UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

(1)

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

TESIS

PRESENTADO POR:

Edwin, DE LA CRUZ CAPANI

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:

INGENIERO CIVIL

HUANCAYO – PERÚ 2023

“MODELO DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MEDIANTE HUMEDAL CON MACROFITAS FLOTANTES EN EL DISTRITO DE

PUCARA”

(2)

INFORME No 003-2023-AAMP-FIC-UNCP

A : Decano de la Facultad de Ingeniería Civil de la UNCP PhD. Tito Mallma Capcha

DE : Dr. Ing. Abel A. Muñiz Paucarmayta

Docente del Área de Hidráulica e Hidrología

ASUNTO : Conformidad de desarrollo de tesis de la Br. DE LA CRUZ CAPANI Edwin

FECHA : Uncp, 15 de Enero del 2023

REFERENCIA : Resolución No 018-2020-DFIC/UNCP (07-09-2020)

Mediante el presente, me dirijo a Ud. para poner en su conocimiento la Conformidad de desarrollo de tesis presentado por el Bachiller DE LA CRUZ CAPANI Edwin, titulado: “MODELO DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MEDIANTE HUMEDAL CON MACROFITAS FLOTANTES EN EL DISTRITO DE PUCARA”.

E desarrollo de la tesis se cumplió dentro de los plazos establecidos en la Resolución No 018-2020- DFIC/UNCP (07-09-2020); al realizar las verificaciones de similitud con el software presenta una similitud de 25 % el cual está dentro del porcentaje exigido.

Agradeciendo por la atención prestada a la presente me suscribo de Ud.

Atentamente.

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL

………

Dr. Ing. ABEL A. MUÑIZ PAUCARMAYTA DOCENTE FIC – UNCP AMP/amp

CC:

Archivo.

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DPI-EDELACRUZ-2023-UNCP

por Abel Alberto Muñiz Paucarmayta

Fecha de entrega: 15-ene-2023 03:05p.m. (UTC-0500) Identiﬁcador de la entrega: 1992731033

Nombre del archivo: DPI-EDELACRUZ-2023-UNCP.pdf (4.84M) Total de palabras: 15510

Total de caracteres: 142383

Dr. Ing. ABEL A. MUÑIZ PAUCARMAYTA DNI:23851049

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25 %

INDICE DE SIMILITUD

23 %

FUENTES DE INTERNET

2 %

PUBLICACIONES

9 %

TRABAJOS DEL ESTUDIANTE

1 15 %

2 3 %

3 1 %

4 1 %

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6 < 1 %

7 < 1 %

8 < 1 %

9

DPI-EDELACRUZ-2023-UNCP

INFORME DE ORIGINALIDAD

FUENTES PRIMARIAS

repositorio.uncp.edu.pe

Fuente de Internet

Submitted to Universidad Nacional del Centro del Peru

Trabajo del estudiante

repositorio.ucv.edu.pe

Fuente de Internet

hdl.handle.net

Fuente de Internet

idoc.pub

Fuente de Internet

repositorio.uss.edu.pe

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Fuente de Internet

es.scribd.com

Fuente de Internet

fr.scribd.com

Fuente de Internet

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< 1 %

10 < 1 %

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repositorio.unprg.edu.pe

Fuente de Internet

Submitted to Universidad de Piura

Submitted to Universidad Andina Nestor Caceres Velasquez

repositorio.unh.edu.pe

Fuente de Internet

mi-classrooms-staging.lsa.umich.edu

Fuente de Internet

repositorio.unasam.edu.pe

Fuente de Internet

informatica.upla.edu.pe

Fuente de Internet

tesis.ucsm.edu.pe

Fuente de Internet

repositorio.uap.edu.pe

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repositorio.unu.edu.pe

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1library.co

Fuente de Internet

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< 1 %

21 < 1 %

Excluir citas Activo Excluir bibliografía Activo

Excluir coincidencias < 15 words

Submitted to Universidad Continental

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2 Dedicatoria

A nuestro sr. Dios por guiarme y protegerme, a mis padres Nazario De La Cruz y Martina Capani por su amor incondicional, consejos y comprensión en los momentos más difíciles

(8)

3 Agradecimiento

Se la dedico al forjador de mi camino, a mi padre celestial, el que me acompaña y siempre me levanta de mi continuo tropiezo, al creador, de mis padres y de las personas que más admiro y aprecio con mi más sincero amor.

A mis progenitores Nazario y Martina por forjarme las aptitudes para lograr mis metas, proyectos y sueños. Me formaron con normas, reglas y con algunas libertades, pero al final de todo, me continuaron motivando para conseguir mis anhelos.

A mis hermanos Norma, Jhovana y Jhon, por estar siempre a mi lado, y apoyarme en momentos desmotivados. Siendo mis confidentes y confío en ellos como en nadie, gracias por todo, y a pesar de las discrepancias, somos hermanos y siempre estaremos juntos.

A mi novia Sayuri por su apoyo y comprensión con su amor incondicional en los momentos difíciles del trayecto de la vida.

A mi asesor de tesis el Dr. Ing. Abel Alberto Muñiz Paucarmayta por toda la colaboración y paciencia brindada, durante el proceso de elaboración de este proyecto que se concretó.

A los docentes de mi alma mater, quienes se han tomado el arduo trabajo de transmitirme sus diversos conocimientos, ofreciendo sabios consejos para lograr mis metas y lo que me proponía.

A mis amigos, que con esencia de cada uno, conformamos un gran equipo, compartiendo vivencias inolvidables que quedara para el recuerdo.

(9)

4 Índice

Dedicatoria 2

Agradecimiento 3

Índice 4

Índice de tablas 7

Índice de figuras 9

Resumen 12

Abstrac 13

Introducción 14

I. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN 16

1.1.Descripción de la realidad problemática 16

1.2.Formulación del problema 18

1.2.1. Problema general 18

1.2.2. Problemas específicos 18

1.3.Objetivos de investigación 19

1.3.1. Objetivo general 19

1.3.2. Objetivos específicos 19

1.4.Justificación 19

1.4.1. Justificación teórica 19

1.4.2. Justificación práctica 19

1.4.3. Justificación metodológica 19

1.4.4. Justificación Ambiental 20

1.5.Delimitación 20

1.5.1. Delimitación espacial 20

1.5.2. Delimitación temporal 20

1.5.3. Delimitación conceptual 20

II. HIPÓTESIS Y VARIABLES 20

2.1.Hipótesis 20

2.1.1. Hipótesis general 20

2.1.2. Hipótesis específica 21

2.2.Variables 21

III. MARCO TEÓRICO 21

3.1.Antecedentes del problema 21

3.1.1. Antecedentes nacionales 21

(10)

5

3.1.2. Antecedentes internacionales 22

3.2.Bases teóricas 25

3.2.1. Macrofitas 25

3.2.2. Tiempo de retención hidráulico 27

3.2.3. Tratamiento de aguas residuales 28

3.2.4. Humedales 33

3.3.Definición de términos básicos 39

3.3.1. Modelos 39

a) Modelos matemáticos: 39

b) Modelos físicos: 40

c) Modelos conceptuales: 40

3.3.2. Demanda Biológica de Oxigeno (DBO5) 40

3.3.3. Lagunajes 40

3.3.4. Cuerpo receptor 41

3.3.5. Caudales de diseño. 41

IV. METODOLOGÍA 41

4.1.Método de investigación 41

4.2.Tipo de investigación 41

4.3.Nivel de investigación 42

4.4.Diseño de la investigación 42

4.5.Población, muestra y muestreo 42

4.5.1. Población 42

4.5.2. Muestra 43

4.5.3. Muestreo 43

4.6.Técnicas e instrumentos de recolección de datos 43

4.6.1. Técnicas de recolección de datos 43

4.6.2. Instrumentos de recolección de datos 44

4.7.Procedimiento y análisis de datos 44

4.7.1. Ubicación de los prototipos de tratamiento 44

4.7.2. Dimensiones del Humedal 45

4.7.3. Construcción de modelos 45

4.7.4. Muestreo y caracterización de aguas residuales. 48

V. RESULTADOS Y DISCUSIONES 49

5.1.Resultados 49

(11)

6 5.1.1. Incidencia del Lemna minor y el tiempo de retención en el tratamiento

de aguas residuales en el distrito de Pucará. 49

5.1.2. Influencia del Hydrocotyle bonariensis y el tiempo de retención en el

tratamiento de aguas residuales 53

5.1.3. Efecto del Eichhornia crassipes y el tiempo de retención en el

5.1.4. Efecto de las especies de macrofitas y el tiempo de retención en el tratamiento de aguas residuales en el distrito de Pucará. 61

5.2.Discusiones 64

5.2.1. La incidencia del Lemna minor y el tiempo de retención en el tratamiento

de aguas residuales en el distrito de Pucará. 64

5.2.2. Influencia del Hydrocotyle bonariensis y el tiempo de retención en el tratamiento de aguas residuales en el distrito de Pucará 64 5.2.3. Efecto del Eichhornia crassipes y el tiempo de retención en el tratamiento de aguas residuales en e distrito de Pucará. 65 5.2.4. Efecto de las especies de macrofitas y el tiempo de retención en el tratamiento de aguas residuales en el distrito de Pucará. 65 5.3.Análisis estadístico (contraste de hipótesis) 66 5.3.1. Incidencia del Lemna minor y el tiempo de retención en el tratamiento

de aguas residuales. 66

5.3.2. Influencia del Hydrocotyle bonariensis y el tiempo de retención en el

5.3.3. Efecto del Eichhornia crassipes y el tiempo de retención en el tratamiento de aguas residuales en el distrito de Pucará 70

5.3.4. Hipótesis general: 73

VI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 76

6.1.Conclusiones 76

6.2.Recomendaciones 77

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 78

ANEXO 01: Operacionalización de variables 81

ANEXO 02: Matriz de consistencia 82

ANEXO 03: Ensayos de Laboratorio 83

ANEXO 04: Panel Fotográfico 100

(12)

7 Índice de tablas

Tabla 1 Valores máximos admisibles para descargas en el sistema de alcantarillado.

33 Tabla 2 Límites máximos permisibles para vertimiento a cuerpos receptores 33 Tabla 3 Parámetros físicos, químicos y bacteriológicos en diferentes tiempos de

retención de la especie Lemna minor. 49

Tabla 4 Porcentajes de remoción de los parámetros de la especie Lemna minor 49 Tabla 5 Parámetros físicos, químicos y bacteriológicos en diferentes tiempos de

retención de la especie Hydrocotyle bonariensis 53

Tabla 6 Porcentajes de remoción de los parámetros de la especie Hydrocotyle

bonariensis 53

Tabla 7 Parámetros físicos, químicos y bacteriológicos en diferentes tiempos de

retención de la especie Eichhornia crassipes 57

Tabla 8 Porcentajes de remoción de los parámetros de la especie Eichhornia

crassipes 57

Tabla 9 Datos exportados del SPSS, Anova. 66

Tabla 10 Comparación múltiple de los parámetros con diferentes TRH 66

Tabla 11 Subconjunto homogéneos de la DBO5 67

Tabla 12 Subconjuntos homogéneos de los STS. 67

Tabla 13 Subconjuntos homogéneos de la turbidez 67

Tabla 14 Subconjuntos de Ph. 67

Tabla 15Subconjunto homogéneo de temperatura 68

Tabla 16 Anova de la especie hidrocolite bonarienese 68 Tabla 17 Comparación múltiple de los parámetros con diferentes TRH 68

Tabla 22 Subconjunto homogéneo de temperatura 70

Tabla 23 Anova de la especie Eichhornia crassipes 70 Tabla 24 Comparación múltiple de los parámetros con diferentes TRH 70

Tabla 30Subconjunto homogéneo de temperatura 72

(13)

8 Tabla 31 Subconjunto homogéneo del DBO con diferentes especies 73

Tabla 32 Subconjuntos de STS 73

Tabla 33 subconjuntos generados del PH 74

Tabla 34 Subconjuntos con respecto a la temperatura. 75 Tabla 35 Subconjuntos con respecto a la turbidez 75

Tabla 36 Operacionalización de las variables 81

Tabla 37 Matriz de consistencia 82

(14)

9 Índice de figuras

Figura 1 Zona urbana, emisor y ubicación de PTAR 17 Figura 2 Se visualiza el estado actual de la laguna Nº02 de La PTAR, con presencia

de macrofitas. 17

Figura 3 A la izquierda, cámara de rejas del tratamiento preliminar, a la derecha

laguna aerobia del tratamiento primario de Pucará. 18

Figura 4 Morfología de lenteja de agua 26

Figura 5 Morfología de la redondita de agua 26

Figura 6. Morfología del Jancito de Agua 27

Figura 7 Periodo de retención en un tanque 28

Figura 8 Fases del ciclo urbano del agua 28

Figura 9 Descripción del funcionamiento de una planta por fases 29 Figura 10 Niveles de tratamiento de aguas residuales. 30 Figura 11 Flujo grama de tecnologías de tratamiento de aguas residuales y

potencialidades de uso. 32

Figura 12 Vista de un humedal artificial de flujo superficial HHAAFS. 35 Figura 13 Sistemas de Humedales Artificiales con macrófitos 36 Figura 14 Humedales Artificiales de Flujo Subsuperficial Horizontal HHAA FSS 38 Figura 15 Humedal Artificial de Flujo Subsuperficial Vertical HHAA FSSV 39

Figura 16 Ubicación de la PTAR de Pucará. 44

Figura 17 Ubicación de los terrenos para la construcción de humedales cercanos al

PTAR de Pucará. 45

Figura 18 Excavado y perfilado de humedales 46

Figura 19 Colocado de gravas y material impermeable en humedales. 46 Figura 20 Extracción de aguas residuales para los humedales 47 Figura 21Colocado de aguas residuales en los humedales 47 Figura 22 Extracción de muestras y obtención de resultados. 48 Figura 23 Comportamiento de la demanda bioquímica de Oxigeno, en diferentes

periodos de retención. 50

Figura 24 Comportamiento de los sólidos totales en suspensión, en diferentes

periodos de retención con la especie Lemna minor. 50

Figura 25 Variación de pH en diferentes periodos de retención con la especie Lemna

minor. 51

Figura 26 Variación de la temperatura en diferentes periodos de retención, de la

especie Lemna minor. 51

Figura 27 La turbidez a través de los periodos de retención de la especie 1 Lemna

minor. 52

(15)

10 Figura 28 Comportamiento de Coliformes termotolerantes de la especie Lemna minor en los periodos de retención de 0, 2, 4 y 10 días. 52 Figura 29 Comportamiento de la demanda bioquímica de Oxigeno, en diferentes

Figura 30 Comportamiento de los sólidos totales en suspensión, en diferentes periodos de retención con la especie Hydrocotyle bonariensis. 54 Figura 31 Variación de pH en diferentes periodos de retención con la especie

Hydrocotyle bonariensis. 55

especie Hydrocotyle bonariensis 55

Figura 33 La turbidez a través de los periodos de retención de la especie Hydrocotyle

bonariensis 56

Figura 34 Comportamiento de Coliformes termotolerantes de la especie Hydrocotyle bonariensis en los periodos de retención de 0, 2, 4 y 10 días 56 Figura 35 Comportamiento de la demanda bioquímica de Oxigeno, en diferentes

Figura 36 Comportamiento de los sólidos totales en suspensión, en diferentes periodos de retención con la especie Eichhornia crassipes. 58 Figura 37 Variación de pH en diferentes periodos de retención con la especie

Eichhornia crassipes 59

especie Eichhornia crassipes 59

Figura 39 La turbidez a través de los periodos de retención de la especie Eichhornia

crassipes. 60

Figura 40 Comportamiento de Coliformes termotolerantes de la especie Eichhornia crassipes en los periodos de retención de 0, 2, 4 y 10 días. 60 Figura 41 Variación del DBO en diferentes especies de macrófitas con diferentes

Figura 42 Se aprecia la variación de los sólidos totales suspendidos de las tres

especies. 61

Figura 43 Variación del Ph en diferentes TRH, de las especies E-1, E-2 y E-3. 62 Figura 44 Variación de la temperatura en diferentes días y especies. 62 Figura 45 Variación de la turbidez de las tres especies y a los 0, 2,4 y 10 días de

retención. 63

Figura 46 Se aprecia los valores de la E-1, E-2 y E-3 con diferentes periodos. 63 Figura 47 Comparación múltiple de las especies con los TRH 73 Figura 48 Comparación múltiple de las especies con los TRH 74 Figura 49 Comparación múltiple del PH y de las especies con los TRH 74 Figura 50 Comparación múltiple de la temperatura y de las especies con los TRH 75 Figura 51 Comparación múltiple de la turbidez y de las especies con los TRH 76

(16)

11

(17)

12 Resumen

El presente trabajo de investigación titulado “MODELO DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MEDIANTE HUMEDAL CON MACROFITAS FLOTANTES EN EL DISTRITO DE PUCARA” consideró como objetivo principal evaluar el efecto las macrofitas flotantes en humedales en el tratamiento de aguas residuales en referencia a los límites máximos permisibles según la normativa peruana.

El tipo de investigación fue “Aplicada” debido a que utilizamos las teorías existentes sobre tratamiento de agua residual y lo aplicamos en la realidad problemática para determinar el comportamiento de las macrofitas en el tratamiento de aguas residuales, el nivel de investigación es “Explicativo-descriptivo” debido a que se realizó la recolección de la información de las características de los afluentes, efluentes de los tres tipos de macrofitas ,para luego proceder a compararlos entre si, y el diseño de la investigación es “cuasi-experimental” ya que no se manipularon ninguna de las variables deliberadamente; la población está conformada por las macrófitas y como muestra estará constituida por 03 tipos de macrófitas flotantes como son: El Jacinto de agua, lenteja de agua y redonda de agua.

De los resultados con respecto a los sólidos sedimentables todos con un periodo de retención de 2 días, llegan cumplir la normativa, el modelo Nº01 llega al valor de 115 mg/l, el modelo Nº02 obtiene el valor de 114.67 mg/l y por último el modelo Nº03 109.33 mg/l, cumpliendo los valor máximos que es de 150mg/l.Los resultados de los parámetros de Demanda bioquímica de oxígeno de los afluentes y efluentes con periodos de retención de 2 días, el que tiene mejor remoción de DBO es el modelo Nº 02 con un 32.04%, seguido por el modelo Nª03 con porcentaje de remoción de 30.20% y por último el modelo Nª01 con porcentaje de remoción de 11.43%.Los resultados de los parámetros de Demanda bioquímica de oxígeno de los afluentes y efluentes con periodos de retención de 4 días, el que tiene mejor remoción de DBO es el modelo Nª 03 con un 79.61%, seguido por el modelo Nª02 con porcentaje de remoción de 73.46% y por último el modelo Nª01 con porcentaje de remoción de 49.88%. Los resultados de los parámetros de Demanda bioquímica de oxígeno de los afluentes y efluentes con periodos de retención de 10 días, el que tiene mejor remoción de DBO es el modelo Nª 03 con un 93.80%, seguido por el modelo Nª01 con porcentaje de remoción de 90.70% y por último el modelo Nª02 con porcentaje de remoción de 63.64%.

Con los resultados procesados se llegó a la conclusión que el modelo Nº02 (Redondita de agua) en comparación es la tiene mayor porcentaje de remoción de los parámetros en u periodo de retención menor.

Palabras clave: tratamiento de agua residual, modelo de tratamiento, eficiencia de tratamiento, límites máximos permisibles, cuerpo receptor.

(18)

13 Abstrac

The present research work called "WASTEWATER TREATMENT MODEL THROUGH WETLAND WITH FLOATING MACROPHYTES IN THE DISTRICT OF" considered as its main objective to propose a wastewater treatment model through wetlands with floating macrophytes in the treatment plants to then meet the limits maximum permissible according to Peruvian regulations.

The type of research was "Applied" because we use the existing theories on wastewater treatment and apply it in the problematic reality to determine the appropriate model for wastewater treatment, the level of research is "Explanatory- descriptive" due to because the information on the characteristics of the tributaries and effluents was collected to then proceed to compare them under current regulations and the research design is "quasi-experimental" since none of the variables were deliberately manipulated; The population is made up of macrophytes and as a sample it will be made up of 03 types of floating cone macrophytes: The water hyacinth, duckweed and redondita de agua.

From the results with respect to the settleable solids, all with a retention period of 2 days, they come to comply with the regulations, the model Nº01 reaches the value of 115 mg/l, the model Nº02 obtains the value of 114.67 mg/l and finally the model No.

03 109.33 mg/l, complying with the maximum value of 150mg/l. The results of the Biochemical Oxygen Demand parameters of the influents and effluents with retention periods of 2 days, the one with the best BOD removal is the model No. 02 with 32.04%, followed by the model No. 03 with a percentage of removal of 30.20% and finally the model No. 01 with a removal percentage of 11.43%. The results of the Biochemical Oxygen Demand parameters of the tributaries and effluents with retention periods of 4 days, the one with the best BOD removal is the model No. 03 with 79.61%, followed by the model No. 02 with a percentage of removal of 73.46% and finally the model Nª01 with a removal percentage of 49.88%. The results of the Biochemical Oxygen Demand parameters of the tributaries and effluents with retention periods of 10 days, the one with the best BOD removal is the model No. 03 with 93.80%, followed by the model No. 01 with a percentage of removal of 90.70% and finally the model No. 02 with a removal percentage of 63.64%.

With the processed results, it was concluded that model Nº02 (Redondita de agua) is the best alternative for the design and modeling of treatment plants with wetlands.

Keywords: wastewater treatment, treatment model, treatment efficiency, maximum permissible limits, receiving body .

(19)

14 Introducción

El crecimiento poblacional a nivel mundial genera una demanda de caudal considerable de aguas residuales que se vierten a cuerpos receptores de agua sin un tratamiento adecuado, los cuales van disminuyendo a lo largo del tiempo, la calidad de los recursos naturales de su entorno, sumado la precaria y obsoleta infraestructura de tratamiento de aguas residuales y la falta de capacitaciones de operación y manteniendo post ejecución, representa un significativo riesgo para las personas, el saneamiento básico es imprescindible para el crecimiento de una población.

La Sunass realizo un estudio sobre el problema de depuración y tratamiento de aguas residuales en el Perú donde determina que solo el 30% de las aguas residuales domésticas reciben un tratamiento previo antes del vertimiento al cuerpo receptor, de esta muestra solo el 14% cumple con la normatividad vigente, esto representa que 528,3 millones de m³ de aguas residuales sin tratar se vertieron directamente a un cuerpo receptor. Las opciones tecnológicas e infraestructuras de las estaciones depuradoras de agua residual en el país no son suficientes para cubrir la demanda en tratamiento de aguas residuales.

Actualmente el distrito de Pucara cuenta con un tratamiento preliminar, tratamiento primario y secundario (Lagunas), sus aguas residuales descargan al rio, la ineficiencia de las lagunas, se deben a la falta de operación y mantenimiento de la PTAR. Lo cual afecta en los LMP.

El objetivo general de la investigación es determinar el porcentaje de remoción de parámetros de las aguas residuales, de las tres macrofitas y así determinar la macrofitas mas optima que cumpla los límites máximos permisibles.

A la hora de determinar los parámetros físicos, químicos y biológicos de las aguas residuales que ingresan a los modelos de tratamiento se realizaron análisis de calidad de agua en el laboratorio de investigación de aguas de la Universidad Nacional del Centro del Perú, los resultados obtenidos fueron comparados entre los 3 modelos y también con los límites máximos permisibles.

El desarrollo de la investigación está divida en 6 capítulos:

En capítulo 1 describe la realidad problemática, el planteamiento del problema sobre las deficiencias en la remoción de contaminantes en las plantas, para el cumplimiento de los límites máximos permisibles, los objetivos de la investigación, justificación y delimitación de la investigación.

En el capítulo 2 describe la hipótesis general y específicas, también se describe la variable dependiente e independiente.

En el capítulo 3 describe los antecedentes de la investigación, las teorías que fundamentan los análisis realizados en la determinación del comportamiento de los modelos de tratamientos.

(20)

15 En el capítulo 4 se determinó la metodología utilizada para la presente investigación y la recopilación de los datos de la zona de estudio.

En el capítulo 5 se desarrolló el análisis de los datos, para determinar las propiedades y componentes del agua residual y su eficiencia en la eliminación de parámetros contaminantes, de los modelos a estudio, se detalló los resultados obtenidos para su posterior discusión y comparación.

En el capítulo 6 se detalló las conclusiones de la investigación de los 3 modelos que se investiga y recomendaciones respecto al tratamiento de aguas residuales. Citando la bibliografía utilizada para la culminación de la presente investigación.

(21)

16 I. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

1.1. Descripción de la realidad problemática

(Programa Mundial de Evaluación de Recursos Hídricos , 2017, pág. 3) En el mundo, más del 80% de aguas industriales y residuales son vertidas sin algún tipo de tratamiento contaminando a los cuerpos receptores. Alrededor del 70% de las aguas residuales industriales (DQO elevado) y urbanas (DBO Elevado) son tratadas en los países ricos, en los estados de rentas medio-altas solo el 38% son depurados, disminuyendo a un 28% en los de rentas medio-bajas y solo el 8% en los estados pobres, sus vertimientos son tratados de alguna manera. En los países en desarrollo se ha vuelto una práctica habitual el vertido de aguas residuales, debido a la escasez de infraestructura, capacidad técnica y financiera, contaminando los cuerpos receptores, uno de ellos los ríos.

(UNEP, 2016, pág. 59)En el informe detalla la problemática que se vive en América latina, África y Asia. La calidad en los ríos y lagos está sufriendo cambios trascendentales. A medida que la población crece en los países en desarrollo aumenta la contaminación del agua, expandiéndose los volúmenes de agua no tratadas. Desde 1990 al 2010 los niveles de contaminación se incrementaron en un 50 % de contaminación (DBO, SDT, BCF).

(Organizacion Mundial De La Salud, 2002, pág. 2) Cerca de 1100 millones de habitantes en el mundo no tienen disponibilidad a un tipo de fuente mejorada de agua, teniendo como consecuencias la defunción de 160 millones de personas por enfermedades diarreicas cada año. Y 2600 millones de personas no cuentan (La mitad del mundo en desarrollo) ni con una letrina sencilla.

(Ministerio de Vivienda Construccion y Saneamiento, 2018, pág. 1)En el Perú, alrededor de 5 millones de seres humanos no cuentan con agua apta para el consumo humano (agua potable) .Y 11 millones soportan mala calidad de vida por carecer de alcantarillado. Las EPS solo captan 62% del desagüe que ingresan a una PTAR (Planta de tratamiento de aguas residuales). Estos servicios de agua y desagüe son insostenibles por falta de apoyo estatal, escasa inversión, problemas económicos de los operadores y normas legales inapropiadas.

(SUNASS, 2015, págs. 36,44) La cobertura del tratamiento de aguas residuales, está conformada por 253 localidades administradas por EPS, de estas solo 164 cuentan con un sistema de depuración de aguas residuales urbanas, los 89 restantes no cuentan con tratamiento de aguas residuales, en este grupo se encuentran localidades grandes como: Huancayo, Huánuco, Sullana y Cajamarca, y las aguas no tratadas se descargan en cuerpos receptores como: pampas, drenes, ríos y mares.

También se identificaron que en cuerpos naturales, vierten 49 plantas de tratamiento de aguas residuales y están forzosos a cumplir los LMP y ECA-Agua. En drenes y canales de riego, 63 PTAR vierten sus descargas, donde no se aplican los ECA-Agua. Es posible contaminar la napa freática y suelos, porque 41 PTAR descargan sus efluentes a quebradas secas o infiltran al suelo. Cuando se vierte aguas residuales a una quebrada seca, la ANA exige que los parámetros estén por debajo del ECA-Agua (cuerpo de agua al que confluye); pero, por el nivel de tecnología las PTAR no alcanzan a estar debajo de los ECA. Aun no hay una normativa que vea el vertimiento por infiltración directa al terreno, un claro ejemplo

(22)

17 son los efluentes de los tanques sépticos por medio de pozos de percolación, en el cual 10 PTAR están en este grupo.

(Sedam Huancayo, 2015) Cobertura de alcantarillado sanitario muestra un indicador de 77.57% que comparado con el año anterior se ha incrementado en 1.32%, ampliándose la cobertura a 8,252 habitantes en sectores marginales.

El distrito de Pucará, está conformado por dos centros poblados y diez anexos, con un área 110.49 Km2, con una densidad poblacional 51.18 hab/km2., cuenta con 5,655 ha según el INEI, de los cuales 1908 ha perteneces al área urbana (33.74%), este porcentaje cuenta con el sistema de alcantarillado y planta de tratamiento.

Figura 1

Zona urbana, emisor y ubicación de PTAR

El esquema de PTAR, como pre tratamiento, cuenta con cámara de re rejas y desarenador, para el tratamiento primario y secundario se aprecia con 02 lagunas, y por ultimo una línea emisor de 512 mts hacia el cuerpo receptor.

La problemática que atraviesa el Distrito, es la eficiencia de remoción de parámetros de la PTAR, como se aprecia en la Figura 2 .La planta conformada por 02 lagunas, las cuales la segunda está invadida por macrofitas, las lagunas deben estar libres de macrofitas según los diseños, el distrito de Pucara está en crecimiento demográfico, para el cual se debe optimizar el tratamiento de las aguas negras y grises provenientes de las viviendas. La alternativa de plantear con macrofitas es una opción viable ya que se aprecia en las lagunas el crecimiento.

Figura 2 Se visualiza el estado actual de la laguna Nº02 de La PTAR, con presencia de macrofitas.

EMISOR DE 8-10” PVC BUZONES PTAR

POBLACIÓN URBANA

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18 Visto la problemática de remoción de parámetros lo cual es necesario por lo menos que debe cumplir los LMP. Para la conservación del ambiente y realizar buenos diseños hidráulicos. La ausencia de mantenimiento y operación, es un peligro para los transeúntes y el correcto funcionamiento de ambas lagunas.

Figura 3

A la izquierda, cámara de rejas del tratamiento preliminar, a la derecha laguna aerobia del tratamiento primario de Pucará.

Fuente: Elaboración propia

1.2. Formulación del problema 1.2.1. Problema general

¿Cuál es el modelo de tratamiento de aguas residuales mediante humedal con macrofitas flotantes en el distrito de Pucará?

1.2.2. Problemas específicos

a) ¿Cuál es la incidencia de la Lemna minor y el tiempo de retención en el tratamiento de aguas residuales mediante humedal en el distrito de Pucará?

b) ¿Cómo influye la Hydrocotyle bonariensis y el tiempo de retención en el tratamiento de aguas residuales en el distrito de Pucará?

c) ¿Cuál es el efecto del Eichhornia crassipes y el tiempo de retención en el tratamiento de aguas residuales en el distrito de Pucará?

(24)

19 1.3. Objetivos de investigación

1.3.1. Objetivo general

Evaluar el modelo de tratamiento de aguas residuales mediante humedal con macrofitas flotantes en el distrito de Pucará.

1.3.2. Objetivos específicos

a) Estimar la incidencia del Lemna minor y el tiempo de retención en el tratamiento de aguas residuales en el distrito de Pucará.

b) Establecer la influencia del Hydrocotyle bonariensis y el tiempo de retención en el tratamiento de aguas residuales en el distrito de Pucará.

c) Determinar el efecto del Eichhornia crassipes y el tiempo de retención en el tratamiento de aguas residuales en el distrito de Pucará.

1.4. Justificación

1.4.1. Justificación teórica

Los humedales artificiales son sistemas de ingeniería que aprovechan recursos de la naturaleza para depurara las aguas residuales. Básicamente, consisten en un terreno sobre el cual se coloca un material impermeable para evitar que el líquido se filtre en el subsuelo. Sobre esta herramienta se pone una mezcla de sustrato formada por arena, grava, piedra y otros componentes. Finalmente, se utilizan plantas acuáticas que flotan sobre el agua. Tanto el sustrato como dicha flora absorben las partículas contaminantes, que utilizan como nutrientes. De esta forma, el agua sale más limpia para reusarse en alguna actividad como el riego o para integrarla a un cuerpo de agua. El tamaño del humedal dependerá de la cantidad de casas o industrias a las que servirá.

Asimismo, las plantas y el sustrato se adaptan según los materiales de suciedad que el líquido posea.

1.4.2. Justificación práctica

Mejorar la eficiencia de los sistemas de tratamiento en la remoción de DBO, debido a la habilidad que tienen las macrófitas flotantes para asimilar los contaminantes. Ya que estas plantas no necesitan que sus raíces estés sujetas al suelo. Y su costo constructivo es menor. La obtención de información de cuanto material orgánico (DBO) se vierte al cuerpo receptor, el cual será evaluado en los ensayos correspondientes. Solucionar al problema de polución del rio Chanchas, y aplica a otras plantas de tratamiento evitara la polución de sus cuerpos receptores, debido a las aguas residuales tratadas ineficientemente.

1.4.3. Justificación metodológica

La implementación de macrófitas flotantes en los sistemas de depuración de aguas residuales es una alternativa viable, porque entidades poco o nada se interesan en la operación y mantenimiento de estas. Para el diseño de PTAR un

(25)

20 parámetro importante es el DBO el cual es medido a los 5 días a un temperatura de 20°, el cual sirve para ver el grado de materia orgánica que posee el agua residual. Al implementar la planta de tratamiento con macrófitas flotantes, se reducirán los organismos perjudiciales y como resultado impedir la posibilidad de transmisión de estos patógenos.

1.4.4. Justificación Ambiental

Conservar el ciclo del agua, es un deber de todos, y las aguas residuales deben ser tratadas porque es necesario para el uso ganadero, agrícola y otros fines. Y así su impacto sobre los ecosistemas será reducido, las aguas residuales deben ser contaminadas lo menos posible y en su tratamiento se debe realizar con el menor gasto económico, energético y reducido impacto ecológico, una posibilidad son las macrófitas. La investigación corroborara la información que las descargas estén por debajo de los LMP (límites máximos permisible) y recuperar el hábitat acuático del cuerpo receptor (rio chanchas).

1.5. Delimitación

1.5.1. Delimitación espacial

La investigación se realiza en el Distrito de Pucará, buscando mejorar la calidad de sus efluentes de las aguas residuales tratadas mediante el uso de macrófitas flotantes, considerando los LMP en su vertimiento.

1.5.2. Delimitación temporal

La investigación se realizó en meses de estiaje: Junio y julio del 2021, bajo condiciones normales, esta temporada se eligió por ser la más representativa, baja probabilidad de lluvias (Pucará sistema combinado), por no existir problemas de dilución, con la comparación con la normativa correspondiente.

1.5.3. Delimitación conceptual

La presente investigación se enfoca en la aplicación de un modelo (Modelo Físico) hidráulico con macrófitas flotantes, en aguas residuales, además los factores que afectan a como: los parámetros hidráulicos, físicos, químicos y biológicos los cuales fueron analizados.

II. HIPÓTESIS Y VARIABLES 2.1. Hipótesis

2.1.1. Hipótesis general

El modelo de tratamiento de aguas residuales en el distrito de Pucará, se optimiza mediante humedales con macrofitas flotantes y el tiempo de retención.

(26)

21 2.1.2. Hipótesis específica

a) La Lemna minor y el tiempo de retención inciden en el mejoramiento de tratamiento de aguas residuales mediante humedal en el distrito de Pucará.

b) La Hydrocotyle bonariensis y el tiempo de retención mejoran el tratamiento de aguas residuales mediante humedal en el distrito de Pucará.

c) El Eichhornia crassipes y el tiempo de retención optimiza el tratamiento de aguas residuales mediante humedal en el distrito de Pucará.

2.2. Variables

Variable Independiere (X1): Especies de macrófitas

Variable Independiere (X2): Tiempo de retención hidráulico Variable Dependiente (Y1): Tratamiento de aguas residuales III. MARCO TEÓRICO

3.1. Antecedentes del problema 3.1.1. Antecedentes nacionales

El proyecto de investigación de Villarroel (2005) titulado: “Tratamiento terciario del efluente de la planta de tratamiento de aguas residuales el cortijo para uso agrícola con humedales construidos de flujo superficial” con el objetivo de reducir las altas concentraciones de DBO, SST, Coliformes fecales y cromo total; y obtener un vertido líquido que cumpla, con los parámetros de calidad de agua dado por la ley general de aguas para ser usado en el sector agrícola. Cuando se desarrolló el trabajo, se utilizó una investigación del tipo aplicada y explicativa; lo cual permitió recoger datos del efluente de la planta de tratamiento de aguas residuales el cortijo y construir un humedal artificial a escala de planta piloto; para ello, se utiliza grava de una pulgada, la que servirá de soporte a las raíces de la especie vegetal emergente, en este caso la vegetación utilizada es la Typha angustifolia. El tratamiento de la planta piloto de flujo superficial trajo como resultado la eliminación del 92.49 % de DBO, del 83.33 % de SST, de 99.99 % de coliformes fecales, de 99.98 % de coliformes totales y del 76,52 % de cromo total. El proyecto de investigación llegó a la conclusión que, los humedales superficiales son una tecnología viable para la depuración de agua contaminada, porque sus concentraciones están por debajo de los límites máximos permisibles.

Minchola y Gonzáles (2016) elaboraron el proyecto de investigación denominado: “Humedales artificiales en el tratamiento de las aguas residuales domesticas de la mina Barrick”, teniendo como objetivo demostrar la importancia de los humedales artificiales de flujo superficial en el tratamiento de las aguas residuales domésticas, asimismo, determinaron el potencial y la viabilidad de usar un humedal artificial de flujo superficial en el tratamiento de las aguas residuales domésticas como una alternativa. Para ello la ubicación del área de estudio es la minera Barrick y el material de estudio está constituido por el afluente de aguas

(27)

22 residuales domésticas de la minera Barrick y el efluente del humedal construido de flujo superficial que fue construido a nivel de planta piloto. El proyecto de investigación utilizo los siguientes métodos y técnicas como el humedal, para lo cual utilizo algunas consideraciones para su diseño, en cuanto a la selección de la vegetación, se sembró la Typha angustifolia porque es una especie tolerante adaptable a una gran variedad de condiciones ambientales. La información recolectada, sobre aguas residuales domésticas, tratadas en los humedales artificiales de la minera Barrick, se procesaron en el Excel, como resultado la disminución a 9,80 mg/l de 36,80 mg/l de DBO (73.4%), la concentración del SST (84.13%) disminuyo a 11 mg/l de 69,33 mg/l, en cuanto a las bacterias se encontró la concentración de 670 x10⁴ NMP/100ml de coliformes totales (85.6%) disminuyendo a 96,3 x10⁴ NMP/100ml. En tal sentido, el proyecto de investigación llego a la conclusión que, los humedales artificiales de flujo superficial resultan ser ecosistemas eficientes en el tratamiento de aguas residuales de una manera segura, confiable, estética y económica; asimismo, permiten una eficiente remoción de contaminantes ya que no requieren de suministro de energía adicional porque su funcionamiento se basa en la actividad combinada de la planta Typha angustifolia, microorganismos y sustrato, que en conjunto propician una depuración eficiente.

En la tesis de grado de Saavedra (2017) titulado “Aplicación de Macrófitas en flotación como ayuda en el tratamiento de aguas residuales en la laguna UDEP”

propuso como objetivos: Minorar la polución de los cuerpos receptores, para optimizar la calidad del agua, reduciendo la materia orgánica y reutilización de las aguas efluentes en la agricultura. Aplicando la metodología: Experimental en el cual se seleccionó la segunda laguna, porque es necesario la sedimentación en la primera laguna, el tiempo de duración fue de 6 meses, en esta laguna se colocó macrófitas del genero Typha angustifolia. Finalmente obtuvo como conclusiones: El sistema de fitodepuración es una opción para optimizar la adaptación de lagunas de estabilización, ante los cambios se carga de materia orgánica. Estas plantas suprimen los malos olores que se producen por la emisión de gases tóxicos, y la ventaja que presenta el humedal, ayuda a contrarrestar la acumulación de solidos flotantes, que pueden obstaculizar en la calidad del efluente, estos solidos flotantes puede generar la obstrucción de goteros en el uso de riego a presión.

García (2012) en su tesis titulada “Comparación y Evaluación de Tres Plantas Acuáticas para Determinar la Eficiencia de Remoción de Nutrientes en el Tratamiento de Aguas Residuales Domésticas” busca determinar cuál de las tres plantas acuáticas flotantes, Azolla filiculoides, Lemna minor y Eichhornia crassipes presenta mayor capacidad depuradora de nutrientes presentes en las aguas residuales. Cuyo objetivo principal fue determinar si el sistema de reactores con plantas acuáticas remueve los contaminnates y saber si es un sistema adecuado y complementario con las plantas de tratamiento de aguas residuales convencionales que ya existen en el país. Se determinó que la eficiencia de remoción del DBO fue de un 90% como se pronosticaba, además existentes estudios recientes en el Perú y en América Latina que señalan una eficiencia promedio del 95%. La macrófita que realizo un mejor tratamiento fue la Eichhornia crassipes. Pero, para la remoción de los lodos tiene una mayor eficiencia el Jacinto de agua con un 50%, a diferencia del 40% de los otros tratamientos y esta remoción estuvo asociada a las mismas variables fisicoquímicas.

3.1.2. Antecedentes internacionales

(28)

23 Romero y Colín (2009) elaboraron el proyecto de investigación denominado:

“Tratamiento de aguas residuales por un sistema piloto de humedales artificiales:

evaluación de la remoción de la carga orgánica”, teniendo como objetivo, probar la eficiencia de remoción de la carga orgánica, nitrógeno y fosforo de aguas residuales de tipo municipal. Para ello, se diseñó un sistema de tratamiento por humedales artificiales de flujo horizontal con tres módulos, en el primero se integraron organismos de la especie Phragmites australis; en el segundo, organismos de la especie Typha dominguensis; y, por último, en el tercero se integraron las dos especies. La muestra de agua se recolecto a la salida de la fosa séptica y a la salida de cada módulo a fin de analizar DQO (demanda química de oxigeno), iones de nitrógeno, fósforo total y número de bacterias en el sistema. Después de evaluar el porcentaje de remoción de la carga orgánica de aguas residuales se tuvo como resultado: la disminución del 95.73% de concentración de DQO a su paso por el humedal artificial; asimismo, la remoción de 40.35% de la concentración de fosforo total y eliminación de un 45.46%

de nitrógeno. En tal sentido el proyecto de investigación llegó a la conclusión que, el modulo dos presenta la mejor eficiencia de remoción, lo que se sugirió utilizar la especie Typha dominguensis en humedales artificiales da mejores resultados.

Castañeda y Flores (2014) en la tesis de grado titulado: “Tratamiento de aguas residuales domésticas mediante plantas macrófitas típicas en Los Altos de Jalisco, México” fijo como objetivos: calcular la eficacia de la reducción de los parámetros físico y químicos como: carga orgánica (DBO), nitrógeno, fosforo, grasas, aceites y observando el comportamiento del ph, con las macrófitas flotantes como: Gladiolus spp (gladiolo), Typha latifolia (totora) y Phragmites australis (carrizo co- mún),Aplicando una metodología experimental: se construyó una planta piloto que consiste en recipientes cilíndricos de plástico con dimensiones de: D=28 cm, H=35 cm con volumen efectivo de 21.5 litros. Los recipientes más las especies se colocaron en un invernadero. De las tres especies analizadas la eficiencia se evaluó a los 0, 3, 5 y 7 días respectivos, las especies utilizadas fueron: carrizo común, gladiolo y totora, La primera medición se realizó en noviembre, la segunda Diciembre. Para el muestreo y análisis de parámetros se rigieron en la norma, Manual de métodos estándar de México. Para el análisis del DBO se realizó con el método Winkler, para el nitrógeno el método Kjeldahl, para el P el método espectrofotométrico y para las grasas y aceites con el método extracción Soxhlet, todos con sus respectivos procedimientos sustentados con la normativa. Obtuvo los resultados siguientes: La reducción considerable de los parámetros evaluados, observando que a temperaturas ambientales cálidas, la remoción es mayor y en menor tiempo de retención, con respecto al PH la variación fue ligero, el gladiolo reduce rápidamente la alcalinidad.

La DBO con la especie de totora y carrizo, su remoción fue de 86% con un tiempo de retención de 7 días. Con respecto al N, el carrizo fue mejor con una eficiencia de 64%

y el gladiolo obtuvo mejor retención con un 34% ambos con un T.R. de 7 días. El carrizo obtuvo un 58% y las totoras un 60%, en la remoción de grasas y aceites en un T.R. de 7 días. Finalmente fija como conclusión: Que los microrganismos que se encuentran en las plantas ayudan en la depuración de materiales orgánicos y nutrientes del agua residual. Las condiciones climatológicas son un factor importante porque cada planta remueve selectivamente algunos contaminantes, en menor tiempo y con mayor eficiencia. Con esta información y con modelos matemáticos se puede calcular la cantidad de cada espécimen así como los T.R., logrando así un

(29)

24 sistema sustentable y reproducible que contribuya al mejoramiento de los diseños hidraúlicos.

En la tesis de grado de Londoño (2009) titulado: “Evaluación de la eficiencia de remoción de materia orgánica en humedales artificiales de flujo horizontal subsuperficial, alimentados con agua residual sintética” fijo como objetivos:

diagnosticar la eficiencia de depuración de materia orgánica el cual es medido con la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), demanda química de oxígeno (DQO), solidos suspendidos totales (SST), nitrógeno total, fosforo total. Se realizó seguimiento al desarrollo y densidad poblacional en los humedales con el tipo de especie:

Phragmites Australis .Contrastar los resultados adquiridos con los datos de la Agencia de Protección Ambiental (EPA).Aplicando una metodología experimental: que consto de la construcción de una planta piloto que se ubicó en las instalaciones de la PTAR de la Universidad Tecnológica de Pereira (UTP), estos humedales están conformados por tres estructuras de 0.66m x 2.95m x 0.80m (Ancho*Largo*Profundidad) las cuales tiene grava de diámetro de 1 cm, y porosidad media de 50%, y el tipo de especie sembrada es la Phragmites australis. Cada humedal trabajo a diferentes caudales y diferentes cargas contaminantes. Las plantas se sembraron el mes de agostos del 2007, y estas fueron alimentadas con A.R. de la PTAR de la UTP por un periodo de 12 meses. El año del 2008 en el mes de Agosto se inicia con la recolección de muestras. Y se inicia también con la alimentación de agua residual sintética y el seguimiento se realizó hasta febrero del 2009. Obtuvo los resultados siguientes: En la remoción de DBO en el humedal 1 fue de 95%, en el humedal 2 un 90% y en el humedal 3 un 96%. En los sólidos suspendidos totales la remoción en el humedal 1 fue de 93%, en el humedal 2 fue de 91% y en el humedal 3 fue de 98%.Para ambos parámetros el EPA solicita un remoción mínima del 80%, los cuales llegaron a cumplirse. Con respecto al PH se obtuvo un valor de 7-7.8 en los tres humedales. Y con respecto al DQO la remoción fue de 93%,83% y 94% para los humedales 1,2 y 3 respectivamente. Finalmente fija como conclusiones: Los tres sistemas evaluados son eficaces en la remoción de los parámetros, porque se compararon con el EPA.

Los T.R. (Tiempo de Retención) calculados teóricamente son menores, lo cual afecto a la remoción del nitrógeno. El humedal N°1 es más eficiente en la remoción de fosforo (P) con respecto a los dos humedales. La macrófita flotante Phragmites Australis es una macrófita que factiblemente se adapta al tipo de sistema evaluado, los humedales mejoran las cualidades organolépticas de las A.R. por no presentar ningún olor desagradable o color característico del efluente.

En la tesis de Mera (2016) titulada “Evaluación de la bioconcentración de dos especies de macrófitas acuáticas Eichhornia crassipes y Lemna spp en la fitorremediación de un medio contaminado con plomo durante el año 2016”, realizado en la escuela superior politécnica de Chimborazo. El estudio aporta una metodología para el análisis de concentraciones de metales utilizando una metodología de recolección de Macrófitas que tiene las siguientes características: Plantas con buena pigmentación, que no presentan síntomas de necrosis, así mismo sin alteraciones o daños en sus partes. La Eichhornia crassipes debe tener la raíz azulada. Durante la etapa de fitorremediación los resultados finales de concentraciones de plomo absorbida por cada tratamiento las cuales consideraron 3 tratamientos: A, B y C que dieron los siguientes valores promedios 3.68, 4.56 y 1.41 ppm concluyendo que el mejor resultado fue del tratamiento C el cual conforma por un tratamiento combinado

(30)

25 (Lemna spp y Eichhornia crassipes) demuestran que tienen una alta capacidad de remediar en absorción del plomo.

Poveda (2014) En su tesis titulada “Evaluación de especies acuáticas flotantes para la fitorremediación de aguas residuales industriales y de uso agrícolas previamente caracterizadas en el Cantón Ambato, provincia de Tungurahua en el año 2014”,realizada en la universidad Técnica de Ambato - Ecuador, tiene como objetivo general evaluar la capacidad de fitorremediación de varias especies acuáticas flotantes aplicadas en aguas residuales y agrícolas en el Cantón Ambato.Las especies en estudio fueron las siguientes: Lenteja de agua (Lemna), Salvinia (Salvinia), Jacinto de agua (Eichhornia crassipes) y el Trébol de agua. La investigación tiene diseño de investigación experimental, donde se manipulan ciertas variables independientes para luego observar los efectos en la variable dependiente.

Este estudio aporta el tiempo de tratamiento (20dias) que emplearon para la fitorremediación, los parámetros que analizaron (pH, ST, DBO, DQO, aceites y grasas). Con respecto al Ph las 4 especies manuvieron dentro de los limites, paras los sólidos totales, el Jacinto de agua obtuvo un eficiencia de 90%, la lenteja un 80%

y el trébol un 85%.para el parámetro DBO el Jacinto obtuvo una eficiencia de remoción de 95%, La lenteja un 93% y el trébol un 90%.Los demás parámetros también hubo remoción entre el 80% al 90%. En conclusión, hay que mencionar que, en las aguas residuales, la especie Eichhornia crassipes (Jacinto de agua) tiene más eficiencia de remoción de contaminantes.

3.2. Bases teóricas 3.2.1. Macrofitas

Las macrófitas, comúnmente conocidas como plantas acuáticas, son formas de vegetación encontrada en ecosistemas acuáticos, las cuales tienen gran importancia ya que condicionan las propiedades físicas y químicas del agua. Las macrófitas acuáticas tienen un efecto significativo en la purificación de agua y mantenimiento del equilibrio ecológico en los humedales, además de ser claves en el ciclo de los nutrientes en los ecosistemas de humedales. La presencia de macrófitas en humedales está regulada por la duración del periodo de retención, los parámetros físicos y químicos generalmente se reducen a mayor escala con el aumento del periodo de retención.(Gallego, 2015, p. 16).

3.2.1.1. Tipos de macrófitas

La clasificación de las macrófitas de acuerdo a la ubicación en los humedales:

i. Macrófitas flotantes libres: Esta tipo de plantas tiene como principal característica que no se encuentra adherida al sustrato. Incluyen desde especies pequeñas como la lenteja (Lemna), hasta especies de mayor porte como el Jacinto de agua (Eichhornia crassipes).

a) Lenteja de agua

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26 Son plantas flotantes en forma de discos pequeños con una longitud menor a 1 cm, crece en el agua formando una capa. Al formarse esta capa las condiciones se vuelven anaerobias, pero impidiendo el desarrollo de mosquitos. Estas plantas remueven metales y su cosecha es similar a la extracción de natas de una laguna. Por su tamaño puede ser desplazado por acción de fuertes vientos (En caso se utilice en HHAA considerar bordos libres no menores de 40cm, para contrarrestar los vientos). Su crecimiento es muy alto (se duplica en dos a tres días).La distribución de esta macrofita, varia entre 5000-6000 und/m².

.Figura 4

Morfología de lenteja de agua

Fuente: (Rojas Romero, 2008, pág. 888)

b) Redonda de agua

Conocido con los nombres de: Muñequita de agua, acriso, perejil de agua, sombrilla de sapo, paraqüita. Esta planta presenta tallos reptantes los cuales enraízan en nudos, estos tallos poseen hojas verdosas, brillantes y redondas de 3.5- 3cm. El área de su superficie en relación al espejo de agua varía entre 150-200 und/m2. Sus flores son inmóviles o sedentarias, y tienen la corola compuesta por pétalos blanquecinos o amarillentos de hasta casi 1 mm de longitud. El fruto obtenido es ovoide - elipsoidal a suborbicular, mide unos 2 mm de ancho, con la base cordada. Estas plantas florecen de mayo a octubre.

Figura 5

Morfología de la redondita de agua

(32)

27

Fuente: (Villanueva Aliaga Lizeth, 2017, pág. 38)

c) Jacinto de agua

Planta acuática que tiene una habilidad de crecimiento y adaptabilidad, y esto le permite sobrevivir y extenderse en muchos sitios. Su tamaño puede ser duplicado en 10 días, debido a sus extensas raíces y gracias a estas raíces tienen un poder excelente de filtración y capacidad de absorber contaminantes e impurezas. Esta macrofita tiene un area aproximada de 400cm² a 500cm²y el 95% de su masa total es agua. Factor importante para su disposición.

Figura 6.

Morfología del Jancito de Agua

Fuente: (Rojas Romero, 2008, pág. 886)

ii. Macrófitas enraizadas flotantes: Este tipo de vegetación se mantiene sujeta al sustrato, presentando hojas de gran tamaño que flotan en la superficie, incluye plantas emergentes, de hojas flotantes, y sumergidas, como los nenúfares (Nupha luteum y Nymphea alba).

iii. Macrófitas sumergidas: Plantas enraizadas que tienen todas sus estructuras sumergidas dentro del agua, como las especies del género Zannichellia.

Utilizan recursos tanto del hábitat acuático como del terrestre, lo que permite que estas plantas presenten un gran crecimiento Se encuentran en la zona fótica llegada de luz solar (Gallego, 2015, p. 17).

3.2.2. Tiempo de retención hidráulico

El TRH es el periodo de tiempo que el agua permanece en una unidad de tratamiento, el tiempo de retención de aguas residuales largo y corto puede ser deseable en algunas situaciones y no deseado en otras. Durante un tiempo de retención prolongado, las partículas sólidas del agua residual pueden tener tiempo de sedimentación, si el flujo o la turbulencia no son lo suficientemente potentes como para mantener las partículas en suspensión.

Además, los tiempos de retención prolongados permiten que tengan lugar procesos biológicos y químicos (Importante en las PTAR). Estos procesos pueden

(33)

28 en algunos casos ser beneficiosos (como la oxidación de compuestos tóxicos) mientras que otros procesos pueden ser indeseados (por ejemplo, la formación de H2S en sistemas de alcantarillado o si el tiempo de retención de fango en el tratamiento de aguas residuales es demasiado largo).

Por otro lado, tiempos de retención demasiado cortos pueden implicar que los procesos biológicos o químicos deseados no se realicen adecuadamente. El tiempo de retención está relacionado con la actividad que realizan las bacterias, por lo tanto, se define como el tiempo necesario para que los microorganismos realicen la estabilización de la materia orgánica que se encuentra en la laguna de estabilización. El tiempo de retención hidráulica cambia dependiendo de las condiciones climáticas, variando entre 1 y 20 días de acuerdo a la temperatura de la zona, siendo el tiempo menor en lugares donde la temperatura del agua es mayor, ya que se logra reducir el área de la laguna (Ortiz, 2014, p. 24).

Figura 7

Periodo de retención en un tanque

Fuente: Tanque de sedimentación

3.2.3. Tratamiento de aguas residuales

La complejidad del sistema de tratamiento está en función de los objetivos que se establezca para el efluente resultante de dicho tratamiento.

Teniendo en cuenta el gran número de operaciones y procesos disponibles para la depuración de las aguas residuales es común hablar de niveles de tratamiento, los cuales para fines prácticos han sido clasificados como:

preliminar o pre tratamiento, tratamiento primario, tratamiento secundario y tratamiento terciario o avanzado. A continuación se describe las consideraciones que caracteriza cada nivel.

Figura 8

Fases del ciclo urbano del agua

(34)

29

Fuente: Oficina de información científica y tecnológica

Figura 9

Descripción del funcionamiento de una planta por fases

Fuente: Oficina de información científica y tecnológica

(35)

30

Figura 10

Niveles de tratamiento de aguas residuales.

TRATAMIENTO

LINEA DE AGUA

PRELIMINAR

REJA / TAMIZ

DESARENADOR

PRIMARIO

TANQUE SÉPTICO

SEDIMENTADOR PRIMARIO

TANQUE IMHOFF

SECUNDARIO

LAGUNAS

FILTRO PERCOLADOR

RAFA

LODOS ACTIVADOS

HHAA

TERCIARIO

REMOCIÓN DE NUTRIENTES

FILTRO DE ARENA

MICROFILTRACIÓN

HHAA

DESINFECCIÓN

CLORACIÓN

LUZ UV

MICROFILTRACIÓN

FILTRO DE ARENA

(36)

31 3.2.3.1. Niveles de tratamiento

a) Tratamiento Preliminar.

Tiene como objetivo la retención de sólidos gruesos y sólidos finos con densidad mayor al agua y arenas, con el fin de facilitar el tratamiento posterior. Son usuales el empleo de canales con rejas gruesas y finas, desarenadores, y en casos especiales se emplean tamices. Estas unidades, en ocasiones obviadas en el diseño de plantas de tratamiento, son necesarias para evitar problemas por el paso de arena, basura, plásticos, etc., hacia los procesos de tratamiento propiamente dichos (Sinia, 2009, p.

8).

b) Tratamiento Primario

Se considera como unidad de tratamiento primario a todo sistema que permite remover material en suspensión, excepto material coloidal o sustancias disueltas presentes en el agua. Así, la remoción del tratamiento primario permite quitar entre el 60 a 70% de sólidos suspendidos totales y hasta un 30% de la DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno). Es común en zonas rurales el empleo del tanque séptico como unidad de tratamiento primario con disposición final por infiltración. El tanque Imhoff ha sido empleado en localidades de mediano tamaño como un buen sistema de tratamiento primario. Por ejemplo en la ciudad de Ayacucho se han instalado 6 unidades de tanque Imhoff como parte del sistema de tratamiento. También se emplea tanques de sedimentación primaria, tanques de flotación y lagunas primarias en sistemas de lagunas de estabilización. Una reciente investigación en Brasil ha encontrado al Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente (RAFA o también conocido como UASB por sus siglas en ingles) como un sistema que puede ser promovido como unidad primaria de tratamiento, que ha sido considerado de nivel secundario, su inclusión en los procesos de tratamiento como unidad primaria ha tenido resultados positivos, coincidiendo con el enfoque de ecoeficiencia sobre la mejora en la eficiencia de los procesos (Sinia, 2009, p. 8).

c) Tratamiento Secundario

El fundamento del tratamiento secundario es la inclusión de procesos biológicos en los que predominan las reacciones bioquímicas, generadas por microorganismos que logran eficientes resultados en la remoción de entre el 50% y el 95% de la DBO.

Los sistemas más empleados son: filtración biológica, filtros percoladores, filtros rotatorios. Biofiltros o filtración biológica, filtros percoladores, filtros rotatorios o biodiscos. Lodos activados, entre los que se encuentran los convencionales y los de aireación extendida. Lagunas de estabilización de los tipos facultativas y aireadas. En este campo se encuentras los humedales artificiales que pueden ser de flujo superficial y sub superficial lo cual de acuerdo al régimen se dividen en flujo horizontal y vertical.

d) Tratamiento Terciario

La necesidad de implementar un tratamiento terciario depende de la disposición final que se pretenda dar a las aguas residuales tratadas. El tratamiento de nivel terciario tiene como objetivo lograr fundamentalmente la remoción de nutrientes como nitrógeno y fósforo. Usualmente, la finalidad del tratamiento de nivel terciario es evitar que la descarga del agua residual, tratada previamente, ocasione la eutroficación o crecimiento generalizado de algas en lagos, lagunas o cuerpos de agua de baja circulación, ya que ello desencadena el consumo de oxígeno disuelto con los consecuentes impactos sobre la vida acuática del cuerpo de agua receptor. El uso del

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32 efluente de plantas de tratamiento de nivel terciario puede aplicarse al riego de áreas agrícolas, la crianza de peces y otras actividades productivas. El efluente del tratamiento terciario también puede tener algunos usos especiales, como la recarga de acuíferos, agua para uso industrial, etc. Los procesos más usados son la precipitación química de nutrientes, procesos de filtración, destilación, flotación, ósmosis inversa, entre otros (Sinia, 2009, p. 9).

Figura 11

Flujo grama de tecnologías de tratamiento de aguas residuales y potencialidades de uso.

Fuente: Sistema Nacional de Información Ambiental.

3.2.3.2. Límites máximos permisibles a) Valores Máximos Admisibles

Los Valores Máximos Admisibles (VMA) son aquellos valores de concentración de elementos, sustancias, parámetros físicos o químicos, que caracterizan a un efluente (fluido procedente de una instalación industrial) que va a ser descargado a la red de alcantarillado y que, al ser excedidos, causan daño inmediato o progresivo a las instalaciones o infraestructura sanitaria.

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Tabla 1

Valores máximos admisibles para descargas en el sistema de alcantarillado.

PARÁMETRO UNIDAD SIMBOLOGÍA

VMA PARA DESCARGAS AL SISTEMA DE ALCANTARILLADO

emanda Bioquímica de Oxígeno mg/I DBO 500

Demanda Química de Oxígeno mg/I DQO 1000

Sólidos Suspendidos Totales mg/I S.S.T. 500

Aceites y Grasas mg/I A y G 100

Fuente: Decreto Supremo Nº 010-2019-Vivienda.

b) Límites máximos permisibles