. NORMATIVA LEGAL VIGENTE APLICABLE AL SECTOR
TERMOELÉCTRICO 31
2.5.2.1. Constitución política de la república del ecuador 31 2.5.2.2. Ley de prevención y control de la contaminación ambiental 32
2.5.2.3. Ley de gestión ambiental 32
2.5.2.4. Ley del régimen del sector eléctrico 32 2.5.2.5. Texto unificado de legislación ambiental secundaria del
ministerio del ambiente 33
2.5.2.6. Norma para la prevención y control de la contaminación
ambiental del recurso agua en centrales termoeléctricas 33
3. METODOLOGÍA Y EXPERIMENTACIÓN 35 3.1. INVESTIGACIÓN 35 3.1.1. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN 35 3.1.2. PROCEDIMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN 35 3.2. POBLACIÓN 36 3.2.1. CARACTERÍSTICAS DE LA MUESTRA 36
iv 3.2.2. TIPO DE INVESTIGACIÓN 36 3.2.3. RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN 37 3.2.4. ANÁLISIS DE RESULTADOS 37 3.2.5. PRESENTACIÓN DE INFORMACIÓN 37 3.3. PARTE EXPERIMENTAL 37
3.3.1. CENTRAL TERMOELÉCTRICA SACHA 37
3.3.1.1. Descripción de la empresa 37
3.3.1.2. Línea base 38
3.4. LOMBRIZ ROJA CALIFORNIANA (EISENIA FOETIDA) 40
3.4.1. ADQUISICIÓN 40
3.4.2. ADAPTACIÓN Y ACLIMATACIÓN 40
3.4.2.1. Adaptación a sustrato orgánico 40
3.4.2.2. Adaptación a aguas residuales 41
3.4.3. INDUMENTARIA DE PROTECCIÓN PERSONAL 43
3.5. DISEÑO DEL SISTEMA DE BIOFILTRO EXPERIMENTAL PARA EL
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES 44
3.5.1. DISEÑO DEL TANQUE DE HOMOGENIZADOR EXPERIMENTAL 44
3.5.2. DISEÑO DEL SEDIMENTADOR EXPERIMENTAL 45
3.5.3. DISEÑO DEL BIOFILTRO EXPERIMENTAL 46
3.6. TÉCNICA DEL BIOFILTRO 46
3.6.1. PROCEDIMIENTO DE TRATAMIENTO DEL BIOFILTRO 47 3.7. TRATAMIENTO DE AGUAS GRISES Y NEGRAS DE LA CENTRAL
TERMOELÉCTRICA SACHA 47
3.7.1. MATERIALES Y EQUIPOS 47
3.7.2. DESCRIPCIÓN DEL TRATAMIENTO 48
3.7.3. VARIABLES DE DISEÑO DE LA PLANTA PILOTO 49
3.7.4. PROCESO DE TRATAMIENTO EN LA PLANTA PILOTO 50
3.7.4.1. Biofiltro Experimental 1 50
3.7.4.1.1. Materiales, equipos y componentes 50
3.7.4.1.2. Proceso 51
v
3.7.4.2.1. Materiales, equipos y componentes 52
3.7.4.2.2. Proceso 53
4. ANÁLISIS DE RESULTADOS 55
4.1. BIOFILTRO EXPERIMENTAL 1 56
4.1.1. ANÁLISIS DE TEMPERATURA 58
4.1.2. ANÁLISIS DE POTENCIAL HIDRÓGENO 58
4.1.3. ANÁLISIS DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES 59
4.1.4. ANÁLISIS DE SÓLIDOS TOTALES 60
4.1.5. ANÁLISIS DE COLIFORMES FECALES 60
4.1.6. ANÁLISIS DE ACEITES Y GRASAS 61
4.1.7. ANÁLISIS DE DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO 62
4.1.8. ANÁLISIS DE DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO 62
4.1.9. ANÁLISIS DE HIERRO 63
4.2. BIOFILTRO EXPERIMENTAL 2 64
4.2.1. ANÁLISIS DE TEMPERATURA 66
4.2.2. ANÁLISIS DE POTENCIAL HIDRÓGENO 66
4.2.3. ANÁLISIS DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES 67
4.2.4. ANÁLISIS DE SÓLIDOS TOTALES 68
4.2.5. ANÁLISIS DE CLORO TOTAL RESIDUAL 68
4.2.6. ANÁLISIS DE COLIFORMES FECALES 69
4.2.7. ANÁLISIS DE ACEITES Y GRASAS 70
4.2.8. ANÁLISIS DE DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO 70
4.2.9. ANÁLISIS DE DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO 71
4.2.10. ANÁLISIS DE HIERRO 72
4.3. ANÁLISIS DE RESULTADOS DE TODOS LOS PARÁMETROS
MONITOREADOS EN EL PROCESO DE TRATAMIENTO EXPERIMENTAL 72 4.4. DISEÑO DEL SISTEMA DE BIOFILTRO PARA TRATAR LAS AGUAS
RESIDUALES DE USO SOCIAL DE LA CENTRAL TERMOELÉCTRICA SACHA 75
4.4.1. DATOS PARA EL DISEÑO DEL BIOFILTRO 75
vi
4.4.2.1. Caudal medio de diseño 77
4.4.2.2. Canal de entrada 77
4.4.2.3. Diseño de rejas 78
4.4.2.4. Cálculo de velocidad a través de rejas 79 4.4.2.5. Cálculo de altura del tirante de agua 79
4.4.2.6. Altura del canal 80
4.4.2.7. Cálculo de la longitud de barrotes 80
4.4.2.8. Cálculos de la suma de la separación de barrotes 80
4.4.2.9. Cálculo del número de barrotes 81
4.4.3. FILTRO BIOLÓGICO 81
4.4.3.1. Tasa de tratamiento del Biofiltro 83
4.4.3.2. Dimensiones del módulo 83
4.4.3.3. Cálculo de puntos de distribución 83
4.5. DISEÑO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
PARA LA CENTRAL TERMOELÉCTRICA SACHA 84
4.5.1. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO 84
4.5.2. COMPONENTES DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO 86
4.5.2.1. Retención de sólidos 86
4.5.2.2. Homogenización 86
4.5.2.3. Biofiltración 87
4.5.2.3.1. Red de riego 89
4.5.2.4. Desinfección 89
4.5.3. COSTOS DE INVERSIÓN, MANTENIMIENTO Y COSTO POR
METRO CÚBICO AGUA TRATADA DEL SISTEMA DE BIOFILTRO 90 4.5.3.1. Costo estimado de inversión del Biofiltro 90 4.5.3.2. Costo estimado de mantenimiento del Biofiltro 91 4.5.3.3. Costo estimado por metro cúbico de agua tratada en el Biofiltro 92
4.5.3.3.1. Mano de obra 92
4.5.3.3.2. Depreciación de equipos 93
4.5.3.3.3. Mantenimiento 93
vii
4.5.3.3.5. Costo total mensual 94
4.5.3.3.6. Costo de volumen agua tratada al mes 95
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 96 5.1. CONCLUSIONES 96 5.2. RECOMENDACIONES 99 NOMENCLATURA / GLOSARIO 100 BIBLIOGRAFÍA 101 ANEXOS 109
viii
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA Tabla 1.Sistemas y/o tecnologías de tratamiento de aguas residuales 12
Tabla 2.Eficiencias mínimas del sistema de Biofiltro 21
Tabla 3. Coordenadas de la Central Termoeléctrica Sacha 27
Tabla 4. Límites máximos permisibles de descarga un cuerpo de agua dulce
desde Centrales Termoeléctricas 34
Tabla 5.Materiales y equipos utilizados en la adaptación al sustrato orgánico 40 Tabla 6.Distribución de sustrato orgánico y agua cada tres días 41
Tabla 7.Materiales y equipos utilizados en la adaptación a aguas residuales 42 Tabla 8.Distribución diaria de aguas residuales 43
Tabla 9.Materiales de protección personal 43
Tabla 10.Materiales y equipos utilizados en el proceso de experimentación 48
Tabla 11.Detalle de empaques de los Biofiltros experimentales 49
Tabla 12.Materiales y equipos utilizados en el Biofiltro experimental 1 50
Tabla 13.Componentes utilizados en el Biofiltro Experimental 1 51
Tabla 14.Componentes utilizados en el Biofiltro Experimental 2 52
Tabla 15.Materiales y equipos utilizados en el Biofiltro experimental 2 53
Tabla 16.Caracterización del afluente 55
Tabla 17. Caracterización media del efluente del Biofiltro Experimental 1 57
Tabla 18. Caracterización media del efluente del Biofiltro Experimental 2 65
Tabla 19. Datos para el diseño del Biofiltro 75
Tabla 20. Datos de proyección del Biofiltro 76
Tabla 21. Presupuesto estimativo de construcción de Biofiltro 90
Tabla 22. Presupuesto estimativo de mantenimiento anual de Biofiltro 91
Tabla 23. Prestaciones mensuales del trabajador en el Ecuador 92
ix
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA Figura 1.Etapas de tratamiento de aguas residuales 11
Figura 2. Filtro biológico 16
Figura 3.Dr. José Tohá Castellá 17
Figura 4.Modelo de Biofiltro o Lombrifiltro de la Técnica Tohá 18
Figura 5.Esquema del Sistema de Tratamiento con Biofiltro 19
Figura 6. Lombricompostadora casera 23
Figura 7.Lombriz roja californiana (Eisenia foetida) 24
Figura 8. Ubicación de la Central Termoeléctrica Sacha, Orellana 26
Figura 9.Vista panorámica de la Central Termoeléctrica Sacha 27
Figura 10.Pozos sépticos de la Central Termoeléctrica Sacha 30
Figura 11.Lombrices en adaptación a sustrato orgánico 41
Figura 12.Lombrices en aclimatación a aguas residuales 42
Figura 13. Esquema de la planta piloto para el tratamiento del agua
residual de una Central Termoeléctrica 44
Figura 14.Tanque homogenizador de la planta piloto de tratamiento 45
Figura 15.Sedimentador de la planta piloto de tratamiento 45
Figura 16.Biofiltro de la planta piloto de tratamiento 46
Figura 17.Tratamiento del agua residual en el Biofiltro experimental 1 52
Figura 18. Tratamiento del agua residual en el Biofiltro experimental 2 54
Figura 19. Temperatura del afluente y efluente de la planta piloto
del Biofiltro 1 58
Figura 20. pH del afluente y efluente de la planta piloto del Biofiltro 1 59
Figura 21. SST del afluente y efluente de la planta piloto del Biofiltro 1 59
Figura 22. ST del afluente y efluente de la planta piloto del Biofiltro 1 60
Figura 23. Colonias del afluente y efluente de la planta piloto del Biofiltro 1 61
x
Figura 25. DQO del afluente y efluente de la planta piloto del Biofiltro 1 62
Figura 26. DBO del afluente y efluente de la planta piloto del Biofiltro 1 63
Figura 27. Hierro del afluente y efluente de la planta piloto del Biofiltro 1 63
Figura 28. Temperatura del afluente y efluente de la planta piloto
del Biofiltro 2 66
Figura 29. pH del afluente y efluente de la planta piloto del Biofiltro 2 67
Figura 30. SST del afluente y efluente de la planta piloto del Biofiltro 2 67
Figura 31. ST del afluente y efluente de la planta piloto del Biofiltro 2 68
Figura 32. Cloro del afluente y efluente de la planta piloto del Biofiltro 2 69
Figura 33. Colonias del afluente y efluente de la planta piloto del Biofiltro 2 69
Figura 34. A&G del afluente y efluente de la planta piloto del Biofiltro 2 70
Figura 35. DQO del afluente y efluente de la planta piloto del Biofiltro 2 71
Figura 36. DBO del afluente y efluente de la planta piloto del Biofiltro 2 71
Figura 37. Hierro del afluente y efluente de la planta piloto del Biofiltro 2 72
Figura 38. Concentrado de parámetros del afluente y efluentes de la
planta piloto de tratamiento 74
Figura 39. Diagrama de flujo del tratamiento de aguas residuales para la
xi
ÍNDICE DE ECUACIONES
PÁGINA
Ecuación 1. Caudal medio 77
Ecuación 2. Caudal 77
Ecuación 3. Área 78
Ecuación 4. Sustitución de Ecuación 3 78
Ecuación 5. Altura inicial del canal 78
Ecuación 6. Altura de tirante de agua 79
Ecuación 7. Altura de canal final 80
Ecuación 8. Inclinación de barrotes 80
Ecuación 9. Longitud de barrotes 80
Ecuación 10. Separación de barrotes 80
Ecuación 11. Número de barrotes 81
Ecuación 12. Factor de flujo Harmon 81
Ecuación 13. Caudal de diseño máximo 82
Ecuación 14. Caudal de diseño medio 82
Ecuación 15. Área total del Biofiltro 83
Ecuación 16. Puntos de distribución 83
Ecuación 17. Depreciación anual del Biofiltro 93
Ecuación 18. Depreciación mensual del Biofiltro 93
Ecuación 19. Costo de mantenimiento mensual del Biofiltro 93
Ecuación 20. Costo operativo mensual del Biofiltro 94
Ecuación 21. Costo total mensual de tratamiento en el Biofiltro 94
Ecuación 22. Volumen de producción mensual de agua residual 95
xii
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
ANEXO 1. 109
Fotografías de la etapa de adaptación de lombrices al sustrato orgánico
ANEXO 2. 110
Fotografías del proceso adaptativo de las lombrices a las aguas residuales
ANEXO 3. 111
Fotografías de tratamiento de aguas servidas en Biofiltro con empaque de fibra de coco
ANEXO 4. 112
Fotografías de tratamiento de aguas servidas en Biofiltro con empaque de aserrín y viruta
ANEXO 5. 113
Reporte GRUNTEC 1406262-AG001 de análisis de fosa séptica de oficina
ANEXO 6. 114
Reporte GRUNTEC 1406264-AG002 de análisis de fosa séptica de oficina P2
ANEXO 7. 115
Reporte GRUNTEC 1406264-AG003 de análisis de fosa séptica de oficina M2
ANEXO 8. 116
Reporte GRUNTEC 1406290-AG001 de análisis de fosa séptica de oficina M2
ANEXO 9. 117
Lay Out del sistema de tratamiento de aguas residuales para la Central Termoeléctrica Sacha
ANEXO 10. 118
xiii
RESUMEN
La Central Termoeléctrica Sachase encuentra ubicada en la provincia de Orellana y se encarga de la generación de energía eléctrica en base a la combustión de Fuel Oil. El agua es uno de los recursos muy utilizadosen esta planta, disponiblepara dos procesos:agua pre tratada para uso industrial, como es el mantenimiento de maquinaria y enfriamiento de motores, y el agua de uso social,como es lalimpieza de baños, vajilla y duchas, la cual es previamente tratada con cloro y una vez usada se descarga en pozos sépticos, los cualesestán colapsados y deben ser desalojados periódicamente.
El presente proyectopropone una alternativa ecológica de tratamiento de aguas residualesde uso social de la Central Sachallamada Biofiltro, que se construye de material vivo (lombrices) e inerte (viruta y grava), en el que al irrigar el agua residual en este filtro biológico ha demostrado una alta eficiencia en la remoción de materia orgánica y organismos patógenos.
El trabajo de campo se llevó a cabo con Biofiltros experimentales en los que para obtener mejores condiciones se hizo variantes en la estructura del material inerte.Se realizó dos Biofiltros pilotos, uno con empaque de aserrín y otro con empaque de fibra de coco en los que se hizo el tratamiento del agua residual de uso social, se tomó muestras del efluente tratado en cada reactory fueron sometidas a pruebas de laboratorio.El análisis e interpretación de resultados arrojaron que la eficiencia en la remoción de contaminantes del Biofiltro con viruta es del 53.53 % y está fuera de la norma, y del Biofiltro con fibra de coco es del 82.37 % y está dentro de la norma aplicable al sector termoeléctrico. Los costos de implementación, mantenimiento mensual y metro cúbico de agua tratada de uso social de la Central Termoeléctrica Sacha en el Sistema de Biofiltro son de $ 9448.26 USD, $ 606.59 USD y $ 7.78 USDrespectivamente.
xiv
ABSTRACT
The Central Thermoelectric Sacha is located in the province of Orellana and is responsible for thermoelectric power generation based on combustion of fuel oil. Water is one of the resources used in this plant, available for two processes: pre-treated for industrial use, such as maintenance of machinery and engine cooling, water and social use water, such as cleaning bathrooms, dishes and showers, which is pre-treated with chlorine and discharged after use in septic tanks, which are collapsed and must be emptied periodically.
This project proposes an ecological alternative for the treatment of waste water from social use for the Central Sacha, namely Biofilter, which is built of living material (worms) and inert material (chip and gravel), which filters the wastewater, the biological filter has shown high efficiency in the removal of organic matter and pathogens.
The field work was carried out with experimental biological filters, to ascertain the best composition of inert material, different variants were used. Two experimental Biofilters, one using sawdust and the other coco fiber were used in the treatment of social wastewater; treated samples from each reactor were subjected to laboratory analysis.
The analysis and interpretation of results showed that the Biofilter using sawdust removed 53.53 % of pollutants and is outside the required norm for wastewater treatment and the Biofilter using coco fiber removed 82.37 % of contaminants and is within the norm applicable to the thermoelectric sector.
The costs of implementation, monthly maintenance and cost per cubic meter of treated water from social use of the Central Thermoelectric Sacha in the Biofilter system are $ 9,448.26 USD; $ 606.59 USD and $ 7.78 USD respectively.
1
1. INTRODUCCIÓN
Se conocen como aguas residuales a aquellas aguas que resultan después de haber sido utilizadas en hogares, centros educativos, locales comerciales, fábricas, etc. Las aguas residuales se presentan sucias y contaminadas puesto que contienen materia orgánica e inorgánica debido a la presencia de ciertos compuestos y surge la necesidad de depurar o tratar estas aguas.
Los tratamientos convencionales conducen las aguas residuales a una planta de tratamiento, sitio donde se remueven los contaminantes presentes mediante la utilización de diferentes métodos físicos, químicosy biológicos para devolver el agua a la naturaleza en las mejores condiciones posibles.
En nuestro país, especialmente en zonas rurales,se encuentran comunidades, pueblos e industrias que evacuan sus aguas residuales directamente a cuerpos de agua o las descargan en pozos sépticos sin que reciban tratamiento depurador alguno, actividad que representa un riesgo potencial para la salud humana, los animales y el ambiente.
La Central Termoeléctrica Sacha está ubicada en la provincia de Orellana, en el cantón Sacha, kilómetro 1.2 de la vía a San Carlos. Pertenece a la Unidad de Negocio Termopichincha de la CELEC EP, su actividad es la generación de energía termoeléctrica con una potencia instalada de 20.4 MW con 12 motores Hyundai de 1700 kW que utilizan combustible Fuel Oil.
El agua que se utiliza en esta central tiene dos usos; agua para uso industrial 10,5 m³/día y agua para uso social 3,0 m³/día. La planta cuenta con sistemas de recolección diferenciados para aguas de uso industrial, de escorrentía y tiene pozos sépticos para aguas servidas de uso social. Se deben realizar desalojos continuos de estos pozossépticos debido a que estos colapsan y desbordan constantemente por la rápida acumulación de residuos líquidos.
2
1.1. PROBLEMA
La CentralTermoeléctrica Sacha no cuenta con un sistema de tratamiento de aguas residuales de uso social y la disposición final de estos residuos se basa en la utilización de pozos sépticos, los cuales han tenido falencias en su funcionamiento y han ocasionado algunos problemas de contaminación ambiental y en el bienestar de las personas.
1.2. JUSTIFICACIÓN
El objetivo de este trabajo es elaborar la propuesta de diseño de un sistema de Biofiltro para el tratamiento de aguas residuales de uso social con la finalidad de mitigar los impactos del desbordamiento de aguas residuales de uso social y evitar los desalojos continuos de los pozos sépticos que operan actualmente en la Central Termoeléctrica Sacha.
La presente investigación busca plantear como alternativa de reemplazo a los pozos sépticos utilizados en esta Central al método de Biofiltros. Tecnología de tratamiento de aguas residuales no convencional que puede ser utilizado en hogares e industrias que no cuentan con sistema de alcantarillado, que, gracias a la actividad microbiológica que inmoviliza, consume, degrada la materia orgánica y elimina gran cantidad de contaminantes al esparcir el afluente contaminado en materiales orgánicos como paja, pasto, madera, viruta, etc. Los Biofiltros parecen ser una solución adecuada debido a que cumplen con los requerimientos de la Central Sacha: son sistemas que no requieren de mantenimiento sofisticado y personal altamente calificado, de fácil operación, no utilizan productos químicos, remueven la materia orgánica y contaminante, son sistemas económicos y ecológicos, representan un menor gasto energético.
3
1.3. OBJETIVO GENERAL
Elaborarel diseño de un sistema de Biofiltro para el tratamiento de aguas residuales en la Central Termoeléctrica Sacha de la Unidad de Negocio Termopichincha - CELEC EP.
1.4. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Caracterizar los parámetros físico - químicos de las aguas residuales de la Central Termoeléctrica Sacha.
Analizar los componentes de los Biofiltros como sistemas de tratamiento de aguas residuales.
Diseñar elsistema de Biofiltro para el tratamiento de aguas residuales en la Central Termoeléctrica Sacha.
Estimar la inversión del sistema de Biofiltro para el tratamiento de aguas residuales en la Central Termoeléctrica Sacha.
4
2. MARCO TEÓRICO
2.1. ADMINISTRACIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA
2.1.1. INTRODUCCIÓN
La calidad del agua depende mucho de la manera en la cual se usa el agua de ríos, lagos y mares, además, influye en las distintas actividades productivas o recreativas que realizan las personas permanentemente sobre este recurso. En principio, la administración delacalidad del agua contemplaba la protección de los cuerpos de agua y paralelamente cumplía la función de ser usado como medio barato para la disposición de desechos dentro de su capacidad de asimilación. Ahora, los administradores de la calidad del agua controlan la contaminación originada en actividades humanas asegurando que los recursos hídricos sean de calidad y tengan adecuado uso(Davis & Masten, 2005).
Los administradores de la calidad del agua se encargan de controlar la contaminación, verificar el uso adecuado del recurso, determinar las clases de contaminantes y su afectación a la calidad del agua. Otro objetivo principal es la reducción de contaminantes mediante el uso de sustancias que no sean perjudiciales para el ambiente, esto incluye el reciclaje de estas sustancias y el uso de sistemas apropiados dependiendo del proceso o naturaleza del agua (Davis & Masten, 2005).
2.1.2. CONTAMINANTES DEL AGUA
El agua que se ha utilizado para alguna actividad u objetivo específico,cuando esta retorna al ambiente estará contaminada debido a la presencia de elementos extraños que se depositan en las aguas y se agrupan en varias categorías(Davis & Masten, 2005).
5 Los contaminantes del agua son diversos, pueden ser orgánicos e inorgánicos que alteran el pH, la demanda de oxígeno, la temperatura y la salinidad del agua. Debido a lo difícil de catalogar las ilimitadas combinaciones de productos químicos encontrados en aguas residuales, comúnmente se describen en pocas categorías generales(Castillo, 2005)(Masters & Ela, 2008).
2.1.2.1. Fuentes puntuales
Se llaman fuentes puntuales a las aguas negras domésticas e industriales que se recolectan por medio de una red de tubos y se conducen a un punto de descarga. Las aguas negras domésticas; son los desechos de residencias, centros educativos, oficinas y locales comerciales. Las aguas negras municipales incluyen;los desechos industriales y las aguas negras domésticas que se descargan a la red de alcantarillado público(Davis & Masten, 2005).
2.1.2.2. Fuentes no puntuales
Se llaman fuentes no puntuales a las aguas negras urbanas y agrícolas que comúnmente pasan sobre la superficie del terreno y se conducen a múltiples puntos de descarga.La recolección de estas aguas puede realizarse de dos maneras, la primera es el acopio de estas aguas en canales naturales y llevan este residuo hasta los cuerpos de agua más cercanos y la segunda, es la recolección a través de tubos por distancias más cortas pero no factibles su tratamiento en cada descarga(Davis & Masten, 2005).
2.1.2.3. Demanda de oxigeno
El material que demanda oxigeno es todo aquel que se oxida en el agua receptora y consume oxigeno molecular (comúnmente suele ser material orgánico biodegradable y ciertos compuestos inorgánicos). El agotamiento debido al consumo de oxígeno disuelto es una amenaza para todas las formas de vida acuática que necesitan oxígeno para vivir(Masters & Ela, 2008).
6
2.1.2.4. Nutrientes
El nitrógeno, fósforo, carbono, azufre, calcio, potasio, hierro, entre otros nutrientes,a pesar de ser benéficos debido a que todos los seres vivos los necesitan para su crecimiento, se consideran contaminantes cuando están presentes en cantidades excesivas. Estos compuestos en abundancia perturban la red alimenticia favoreciendo la proliferación de organismos que viven a expensas de otros y que demandan gran cantidad de oxigeno cuando mueren. Las principales fuentes de nutrientes son los detergentes, fertilizantes, el excremento humano y animal(Davis & Masten, 2005).
2.1.2.5. Microorganismos patógenos
En las aguas de desecho están presentes bacterias, virus y protozoos que excretaron personas o animales. Cuando estas son descargadas en cuerpos de agua se vuelven inapropiadas para beber e incluso si la concentración de estos organismos es elevada, es inseguro nadar y pescar (Davis & Masten, 2005). Es necesario conocer la resistencia de los microorganismos patógenos a desinfectantes y antibióticos, debido a que su presencia en el agua cruda puede ocasionar graves problemas a la salud pública puesto que el agua contaminada propaga muchas enfermedades contagiosas(Masters & Ela, 2008).
2.1.2.6. Sólidos suspendidos
Se denominan sólidos suspendidos a las partículas orgánicas e inorgánicas que arrastra el agua residual. Cuando el agua reduce su velocidad, muchas de estas partículas se depositan en el fondo como sedimento y las partículas que no se asientan con facilidad provocan turbiedad en las aguas superficiales y disminuye la penetración de la luz. Las cargas excesivas de sedimento asentadas en el fondo de los cuerpos de agua destruyen el hábitat de los organismos bentónicos(Davis & Masten, 2005).
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2.1.2.7. Sales minerales
Todo tipo de agua contiene cierta cantidad de sal. Las sales que se no se evaporan en una muestra de agua filtrada se denominan sólidos disueltos totales. Cuando la concentración de sales en el agua es elevada representa una amenaza para la biota animal y vegetal, el agua pierde utilidad para abastecer a la población o la irrigación. La concentración excesiva de sales ocasiona que los cultivos se dañen y se envenene el suelo (Davis & Masten, 2005).
2.1.2.8. Compuestos tóxicos
Frecuentemente las actividades agrícolas utilizan en los cultivos plaguicidas y herbicidas que en la mayoría de los casosescurren a cuerpos de agua. Las aguas negras domésticas e industriales contienen sustancias tóxicas que si se descargan en grandes cantidades inutilizan cuerpos de agua y se convierten en inseguros para el uso y el consumo humano y animal (Davis & Masten, 2005). La persistencia de muchos compuestos tóxicos ha provocado que estos se concentren en la red alimenticia, lo que vuelve inseguro el consumo de peces o mariscos para los humanos y animales. Es necesario tener cuidado con el manejo de los productos químicos que los seres humanos fabrican y con los riesgos asociados a su transformación natural(Masters & Ela, 2008).
2.1.2.9. Calor
Frecuentemente no se considera al calor como un contaminante, pero varias industrias como la eléctrica u otros procesos industriales desechan calor residual a cuerpos de aguas receptoras con menor temperatura. Las temperaturas altas ocasionan el rápido agotamiento del oxígeno, lo que deteriora mucho la calidad del agua(Davis & Masten, 2005).
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2.2. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
2.2.1. INTRODUCCIÓN
A lo largo de la historia, las aguas residuales han sido consideradas como una molestia que deben eliminarse de manera barata y amigable con el ambiente. En años pasados, estos residuos se disponían en el sitio o se descargaban directamente en lagos o ríos, hechos que han ocasionado serios problemas de degradación ambiental, es por eso que, se han desarrollado diversos sistemas de tratamiento de aguas residuales(Davis & Masten, 2005).
Actualmente, la eficiencia económica y tendencia a lo sustentable está ganando mayor relevancia en la sociedad, es por eso que, se está empezando a considerar al agua residual como materia prima que debe conservarse y reutilizarse debido a que es un recurso valioso y escaso. Para tener un futuro sustentable,se están desarrollando e implementando algunos sistemas de tratamiento que recuperan los nutrientes que contiene el agua residual y los usan como fertilizantes(Davis & Masten, 2005).
2.2.2. AGUAS RESIDUALES
La FAO (2014), define el término “agua residual” a aquella “que no tiene valor
inmediato, debido a su calidad, no obstante, las aguas residuales de un usuario pueden servir de suministro para otro usuario en otro lugar”.
Las aguas residuales son aquellas aguas que resultan del uso de actividades domésticas o industriales. Esta agua contiene contaminantes y gérmenes por lo que se deben evacuar de manera segura para las personas y el ambiente. Se conocen también como “aguas residuales” puesto que después de ser usadas constituyen un residuo y “aguas negras” por el color que usualmente tienen(D’Elmar, García, Heguilén, & Rossi, 2008).
9 Las aguas residuales se clasifican en(Jefatura del Estado Español, 1995):
- Aguas residuales domésticas: son aquellos residuos líquidos que se generan en viviendas y servicios que se transportan en el alcantarillado hacia una planta de tratamiento.
- Aguas residuales industriales: son aquellas aguas provenientes de las descargas de cualquier actividad comercial e industrial que no sean aguas residuales domésticas o de escorrentía pluvial.
- Aguas residuales urbanas: son aquellas aguas residuales domésticas y su mezcla con aguas residuales industriales o de escorrentía pluvial. Con base al contenido de contaminantes se clasifican en (D’Elmar et al, 2008):
- Aguas negras: son los residuos líquidos provenientes de inodoros (transportan excrementos humanos y orina ricas en sólidos suspendidos, nitrógeno y coliformes fecales).
- Aguas grises: son los residuos líquidos provenientes de duchas, lavamanos y lavadoras que aportan sólidos suspendidos, fosfatos, grasas y coliformes.
Las aguas residuales se presentan contaminadasy contienen (Mendieta, 2012): - grasas,
- detergentes, - materia orgánica,
- residuos industrialesy ganaderos, - herbicidas y plaguicidas,
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2.2.3. CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS
2.2.3.1. Características físicas
Las aguas residuales se denominan “frescas” cuando tienen olor a tierra recién revuelta y color gris característico, y “envejecidas” o “sépticas” cuando son muy ofensivas al olfato y de color negro(Davis & Masten, 2005).
2.2.3.2. Características químicas
Según Davis & Masten (2005), señalan que “la cantidad de sustancias químicas
presentes en las aguas residuales es casi ilimitadas”. La Demanda Bioquímica
de Oxígeno (DBO5) es una medida de oxigeno que usan los microorganismos
para descomponer la materia orgánica, la Demanda Química de Oxígeno (DQO) es la cantidad de oxígeno que se requiere para oxidar la materia orgánica. El nitrógeno total de Kjeldahl (NTK) es la medida de nitrógeno orgánico y amoniacal total del agua residual, el fosforo (P) aparece de muchas formas ortofostafos, polifosfatos y fosfatos orgánicos, el potencial de hidrogeno (pH) posee límites entre 6.5 a 8.5.
2.2.4. CARACTERÍSTICAS DEL AGUA RESIDUAL INDUSTRIAL
Los procesos industriales producen gran diversidad de contaminantes en las aguas residuales, sus características y concentraciones varían de una industria a otra. De acuerdo a la Environmental Protection Agency (1999), citado por Davis & Masten (2005), la EPA“ha agrupado a los contaminantes en tres
categorías: convencionales, no convencionales y prioritarias”.
2.2.5. SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Según Castillo (2005), señala que las aguas residuales “se generan como
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industriales. Mediante drenaje y el alcantarillado estas aguas alcanzan los ríos, lagos y océanos”.
De acuerdo a Masters & Ela (2008), indican que “las plantas de tratamiento de
aguas residuales se designan normalmente como de tratamiento primario, secundario, o avanzado, dependiendo del grado de purificación”.
Figura 1. Etapas de tratamiento de aguas residuales
(Arana, 2009)
2.2.5.1. Sistemas tratamiento de aguas residuales
Existen diversos sistemas de tratamiento de aguas residuales las cuales varían dependiendo el tipo de tratamiento, costos de inversión, operación y mantenimiento, impactos ambientales y demás requerimientos (Arana, 2009). En la Tabla 1 se detallan algunos sistemas de tratamiento de aguas residuales:
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Tabla 1. Sistemas y/o tecnologías de tratamiento de aguas residuales
Sistemas Tipo de tratamiento Requerimientos para aplicación Consideraciones ambientales a tener en cuenta al elegir la tecnología 1 Lagunas de estabilización Primario, Secundario y Terciario. Aguas residuales pueden ser aprovechadas. Área mínima: 4 ha Distancia mínima: - población: 100 m - cuerpos de agua: 50 m - Control de olores, insectos y roedores - Incremento de vegetación - Limpieza de Lodos 2 Lodos activados Primario, Secundario y Terciario. Aguas residuales pueden ser aprovechadas. Área mínima: 2 ha Distancia mínima: - población: 100 m - cuerpos de agua: 50 m - Control de olores, insectos y roedores - Incremento de vegetación - Limpieza de lodos 3 Tanques Imhoff Primario, Secundario y Terciario. Aguas residuales pueden ser aprovechadas. Área mínima: 2 ha Distancia mínima: - población: 100 m - cuerpos de agua: 50 m - Control de olores, insectos y roedores - Incremento de vegetación - Limpieza de Lodos 4 Biofiltro Tratamiento Primario, Secundario y Terciario. Aguas residuales pueden ser aprovechadas. Área mínima: 0,3 ha Distancia mínima: - población: 20 m - cuerpos de agua: 25 m - Control de insectos y roedores - Incremento de vegetación - Limpieza de Lodos 5 Humedales artificiales Primario, Secundario y Terciario. Aguas residuales pueden ser aprovechadas Área mínima: 0,5 ha Distancia mínima: - población: 50 m - cuerpos de agua: 30 m - Control de olores, insectos y roedores - Incremento de vegetación - Limpieza de Lodos 6 Filtro percolador Primario, Secundario y Terciario. Aguas residuales pueden ser aprovechadas Área mínima: 1 ha Distancia mínima: - población: 100 m - cuerpos de agua: 30 m - Control de olores, insectos y roedores - Limpieza de Lodos (Arana, 2009)
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2.2.5.2. Pre Tratamiento
Las aguas residuales se conducen por una red de alcantarillado hasta la estación depuradora. Esta etapa consta de varias etapas (Arana, 2009):
- Desbaste: retención de sólidos gruesos.
- Desarenado: sedimentación de la arena por gravedad.
- Desgrasado: suspensión de las partículas con baja densidad, especialmente aceites y grasas.
2.2.5.3. Tratamiento primario
Utiliza métodos físicos para eliminar la materia en suspensión y reducir la DBO (Castillo, 2005).
Los materiales que se recogen en esta etapa de tratamiento son usualmente inofensivos y se pueden llevar a un vertedero común(Masters & Ela, 2008). Se distinguen varios procesos(Arana, 2009):
- Decantación: asentamiento de las partículas más densas en un sedimentador por acción de la gravedad.
- Coagulación y floculación: rompe la suspensión y provoca la aglomeración de partículas.
- Neutralización: corrige la excesiva acidez o alcalinidad del agua.
2.2.5.4. Tratamiento secundario
Emplea métodos biológicos para eliminar compuestos orgánicos y reducir la DBO. Comúnmente se emplea tratamientos aeróbicos pero requiere el bombeo de oxígeno para un adecuado funcionamiento, a diferencia de los tratamientos anaeróbicos que son lentos pero ahorran energía(Castillo, 2005).
14 Esta etapa de tratamiento aprovecha la capacidad de los microorganismos, principalmente bacterias y protozoos, para que los residuos orgánicos se estabilicen en compuestos de baja energía (Masters & Ela, 2008).
Explica Arana (2009), que el agua clarificada y depurada en la etapa de tratamiento biológico es transportada a la última etapa de tratamiento y que “esta contiene solo entre el 5 y 10 % de la materia orgánica con la que entró”.
2.2.5.5. Tratamiento avanzado
Al finalizar el tratamiento biológico Arana (2009), destaca que “el agua residual
se considera ya lo suficientemente libre de carga contaminante como para ser vertida a los cauces de los ríos; no obstante, en algunos casos es conveniente afinar más la depuración, por lo que es sometida a un tratamiento terciario”.
Esta etapa de tratamiento busca eliminar los nutrientes y la materia orgánica no biodegradableutilizando métodos físicos, químicos y/o biológicos para eliminar contaminantes específicos(Castillo, 2005).
Los tratamientos descritos con anterioridad logran eliminar marginalmente algunos contaminantes, por lo que es necesario emplear procesos con la capacidad adecuada de eliminar los compuestos sobrantes del tratamiento primario y secundario(Davis & Masten, 2005).
2.3. BIOFILTROS
2.3.1. INTRODUCCIÓN
Se llaman Biofiltros a los filtros biológicos que utilizan materiales orgánicos e inorgánicos como empaque (forraje, grava, arena, etc.). El residuo contaminado se esparce en la superficie del Biofiltro que escurrepor gravedad en el medio
15 filtrante quedando retenida la materia orgánica que será consumida y degradada por la actividad microbiológica(CONAMA, 2013).
2.3.2. TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE AGUAS RESIDUALES
2.3.2.1. Detalle
Los Biofiltros son reactores con distintos estratos de material soporte también llamado relleno o empaque en el cual el residuo contaminado es rociado, el líquido de desecho se limpia y se remueven los contaminantes al hacer pasar el agua a través de un sistema de; plantas, suelos o materia orgánica. Sobre la superficie del material soporte crecen diferentes comunidades microbianas en forma de biopelículas que toman todos sus nutrientes del residuo líquido(Eweis, Ergas, Chang, & Schroeder, 1999).
Según Phillips et al (2010), concluyen que “las biopelículas son comunidades
microbianas complejas que contienen bacterias y hongos. Los microorganismos sintetizan y secretan una matriz de protección que adhiere firmemente la biopelícula a una superficie biótica o abiótica”. Las comunidades microbianas
toman todos sus nutrientes del residuo líquidopor lo que debe existir una película liquida alrededor de estos microorganismos.
De acuerdo a Carlson & Leiser (1966), citado por Eweis et al (1999), señalan que “los Biofiltros se vienenutilizando desde mediados de los años cincuenta
para el control de olores en estaciones depuradoras de aguas residuales, plantas de compostaje y procesos industriales”.
2.3.2.2. Tecnología
La tecnología de Biofiltración es un tratamiento sencillo e independiente de tratamientos previos, no es necesario añadir nutrientes u otros aditivos. Es
16 importante que el tributario entre al sistema con ciertas características que permitan la supervivencia de los organismos vivos que habitan en el Biofiltro.
Figura 2. Filtro biológico
(CONAMA, 2013)
El CONAMA (2013), menciona que “el medio filtrante retiene la materia orgánica
a través de tres mecanismos principales: filtración pasiva, adsorción y absorción, e intercambio iónico. Los parámetros retenidos son biodegradados por la biocenosis que se instala en el filtro”.
2.3.2.3. Utilidad
- Tratamiento de residuos industriales líquidos orgánicos. - Control de olores en procesos industriales.
- Depuración de aguas servidas (domicilios, escuelas, industrias, etc.).
2.3.3. LOMBRIFILTRO O TÉCNICA TOHÁ
2.3.3.1. Antecedentes
El Lombrifiltro o Técnica Tohá es un sistema de biotratamiento de aguas servidas y residuos industriales líquidos orgánicos (RILES) que está constituido
17 por distintos estratos filtrantes de materiales orgánicos e inorgánicos. Esta técnica fue desarrollada por el Dr. José Tohá Castellá y sus colaboradores en el Laboratorio de Biofísica de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemática de la Universidad de Chile(Arango, 2003)(Guzmán, 2004)(TECSINOX, 2010).
Figura 3.Dr. José Tohá Castellá
(SOLSAN, 2011)
El objetivo de este sistema es ser una alternativa ecológica en el tratamiento y depuración de residuos líquidos orgánicos. Esta tecnología fue patentada por el Departamento de Transferencia Tecnológica de la Universidad de Chile y se ha implementado desde el año de 1994 en Chile con buenos resultados en el tratamiento aguas servidas domésticas y RILES (TECSINOX, 2010).
2.3.3.2. Detalle
El Biofiltro conocido también como;Técnica ToháoLombrifiltro, es un tratamiento biológico que remueve; Coliformes Fecales, Sólidos Suspendidos, Sedimentables y Totales, DBO, Aceites y Grasas, Turbidez(CONAMA, 2013). Esta tecnología no convencional de tratamiento de aguas residuales está compuesta de un soporte con un medio de diferentes materiales filtrantes en el que habitan en asociación lombrices, bacterias y hongos.
18 El residuo líquido orgánico es regado sobre la superficie del medio filtrante donde queda inmovilizada la materia orgánica que sirve de sustrato para las lombrices que oxidan y degradan los compuestos retenidos del agua residual a depurar (CONAMA, 2013).
Figura 4. Modelo de Biofiltro o Lombrifiltro de la Técnica Tohá
(Parra & Chiang, 2013)
2.3.3.3. Etapas de tratamiento
El Biofiltro es un sistema de tratamiento de aguas servidas y RILES que consta de las siguientes etapas(TECSINOX, 2010):
- Pre-tratamiento físico: separación de sólidos, aceites y grasas. - Tratamiento biológico: Biofiltro o Lombrifiltro.
- Opcional: Desinfección por Radiación U.V. o Cloración. Depende de las características del efluente y solo en el caso de ser necesario.
19
Figura 5. Esquema del Sistema de Tratamiento con Biofiltro
(Hernández, 2005)
2.3.3.4. Funcionamiento
El Biofiltro está compuesto de un medio filtrante y un soporte con varias capas de diferentes materiales. El medio filtrante es la capa superior compuesta de material orgánico, en este caso humus, en el que habitan en gran cantidad lombrices y microorganismos que digieren la materia orgánica retenida en esta capa, dejando al agua sin sus principales contaminantes. El soporte consta de dos capas, la primerade viruta que se encuentra a continuación de la capa de humus, y, la segunda que está formada de piedras de mediano tamaño asentadas sobre un falso fondo. Esta última capa provee soporte y aireación al sistema asegurando la permeabilidad del Biofiltro (Carmona, 2010).
El agua servida doméstica o RILES se esparce sobre la capa superficial del Biofiltro donde las lombrices retienen la materia orgánica, el residuo líquido continua atravesando las diferentes capas filtrantes por gravedad y emerge sin materia orgánica y clara(Arango, 2003).
20 Para el apropiado funcionamiento de este sistema de tratamiento, Lay-Son (2002), citado por Arango (2003), destaca que “el Biofiltro debe estar en estado
de saturación en el cual debe dispersarse de manera homogénea el agua residual para que las lombrices puedan abarcar completamente toda el área de tratamiento”. Además Salazar (2005), menciona que “si existe demasiada humedad puede ocasionar problemas para las lombrices puesto que no se garantiza la sobrevivencia de las lombrices si hay demasiada saturación debido a que fallará la oxigenación del sistema”; si existen zonas donde el agua queda
estancada es peor, debido a que, la retención del agua debajo de los lechos ocasionarían zonas anaeróbicas matando las lombrices (Casas, 2009).
La última etapa de tratamiento y dependiendo de las características del agua tratada, el efluente se traslada a una cámara para irradiar luz ultravioleta o se aplica pastillas de cloro para eliminar las bacterias patógenas(Arango, 2003).
2.3.3.5. Tecnología
Este sistema de depuración de aguas residuales es sencillo de operar, no requiere tratamientos previos ni la adición de productos químicos. El afluente necesariamente debe entrar al sistema con una temperatura entre 15 a 35 grados centígrados, pH no menor a 6.5 ni mayor a 8.5, garantizando así la existencia de los organismos vivos que habitan en el Biofiltro.
El CONAMA (2013), destaca que “los lombrifiltros pueden ser considerados
como el único sistema de tratamiento de riles y aguas servidas que proporciona un ingreso, esto por la generación de lombrices, humus y agua, los que tienen un valor en el mercado”.
2.3.3.6. Eficiencia
Estos sistemas permiten tratar el 100 % de las aguas servidas y RILES que se generan de los distintos usos y consumos sean estos domésticos o industriales.
21 Según Guzmán (2004), señala que “la eficiencia del Biofiltro ha sido
determinada en base a estudios de las experiencias de su aplicación llegando a determinarse que para aguas servidas el sistema permite el tratamiento de 1000 litros por metro cuadrado por día. Es decir se necesita 1 m2 efectivo de
Biofiltro para tratar 1 m3 de aguas servidas”.
También la Fundación para la Transferencia Tecnológica (2005), citado por Hernández (2005), corrobora lo anteriormente descrito al señalar que “se
sugiere 1 m2 efectivo de Biofiltro para tratar 1 m3 de aguas servidas diarias” y añade que “para tratar 1 m3 de residuos industriales líquidos se requerirá mayor
superficie, debido a los parámetros contaminantes que posee”. Según Lay-Son
(2002), citado por Hernández (2005), destacan que “el dimensionamiento del
Lombrifiltro va a depender del propósito para el cual fue diseñado”.
La eficiencia estimada de remoción y calidad del efluente tratado en base a las condiciones y características del diseño del sistema de tratamiento de acuerdo a la Tabla 2, son:
Tabla 2. Eficiencias mínimas del sistema de Biofiltro
Parámetro Eficiencia % DBO5 90 Aceites y Grasas 90 Sólidos Suspendidos 95 Nitrógeno Total 60 a 80 Fosforo Total 80 Coliformes Fecales 99 (TECSINOX, 2010)(CONAMA, 2013)
El efluente tratado puede ser descargado al alcantarillado, rio, infiltración o uso para riego(TECSINOX, 2010).
22 El costo de instalación de los sistemas de Biofiltro es 30 % menor que las plantas convencionales y su costo de operación es 70 % más bajo, posee la misma calidad y capacidad que una tecnología tradicional (Faundes, 2012).
2.3.3.7. Ventajas y desventajas
A continuación se destaca las ventajas y desventajas que presenta este sistema de tratamiento(Arango, 2003):
2.3.3.7.1. Ventajas
- No produce lodos inestables: Degrada todos los sólidos orgánicos existentes en el agua contaminada sin la producción de lodos inestables como los tratamientos convencionales.
- Bajos costos operacionales: No requiere del uso de químicos ni personal calificado. Solo requiere energía para distribuir el agua contaminada en el lecho filtrante.
- El filtro no se impermeabiliza: No se colmata debido al movimiento de las lombrices que hacen canales en el humus permitiendo porosidad y permeabilidad en el Biofiltro.
- Produce abono natural: Las lombrices producen humus, que es un abono natural que puede ser extraído cada cierto tiempo.
2.3.3.7.2. Desventajas
- Sensible a variaciones bruscas: El sistema es sensible a descargas considerables de alguna sustancia tóxica o cargas orgánicas que se produzcan en el afluente.
- Reposición de sustrato filtrante: Anualmente sedebe añadirsustrato filtrante virgen para reponer el humus que ha sido extraído del Biofiltro. - Requiere bombeo permanente: El Biofiltro debe constantemente ser
23
2.3.4. LOMBRICULTURA
2.3.4.1. Introducción
La Lombricultura responde a la problemática de la contaminación orgánica, esta biotecnología utiliza a una especie de lombriz domesticada, la lombriz Eisenia
Foetida más conocida como lombriz roja californiana que recicla toda clase de
materia orgánica y como resultado de las fecas de esta lombriz, se obtiene el llamado humus, que es un fertilizante orgánico utilizado para mejorar la calidad de los suelos (Hernández, 2005).
Figura 6. Lombricompostadora casera
Los primeros criaderos intensivos se desarrollaron en los Estados Unidos en el estado de California a partir de los años 50. A partir de estos años, se han realizado estudios y como resultado de estas investigaciones se ha obtenido lombrices cada vez más selectas. Las especies más utilizadas en la Lombricultura son tres de ocho mil especies en existencia(Salazar, 2005):
- Eisenia Foetida - Lombricus Rubellus - Rojo Hibrido
24 En el Ecuador, no es intensa la Lombricultura, por lo que aún no es considerada como una verdadera alternativa para el aprovechamiento de desechos orgánicos. En nuestro país, el vermicompostaje en la mayoría de casos es realizado de manera empírica por personas que logran adquirir las lombrices y materiales adecuados para realizar esta actividad.
2.3.4.2. Lombriz roja californiana
2.3.4.2.1. Clasificación taxonómica
La clasificación taxonómica de la lombriz roja californiana es (Alarcón, 2012): - Reino: animal - División: anélidos - Clase: clitelados - Familia: Lombrícidos - Género: Eisenia - Especie: Foetida
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2.3.4.2.2. Características
La lombriz roja habita en zonas de clima templado, su temperatura corporal fluctúa entre los 19 y 20 °C. Su longitud oscila entre los 6 y 8 cm, su diámetro es de 3 a 5 mm. Su peso es de casi 1 gramo y consume diariamente una cantidad de alimento equivalente a su peso (Alarcón, 2012)(Ferruzzi, 1986). La lombriz roja es muy utilizada por(Toccalino, Roux, & Agüero, 2001):
- Longevidad: viven aproximadamente 16 años.
- Prolificidad: pueden llegar a producir hasta 1500 lombrices por año. - Deyecciones: sus fecas son excelente abono orgánico.
- Alimentación: consume toda materia orgánica en descomposición.
Según Compagnoni & Putzolu (2001), destacan que “las lombrices son
hermafroditas incompletas, tienen los dos sexos completos y a los 3 meses comienzan a reproducirse haciéndolo durante toda la vida”.
La lombriz roja californiana es un animal confiable debido a que no transmite ni sufre enfermedad alguna. Si se llegase a fugar a un medio natural no produce impacto ecológico pero si es susceptible a daños por las condiciones ambientales (De Sanzo & Ravera, 2000).
2.4. CENTRAL TERMOELÉCTRICA SACHA
2.4.1. DESCRIPCIÓN DE LA EMPRESA
2.4.1.1. Central Termoeléctrica Sacha
La CELEC EP es una empresa responsable de generar y transmitir energía eléctrica, es por eso que está considerada como un servicio público estratégico, cuenta con 20 generadoras termoeléctricas ubicadas en diferentes provincias
26 del país. La Unidad de Negocio Termopichincha forma parte de CELEC EP y se encarga de la generación de energía eléctrica (CELEC EP, 2014).
2.4.1.2. Ubicación
La Central Termoeléctrica Sacha se encuentra ubicada en la región amazónica, en la parroquia y cantón La Joya de los Sachas, vía a San Carlos kilómetro 1.2, sector La Parker en la provincia de Orellana. Pertenece a la Unidad de Negocio Termopichincha y entro en operación en el año 2011 (Termopichincha, 2014).
Figura 8. Ubicación de la Central Termoeléctrica Sacha, Orellana
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Tabla 3. Coordenadas de la Central Termoeléctrica Sacha
Coordenadas de los vértices
PUNTO X Y 1 291.095 9’963.603 2 291.278 9’963.622 3 291.280 9’963.460 4 291.102 9’963.465 (ABRUS, 2013) 2.4.1.3. Actividades
Su actividad es generar energía eléctrica, tiene 12 generadores de 1700 kW que funcionan en base a la combustión de Fuel Oil (CELEC EP, 2014).
De acuerdo al informe de auditoría realizado por ABRUS (2013), su actividad es la generación de energía termoeléctrica con una potencia instalada de 20.4 MW con 12 motores Hyundai de 1.7 MW que utilizan combustible Fuel Oil.
Figura 9. Vista panorámica de la Central Termoeléctrica Sacha
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2.4.1.4. Compromiso social y ambiental
La Central Sacha comprometida con la comunidad y el ambiente, busca generar proyectos ambientales sustentables al mejorar sus procesos productivos de forma más limpia y eficiente, a fin de evitar la generación de impactos ambientales y sus consecuentes afectaciones a las comunidades aledañas a la empresa. Además, está integrando tecnologías de bajo impacto ambiental y costos monetarios accesibles.
2.4.1.5. Abastecimiento de aguas blancas
El abasto de aguas blancas está compuesta por (Unión Eléctrica, 2009): - Conductora de agua externa.
- Tanque de capacidad de 100 m3 de almacenamiento de agua.
- Sistema de bombeo compuesto por un sistema hidroneumático. - Tuberías de red de abasto interno.
- Acometidas de entrada de agua. - Muebles sanitarios.
El tanque de 100 m3 utilizado como depósito de agua para uso social se ubica
cercano al eje vial y de fácil acceso, en una zona combinada con los tanques de almacenamiento de agua para el sistema contra incendios y uso industrial. La distribución del agua de uso social se garantiza a través de un hidroneumático, este sistema de alimentación suministra el agua a (Unión Eléctrica, 2009):
- un taller, - un vestidor, - un comedor,
- un edificio administrativo, - un laboratorio,
29
2.4.1.6. Características de las aguas residuales
Uno de los principales recursos utilizados en esta Central es el agua, que se utiliza en dos procesos:
- agua pre tratada para uso industrial,
- agua de uso social para limpieza de baños, vajilla y duchas.
2.4.1.7. Generación de agua residual
Las principales actividades en las que se utiliza el agua son: - servicios higiénicos,
- limpieza de baños y vajillas, - servicio de duchas.
2.4.1.8. Drenaje y disposición de aguas negras y grises
La Central Sachatiene sistemas de alcantarillado diferenciados para las aguas industriales y escorrentía, las aguas servidas se depositan en pozos sépticos. El drenaje de aguas negras y grises se compone de(Unión Eléctrica, 2009):
- Drenaje de los muebles sanitarios, - Tuberías de drenaje,
- Colectores de residuales,
- Pozos sépticos de hormigón armado.
Los vertimientos residuales tanto sólidos como líquidos, provenientes de las distintas edificaciones se canalizan por redes sanitarias internas compuestas por ramales y colectores que se conectan a una red exterior hasta dos pozos sépticos de capacidades y volúmenes diferentes:
30 - Pozo de 10 m3 para los vertimientos de los vestidores, edificio
administrativo y el comedor.
- Pozo de 5 m3 para colectar los vertimientos del almacén y el laboratorio.
Figura 10. Pozos sépticos de la Central Termoeléctrica Sacha
2.5. MARCO LEGAL
2.5.1. INTRODUCCIÓN
La Legislación Ambiental Ecuatoriana está constituida a partir de derechos ambientales, tratados, convenciones y protocolos internacionales reconocidos por los estados, los cuales conforman un cuerpo legal comprometido con los derechos de la naturaleza a través de sus constituciones, normas, leyes y reglamentos que protegen a la naturaleza (Regalado, 2012).
A partir de la década del 90 se observa cierto interés por los temas ambientales, diversas entidades públicas y privadas que velan por el cumplimiento de la normativa legal ambiental mediante la expedición y aplicación de normas, leyes y reglamentos que regulan las diferentes actividades domésticas e industriales que generan cierto grado de impacto en el ambiente (Regalado, 2012).
31 En el Ecuador, el Texto Unificado de Legislación Secundaria del Ministerio del Ambiente (TULSMA) es el documento que reúne todas las leyes relacionadas a la protección de los recursos naturales.
En la carta magna del 2008, se reconoce por primera vez los Derechos de la Naturaleza y se crean entidades administrativas y judiciales que resuelven problemas ambientales.La normativa legal vigente de calidad ambiental rige en todo el país con la finalidad de proteger los recursos naturales, lo que asegura el derecho de las personas a vivir en un ambiente sano, ecológicamente equilibrado y libre de contaminación (Asamblea Constituyente, 2008).
2.5.2. NORMATIVA LEGAL VIGENTE APLICABLE AL SECTOR TERMOELÉCTRICO
Los cuerpos legales y documentos que se consideraron en el presente trabajo de investigación son (ABRUS, 2013)(CARDNO ENTRIX, 2012):
2.5.2.1. Constitución Política de la República del Ecuador
Publicada en el Registro Oficial N° 449 del 20 de octubre de 2008, se señalan los artículos relacionados con la actividad objeto de estudio.
- Título II: Derechos; Capítulo Segundo: Derechos del Buen Vivir; Sección Segunda Ambiente Sano. Artículo 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”.
- Título II: Derechos; Capítulo Noveno: Responsabilidades, Artículo 83 Inciso 6 establece: “Respetar los derechos de la naturaleza, preservar un
ambiente sano y utilizar los recursos naturales de modo racional, sustentable y sostenible”.
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2.5.2.2. Ley de prevención y control de la contaminación ambiental
Publicada la codificación de esta ley en el Registro Oficial N° 418 el 10 de septiembre de 2004. Mantiene disposiciones que son estratégicas para su aplicación en los siguientes artículos:
- Artículo 6. Prohibición de contaminar el agua.
2.5.2.3. Ley de gestión ambiental
Publicada la codificación de esta ley en el Registro Oficial N° 418 del 19 de septiembre de 2004, esta ley determina las obligaciones, responsabilidades, límites permisibles, controles y sanciones de gestión ambiental en el Ecuador. Esta ley se orienta en los principios del desarrollo sustentable para la conservación del patrimonio natural y el aprovechamiento racional de los recursos naturalesy uso de tecnologías alternativas sustentables.
2.5.2.4. Ley del régimen del sector eléctrico
Publicada la reforma de esta ley en el Registro Oficial N° 351 el 29 de diciembre de 2010. Incluye otras disposiciones de protección ambiental:
El Consejo Nacional de Electricidad es el ente regulador a través del cual el estado delega las actividades de generación, transmisión, distribución y comercialización de energía eléctrica(CONELEC, 2010).
Las funciones y facultades más importantes del CONELECson:
- Artículo 13, literal e. Dictar regulaciones para proteger el ambiente.
- Artículo 18, literal h. Velar por la protección del ambiente en las diferentes fases de operación eléctrica.
