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CONSEJO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA CONCYT-

SECRETARIA NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA SENACYT-

FONDO NACIONAL DE CIENCIA Y TECNOLOGIA FONACYT-

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA, FACULTAD DE INGENIERIA

UNIVERSIDAD DEL VALLE DE GUATEMALA

INFORME FINAL

DISEO, CONSTRUCCIN Y EVALUACIN DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO NATURAL

DE AGUA RESIDUAL A ESCALA LABORATORIO

PROYECTO FODECYT 041-2011

Ing. Danilo Augusto Mirn Polanco

Investigador Principal

GUATEMALA, ENERO DE 2014

AGRADECIMIENTOS

La realizacin de este trabajo, ha sido posible gracias al apoyo financiero del Fondo Nacional de

Ciencia y Tecnologa, -FONACYT-, otorgado por la Secretara Nacional de Ciencia y Tecnologa

SENACYT- al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnologa CONCYT.

OTROS AGRADECIMIENTOS

Se agradece por su asesoramiento y apoyo a la Asamblea de Presidentes de los Colegios Profesionales

de Guatemala APCOP- y a la asesora tcnica de Instituto Mexicano de Tecnologa del Agua IMTA -,

especialmente a Dr. Marco Garzn y al Bilogo Armando Rivas.

Equipo de Trabajo:

Ing. Danilo Augusto Mirn Polanco, Investigador Principal

Ingeniero Qumico graduado de la Universidad del Valle de Guatemala

Ing. Mara Isabel Aguilera, Investigador Asociado Ingeniero Qumico graduado de la Universidad del Valle de Guatemala

Ing. Cristin Rossi Sosa, Investigador Asociado


Ing. Gamaliel Zambrano Asesor


Ing. Luis ngel Pinzn Lpez, Asistente de Investigacin


Ing. Sergio Enrique Bolaos Lpez, Asistente de Investigacin


NDICE

PARTE I

I.INTRODUCCIN .......................................................................................................................................... 14

II.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ..................................................................................................... 16

I. Antecedentes (Trabajo, experiencias en Guatemala y Extranjero) ........................................................... 16

II.Experiencias de Biofiltros con material filtrante orgnico en el extranjero ............................................ 16

III.Justificacin del trabajo de investigacin ............................................................................................... 24

IV.OBJETIVOS ............................................................................................................................................... 25

A.General ...................................................................................................................................................... 25

B.Especficos................................................................................................................................................. 25

IV.METODOLOGIA ........................................................................................................................................ 26

A.Localizacin .............................................................................................................................................. 26

B.Fosa Sptica ............................................................................................................................................... 26

C.Biofiltro de material filtrante orgnico ...................................................................................................... 26

D.Mtodos de anlisis realizados al agua residual. ....................................................................................... 30

1.Medicin de pH ...................................................................................................................................... 30

2.Medicin de conductividad .................................................................................................................... 30

3.Medicin de slidos suspendidos ........................................................................................................... 31

4.Medicin de nitrgeno en forma de NO3- .............................................................................................. 31

5.Medicin de fsforo reactivo ................................................................................................................. 32

6.Demanda Bioqumica de Oxgeno ......................................................................................................... 32

PARTE II MARCO TEORICO

A.Aspectos conceptuales .................................................................................................................................. 35

B.Problemtica de agua en Guatemala ............................................................................................................. 35

C.Agua residual ................................................................................................................................................ 37

D.Caractersticas del agua residual ................................................................................................................... 37

E.Composicin del agua residual domstica no tratada ................................................................................... 38

F.Parmetros a evaluar en la planta de tratamiento de agua residual ............................................................... 38

G.Operaciones y procesos unitarios de una planta de tratamiento de agua residual ........................................ 40

H.Sistemas naturales para el tratamiento secundario de agua residual ............................................................ 42

I. Tecnologa de biofiltracin ........................................................................................................................ 42

J.Tecnologa de humedales ............................................................................................................................... 44

PARTE III DISCUSIN Y RESULTADOS

3.1 RESULTADOS .......................................................................................................................................... 48

3.2 DISCUSIN ............................................................................................................................................... 60

PARTE IV CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES Y REFERENCIA BIBLIOGRAFICAS

4.1 CONCLUSIONES ..................................................................................................................................... 65

4.2 RECOMENDACIONES ........................................................................................................................... 66

4.3 REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ...................................................................................................... 67

PARTE V

Informe Financiero...69

ANEXOS .......................................................................................................................................................... 71

IV.4 ANEXOS ............................................................................................................................................... 72

IV.4.1 Anexo I Caracterizacin del material filtrante para el biofiltro ...................................................... 72

Datos originales ......................................................................................................................................... 72

Anlisis estadstico .................................................................................................................................... 73

IV:4.2 Anexo II Determinacin de la porosidad del material filtrante. ..................................................... 77

Datos originales. ........................................................................................................................................ 77

Clculos ..................................................................................................................................................... 77

Datos calculados intermedios. ................................................................................................................... 78

Bomba centrfuga. ..................................................................................................................................... 78

Instalacin de equipo para tratamiento secundario de agua residual ........................................................ 84

Construccin de biofiltro ........................................................................................................................... 88

Planta de tratamiento con sistemas naturales. ........................................................................................... 92

Ubicacin de la planta de tratamiento de aguas residuales con sistemas naturales ................................... 93

ndice de tablas

Tabla No. 1: Resultados de Tratamiento de Agua Residual en Kipawa, Canad ............................................ 17

Tabla No. 2: Resultados de Tratamiento de Agua Residual de Granja Porcina en Isla de Orleans, Canad .. 17

Tabla No. 3: Resultados de Tratamiento de Agua Residual de Rastro Avcola en Canad ............................. 18

Tabla No. 4: Resultados de Tratamiento de Agua Residual en el IMTA, Mxico ........................................... 19

Tabla No. 5: Eficiencias de remocin de contaminantes del sistema de tratamiento al operar el biofiltro sin

aireacin en poca de estiaje. ............................................................................................................................ 20

Tabla No. 6: Resultados de Tratamiento de Diferentes Agua Residuales en el IMTA, Mxico ...................... 20

Tabla No. 7: Resultados de Tratamiento de Agua Residual en San Diego, California, US. ............................ 21

Tabla No. 8: Resultados de Tratamiento de Agua Residual en Repblica Checa ............................................ 22

Tabla No. 9: Resultados del Tratamiento de Agua Residual en una Fbrica de Vinos, Italia ......................... 22

Tabla No. 10: Composicin tpica de agua residual domsticas no tratada. .................................................... 38

Tabla No. 11: Diseo del biofiltro con material filtrante orgnico ................................................................. 49

Tabla No. 12: Diseo del humedal subterrneo con plantas emergentes utilizando el mtodo de Kadlec y

Knight (1996). ................................................................................................................................................... 50

Tabla No. 13: Resultados de volumen de humedal, tiempo de retencin hidrulica (TRH). ........................... 50

Tabla No. 14: Concentraciones iniciales de los parmetros analizados en el agua residual cruda. ................. 50

Tabla No. 15: Eficiencia de remocin de contaminantes de la planta de tratamiento de aguas residuales con

base a diferentes parmetros. ............................................................................................................................ 51

Tabla No. 16: Eficiencia de remocin de contaminantes del biofiltro con lecho orgnico y humedal con base

en diferentes parmetros. .................................................................................................................................. 51

Tabla No. 17: Resultados de la concentracin de slidos suspendidos totales en los puntos de muestreo. ..... 52

Tabla No. 18: Resultado de la concentracin de demanda bioqumica de oxgeno en los puntos de muestreo.

.......................................................................................................................................................................... 53

Tabla No. 19: Resultado de la concentracin de nitratos en los puntos de muestreo. ...................................... 54

Tabla No. 20: Resultado de la concentracin de fosfato en los puntos de muestreo. ...................................... 55

Tabla No. 21: Resultados de la concentracin de pH en los puntos de muestreo ............................................ 56

Tabla No. 22: Resultados de la concentracin de conductividad en los puntos de muestreo. .......................... 57

Tabla No. 23: Largo, ancho y alto de una muestra aleatoria de 100 ramas de ficus trituradas. ....................... 72

Tabla No. 24: Anlisis estadstico del largo de la muestra de ramas de ficus trituradas. ................................ 74

Tabla No. 25: Anlisis estadstico del ancho de la muestra de ramas de ficus trituradas. ............................... 74

Tabla No. 26: Anlisis estadstico del alto de la muestra de ramas de ficus trituradas. ................................... 75

Tabla No. 27: Dimensiones promedio de las ramas trituradas de ficus. ........................................................... 75

Tabla No. 28: Volumen de espacios vacos para un volumen de piedrn de 1000 mL. ................................... 77

Tabla No. 29: Porosidad del piedrn. ................................................................................................................ 78

Tabla No. 30: Especificaciones tcnicas de la bomba centrfuga utilizada para el ingreso de agua residual a la

planta. ................................................................................................................................................................ 78

Tabla No. 31: Especificaciones tcnicas de la bomba dosificadora utilizada para el ingreso de agua residual al

biofiltro. ............................................................................................................................................................ 80

Tabla No. 32: Especificaciones tcnicas de la bomba de aire utilizada para el ingreso de aire al biofiltro. .... 81

Tabla No. 33: Caractersticas geogrficas del Edificio de los Colegios Profesionales. ................................... 94

ndice de Fotografa

Fotografa No. 1: Fosa Sptica ........................................................................................................................ 26

Fotografa No. 2: Biofiltro instalado ............................................................................................................... 27

Fotografa No. 3: Cola de Caballo Fotografa No. 4: Cartucho blanco ....................................... 28

Fotografa No. 5: Humedal instalado 1 y 2 ..................................................................................................... 29

Fotografa No. 6: Vista lateral de la bomba centrfuga STA-RITE SNC-L. ................................................ 79

Fotografa No. 7: Bomba dosificadora PULSAFEEDER Pulsatron C Plus. ................................................ 80

Fotografa No. 8: Vista frontal de la bomba Hagen Elite 800 ..................................................................... 81

Fotografa No. 9 : Visita a las instalaciones de los colegios profesionales ...................................................... 82

Fotografa No. 10: Recoleccin y procesamiento de material filtrante ............................................................ 82

Fotografa No. 11: Trituracin mecnica de las ramas de ficus con el equipo TRAPP TR200, y secado del

material triturado .............................................................................................................................................. 83

Fotografa No. 12: Tamizado y seleccin de las ramas de ficus trituradas en una malla con " de apertura. 83

Fotografa No. 13: Limpieza y corte de tanques para humedal ........................................................................ 84

Fotografa No. 14: Terreno seleccionado para la construccin de la planta de tratamiento de aguas residuales

en las instalaciones del Edificio de los Colegios Profesionales. ...................................................................... 84

Fotografa No. 15: Fundicin de bases de cemento para soporte de fosa sptica, estructura metlica para el

biofiltro y tanques de humedales ...................................................................................................................... 85

Fotografa No. 16: Colocacin de las cubetas para la fosa sptica, estructura metlica del biofiltro y tanques

para humedales. ................................................................................................................................................ 85

Fotografa No. 17: Colocacin de tubera de PVC 1/2'' y poliducto 1'' en zanja de 15 cm de profundidad y

cajas de registro ................................................................................................................................................ 86

Fotografa No. 18: Fundicin de caja para bomba centrfuga Sta-Rite . ....................................................... 86

Fotografa No. 19: Contactor utilizado para la bomba centrfuga. ................................................................... 87

Fotografa No. 20: Caja de interruptores de corriente general, con un interruptor de corriente instalado de 40

A, 240 V. ........................................................................................................................................................... 87

Fotografa No. 21: Caja metlica de 70x35x30 cm para colocacin de contactor, selector de tres posiciones,

botn Start/Stop, bomba dosificadora y bomba de aire. ................................................................................... 87

Fotografa No. 22: Detalle interno del motor de la bomba centrfuga .............................................................. 88

Fotografa No. 23: Estructura metlica que soporta el biofiltro y colocacin del tubo de acrlico y tapaderas

de pvc. ............................................................................................................................................................... 88

Fotografa No. 24: Llenado del biofiltro congrava y material filtrante. ........................................................... 89

Fotografa No. 25: Pruebas de arranque del biofiltro con agua potable. .......................................................... 89

Fotografa No. 26: Conexin entre humedales ................................................................................................. 90

Fotografa No. 27: Llenado de humedales con piedra de diferente gravimetra. ............................................. 90

Fotografa No. 28: Limpieza de grava dentro de un humedal. ........................................................................ 91

Fotografa No. 29: Siembra de plantas en ambos humedales ........................................................................... 91

Fotografa No. 30: Planta de tratamiento con sistemas naturales, ubicada en las instalaciones del Edificio de

los Colegios Profesionales. ............................................................................................................................... 92

Fotografa No. 31: Biofiltro al da 28 de operacin de la planta. ..................................................................... 92

Fotografa No. 32: Primer humedal al da 28 y 49 de operacin de la planta. ................................................. 93

Fotografa No. 33: Material filtrante orgnico al da 49 y 56 de operacin. ................................................... 93

Fotografa No. 34: Vista satelital de la ubicacin de la planta de tratamiento de aguas residuales con sistemas

naturales. ........................................................................................................................................................... 94

ndice de Grficas

Grfica No. 1: Comportamiento en el tiempo de la concentracin de slidos suspendidos en diferentes puntos

de muestreo. ...................................................................................................................................................... 52

Grfica No. 2: Comportamiento en el tiempo de la concentracin de la demanda bioqumica de oxgeno en

los puntos de muestreo. ..................................................................................................................................... 53

Grfica No. 3: Comportamiento en el tiempo de la concentracin de nitratos en los puntos de muestreo. ..... 54

Grfica No. 4: Comportamiento en el tiempo de fosfatos en los puntos de muestreo. .................................... 55

Grfica No. 5: Comportamiento en el tiempo de la concentracin de pH en los puntos de muestreo. .......... 56

Grfica No. 6: Comportamiento de la concentracin de conductividad en los puntos de muestreo ................ 57

Grfica No. 7: Histograma de frecuencia porcentual para el largo de las ramas de ficus trituradas. .............. 76

Grfica No. 8: Histograma de frecuencia porcentual para el ancho de las ramas de ficus trituradas. .............. 76

Grfica No. 9: Histograma de frecuencia porcentual para el alto de las ramas de ficus trituradas. ................. 77

ndice de Ilustraciones

Ilustracin No. 1: Diagrama Biofiltro.........27

Ilustracin No. 2: Diagrama Humedal28

Ilustracin No. 3: Configuracin de la planta en el humedal..29

Ilustracin No. 4: Puntos de muestreo.30

Ilustracin No. 5: Biofiltro de lecho orgnico.43

Ilustracin No. 6: Humedal subsuperficial de flujo horizontal46

Ilustracin No. 7: Humedal de flujo vertical46

Ilustracin No. 8: Diagrama de flujo de la planta de tratamiento de aguas residuales con sistema natural48

Ilustracin No. 9: Plano de vista de planta de sistema de tratamiento de aguas residuales a escala laboratorio

...58

Ilustracin No.10: Plano de distribucin de sistema de tratamiento de agua residual. 59

Ilustracin No.11: Curva caracterstica de la bomba centrfuga STAR-RITE SNCL...79

PARTE I

RESUMEN

Anualmente en Guatemala, se producen 1.5 millones de metros cbicos de agua residual

provenientes de uso domstico, industrial y agrcola (2008); y solamente 5% son tratadas. De 87

plantas de tratamiento de agua residual en el pas, son muy pocas las que funcionan adecuadamente,

debido a los altos costos de operacin y mantenimiento.

En la mayora de los casos de tratamiento de agua residual, se utilizan sistemas convencionales,

los cuales representan altos costos de energa y mantenimiento por el equipo que utilizan, necesitan

personal altamente capacitado y producen grandes cantidades de lodo biolgicos. Al contrario los

sistemas naturales no requieren de personal altamente capacitado, consumo elevado de energa

elctrica, ni produce grandes cantidades de lodos biolgicos. Adicionalmente, estos sistemas han

mostrado ser eficientes en la remocin de contaminantes del agua residual. Sin embargo, en

Guatemala no se cuenta con datos publicados de remocin de contaminantes con estas tecnologas.

En este proyecto se instal un tren de tratamiento utilizando sistemas naturales, biofiltro con

material filtrante orgnico y humedal subterrneo con plantas emergentes, para medir la eficiencia

de remocin de contaminantes de estas tecnologas en agua residual de las instalaciones de los

colegios profesionales ubicados en la zona 15 de la ciudad de Guatemala.

El tratamiento primario de este sistema fue la remocin de slidos suspendidos a travs de una

fosa sptica construida con tres cubetas. El tratamiento secundario se realiza por medio del biofiltro

con material filtrante orgnico (trozos de ficus) seguido de un humedal de flujo horizontal

subterrneo con plantas emergentes (colas de caballo y cartuchos blancos). No se utiliz

tratamiento terciario ya que el agua se descart como riego en plantas adyacentes al sistema.

Este sistema se oper durante 5 meses, durante los cuales se realizaron anlisis de remocin de

contaminantes en diferentes puntos para evaluar cada tecnologa. Los resultados obtenidos fueron:

remocin del 96% en slidos suspendidos totales (SST), 84% en demanda bioqumica de oxgeno

(DBO), 98% en nitrgeno en forma de nitratos (NO3-), 64% en fsforo en forma de fosfatos (PO4

-),

2% en pH y 34% en conductividad (COND).

Estos resultados demuestran la eficiencia adecuada de estos sistemas naturales para el

tratamiento de agua residual domiciliar. Por tal razn se recomienda utilizar estas tecnologas en

mayor escala.

ABSTRACT

Annually in Guatemala, are produced 1.5 million cubic meters of wastewater from domestic,

industrial and agricultural (2008), and only 5% are treated. Of 87 plants wastewater treatment in the

country, there are very few that work properly, due to high costs of operation and maintenance.

Natural systems for wastewater treatment have been shown to be effective in removing

pollutants. They do not require highly trained personnel, high power consumption, and produces

large amounts of biological sludge. However, in Guatemala there is no contaminant removal data

with these technologies. This project aims to install a treatment train using natural systems for

measuring the efficiency of removal of pollutants in wastewater from the city of Guatemala.

The primary treatment is the removal of suspended solids (simulating a septic tank with a

container). Secondary treatment will degrade the organic matter through a biofilter with organic

bedding (ficus) followed by a horizontal flow wetland with emergent plants underground. Finally

tertiary treatment is chlorination, the treated water to reduce the amount of total coliforms and

Escherichia coli.

It is expected to achieve 90% removal of biochemical oxygen demand (BOD), chemical

oxygen demand (COD), total suspended solids (TSS), total coliforms (TC) and E. coli and 60% for

total nitrogen (TN ) and total phosphorus (TP). These results are expected to expand this technology

on a larger scale to improve reduce pollution in the effluent water from Guatemala.

14

I. INTRODUCCIN

El tratamiento de agua residual empieza por la necesidad de disminuir y eliminar la cantidad de

descargas de contaminantes al sistema hdrico, ya que de estas corrientes naturales se extrae el agua para

consumo humano y al mismo tiempo es una gran contaminacin para los ecosistemas naturales. Por muchos

aos se han utilizado los sistemas convencionales para tratamiento de agua residual (lodos activados, filtros

percoladores y biodiscos) y tratamientos fisicoqumicos, los cuales necesitan personal altamente capacitado,

altos consumos de energa y producen grande cantidades de lodos biolgicos.

La contaminacin de los cuerpos de agua ha sido un tema compartido en todo el planeta y Guatemala no

es la excepcin. Entre las causas por la que los guatemaltecos no tratan el agua residual antes de descartarla

al alcantarillado o cuerpos de agua es porque el costo del tratamiento es alto, por la falta de conocimientos

tcnicos en el rea, por falta de espacio o por falta de un sistema de recoleccin de las aguas residuales. En

el caso que se instale una planta de tratamiento se utilizan tecnologas europeas y de alto costo, las cuales no

son de fcil acceso para las comunidades de recursos escasos en Guatemala. Por estas razones el sistema

hdrico en el pas se ha visto afectado, recibiendo grandes cantidades de contaminantes. Por lo anterior, es

necesaria la introduccin de tecnologas de bajo costo en operacin y mantenimiento en Guatemala, como se

ha logrado en otros pases en los ltimos aos y se han alcanzado altas eficiencias de remocin de

contaminantes.

Los sistemas naturales son aquellos que logran la eliminacin de las sustancias contaminantes de las

aguas residuales a travs de mecanismos y procesos naturales, los cuales no requieren de energa externa ni

de aditivos qumicos. En estos sistemas un buen nmero de procesos de descontaminacin son ejecutados por

sinergia de diferentes comunidades de organismos. Las dos diferencias fundamentales de los sistemas

naturales respecto a los convencionales tienen un bajo consumo energtico para descontaminar y un rea

mayor para el tratamiento. Los sistemas naturales de depuracin tambin son conocidos en la literatura

cientfica y tcnica como tecnologas no convencionales, sistemas de bajo costo, tecnologas blandas y

sistemas verdes, entre otros. (Garca y Corzo, 2008)

En Guatemala, el 50% de las causas de mortalidad est relacionado con la calidad de las aguas. En el

ao 2000, de las 329 municipalidades, nicamente 15 trataban sus aguas residuales. Otra fuente seala que el

servicio de saneamiento en el 2002 fue de 47%, siendo un promedio de 77% en zona urbana y 17% en la

zona rural. De ese 47%, slo el 36% tena conexin a redes de drenaje. Para el 2006 el servicio de

saneamiento ha aumentado a 54%. Anualmente en Guatemala, se producen 1.5 millones de metros cbicos

de agua residual provenientes de uso domstico, industrial y agrcola (2008); y se estim que slo el 5% de

estas aguas residuales son tratadas y el resto se descarga a los cuerpos de agua. Debido a estas descargas no

controladas, el 90 % de las aguas superficiales estn contaminadas de heces fecales, desechos en

descomposicin, basura y qumicos, quedando expuestas para la poblacin.

Es importante resaltar que la contaminacin de lagos y ros conlleva muchas enfermedades en los seres

humanos, primordialmente enfermedades gastrointestinales y de carcter drmico. Esta contaminacin tiene

como resultado un alto porcentaje de mortandad en el rea rural, especialmente en los nios. En Guatemala,

en el ao 2007 hubo 320 mil casos en nios entre uno a cuatro aos de enfermedad diarreica aguda,

parasitismo y amebiasis intestinal. El sistema de salud atendi a ms de medio milln de nios y nias por

enfermedades de transmisin hdrica. La mortandad de menores de un ao es del 10% de los casos de estas

enfermedades y nios de uno a cuatro aos es del 18%.

Por todas las razones anteriormente descritas, la Universidad del Valle de Guatemala realiz un

proyecto de investigacin aplicada de sistemas naturales para el tratamiento de agua residual domstica a

15

escala laboratorio. El objetivo fue disear, construir y evaluar un sistema de tratamiento natural de agua

residual a escala laboratorio utilizando un biofiltro con material filtrante orgnico (trozos de ficus) y un

humedal de flujo subterrneo con plantas emergentes (cola de caballo y cartuchos blancos). Esta planta se

construy en las instalaciones de los colegios profesionales de la ciudad de Guatemala. Adicionalmente, se

analiz en diferentes puntos del sistema la demanda bioqumica de oxgeno (DBO), slidos suspendidos

totales (SST), nitratos (NO3-), fosfatos (PO4

-), pH y conductividad para evaluar la eficiencia de remocin de

contaminantes en el agua residual.

Se obtuvo resultados satisfactorios para la remocin de contaminantes de los parmetros descritos

anteriormente. Para slidos suspendidos totales (SST) se obtuvo una remocin del 96%, 84% en demanda

bioqumica de oxgeno (DBO), 98% en nitrgeno en forma de nitratos (NO3-), 64% en fsforo en forma de

fosfatos (PO4-), 2% en pH y 34% en conductividad (COND).

Con base en las eficiencias de remocin de los contaminantes evaluados, se concluye que el tratamiento

con sistemas naturales es satisfactorio por lo que se recomienda seguir operando el sistema y promover la

utilizacin de estas tecnologas en mayor escala.

16

II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

I. Antecedentes (Trabajo, experiencias en Guatemala y Extranjero)

La investigacin y uso de los sistemas naturales ha existido por varios aos en varios pases de Europa,

Canad, Estados Unidos y Mxico. La tecnologa de Biofiltro con lecho orgnico se investig desde la

dcada de los 90 en Canad, donde se obtuvo una patente y se le dio el nombre de BIOSOR al biofiltro. Esta

tecnologa se ha probado con diferentes tipos de agua residual obteniendo buenos resultados. Posteriormente

el Instituto Mexicano de Tecnologa del Agua (IMTA) empez a realizar investigacin en el rea en la ltima

dcada, obteniendo tambin resultados satisfactorios en remocin de contaminantes. En Guatemala an no se

cuenta con esta tecnologa, por lo que se quiere instalar un biofiltro en un tren de tratamiento a escala

laboratorio en la, para realizar investigacin y obtener resultados para estudiar la posibilidad de utilizar la

tecnologa a mayor escala.

Los humedales han sido utilizados por varias dcadas tambin, por lo que hay ms datos sobre el uso de

ellos. Actualmente en Guatemala se han instalados varios humedales, pero no se ha tenido acceso a los

resultados obtenidos y se encuentran en comunidades pequeas, afuera de la ciudad. En el tratamiento de

sistemas naturales propuesto se estudiar un humedal de flujo subterrneo con plantas emergentes.

La importancia del problema es que la contaminacin del agua superficial ha llevado al desarrollo de

muchas enfermedades de carcter gastrointestinal y drmica por tomar estas aguas y al mismo tiempo

baarse en los ros y lagos contaminados. Por ello se quiere trabajar con el tratamiento del agua residual para

promover estas tecnologas de bajo costos, para que se instalen posteriormente plantas de tratamiento

naturales, al obtener buenos resultados de remocin de contaminantes.

A continuacin se exponen varios proyectos que se han desarrollado en el tema en varios pases y los

resultados que se han obtenido. Es importante mencionar que stos solo son algunos de las plantas que se han

instalado.

II.Experiencias de Biofiltros con material filtrante orgnico en el extranjero

Proyectos del Centro de Investigaciones Industriales de Quebec (CRIQ, Canad)

a) Proyecto en comunidad Indgena (1 Nacin Kipawa en Canad).

Caudal: 125 m3/da

Descarga: a un lago.

17

Tabla No. 1: Resultados de Tratamiento de Agua Residual en Kipawa, Canad

Tipo de

Efluente Parmetro

Efluente (resultados promedio de varios

aos) Inicio de

Operacin Bruto

(mg/L)

Influente

BIOSOR

(mg/L)

Efluente

BIOSOR

(mg/L)

Objetivo

(mg/L)

Aguas

Residuales

Municipales

DBO5 200 140 5 < 40

Enero

2001

SST 130 60 5 < 7

PT 3 3 3 1

N-NH4 20 20 3 < 12

Coliformes 1.00E+07 1.00E+07 1.00E+05 1.00E+04

Fuente: FODECYT 041-2011 Laboratorio de Operaciones Unitarias, Universidad del Valle de

Guatemala

(Garzn, 2011)

b) Proyecto de Tratamiento de Agua Residual de Granja Porcina en Isla de Orleans, Canad.

Caudal: 17 m3/da

Descarga: con infiltracin en el suelo.

Tabla No. 2: Resultados de Tratamiento de Agua Residual de Granja Porcina en Isla de Orleans,

Canad

Tipo de

Efluente Parmetro

Efluente (resultados promedio de varios aos)

Inicio de

Operacin Bruto

(mg/L)

Influente

BIOSOR

(mg/L)

Efluente

BIOSOR

(mg/L)

Objetivo

(mg/L)

Granja

Porcina

(Zona

saturada)

DBO5 35,000 14,000 30 < 100

Enero

2000

SST 40,000 500 20 < 100

PT 1,100 75 20 < 50

N-NH4 5,000 2,000 50 < 200


Guatemala

(Garzn, 2011)

c) Proyecto de Tratamiento de Agua Residual de Rastro Avcola, Canad.

Caudal: 450 m3/da

Descarga: a un ro.

18

Tabla No. 3: Resultados de Tratamiento de Agua Residual de Rastro Avcola en Canad

Tipo de

Efluente Parmetro

Efluente (resultados promedio de varios aos)

Inicio de

Operacin Bruto

(mg/L)

Influente

BIOSOR

(mg/L)

Efluente

BIOSOR

(mg/L)

Objetivo

(mg/L)

Rastro

Avcola

DBO5 2,200 700 15 < 30

Julio 1999

SST 1,000 70 5 < 30

PT 30 2 2 1

NTK 250 230 100 *

Coliformes 1.00E+09 1.00E+07 1.00E+05 1.00E+03

G y A 300 5 5 < 15


Guatemala

Proyectos de investigacin en el Instituto Mexicano de Tecnologa del Agua (IMTA)

Inicialmente el IMTA trabaj para adaptar la tecnologa de biofiltro utilizando especies propias de

regiones tropicales y subtropicales. En Junio del 2005 el IMTA realiz un convenio con el Centro de

Investigaciones Industriales de Quebec (CRIQ, Canad) para realizar un proyecto de investigacin sobre

tratamiento de agua y aire por biofiltracin. (Garzn, 2011)

El primer proyecto fue adaptar la tecnologa de biofiltracin sobre cama orgnica al contexto mexicano

utilizando materiales orgnicos autctonos de empaque. Se decidi trabajar con las siguientes especies para

el medio filtrante: Agave, Bagazo de caa de azcar, Bugambilia, Casahuate, Cascarilla de arroz, Ceiba,

Ficus, Guamchil, Jacaranda, Tabachin. Otras especies que no son autctonas del estado de Morelos, pero

que son representativas tambin de zonas tropicales y subtropicales fueron consideradas: Bamb, Fibra de

coco, Carrizo, Lirio acutico. (Garzn, 2011)

Se realiz una segunda seleccin tomando en cuenta por un lado la fcil disponibilidad y por otro que

en las fuentes bibliogrficas no se encontrase algn posible impedimento para ser utilizado en un sistema

biolgico. Se seleccionaron 5 materiales: A) Fibra de coco (Cocus nucifera), B) Bagazo de caa de azcar

(Saccharum officinarum), C) Tabachin (Caesalpinia pulcherrima), D) Jacaranda (Jacaranda mimosifolia), E)

Casahuate (Ipomoea wolcottiana) (Garzn, 2011)

Los Materiales Preseleccionados fueron sometidos a una serie de pruebas en laboratorio: densidad

aparente, granulometra, contenido de lignina y celulosa, capacidad de adsorcin, porosidad in situ, grado de

compactacin, prdida de carga y calidad de los lixiviados que generan (DQO, pH, turbiedad, conductividad

y toxicidad). Se seleccionaron 4 materiales: A) Tabachin (Caesalpinia pulcherrima), B) Bagazo de caa de

azcar (Saccharum officinarum), C) Fibra de coco (Cocus nucifera) y D) Jacaranda (Jacaranda mimosifolia).

(Garzn, 2011). Los sistemas de biofiltracin a escala piloto fueron probados con aguas residuales

domsticas del municipio de Jiutepec, Morelos, Mxico.

19

Tabla No. 4: Resultados de Tratamiento de Agua Residual en el IMTA, Mxico

Fuente: Garzn, 2011

Segunda etapa del proyecto

Se continu operando los 4 sistemas de biofiltracin con mezcla de materiales orgnicos hasta cumplir

un ao de operacin, para determinar, con base a los resultados, cul o cules eran los mejores materiales

para la biofiltracin. Adems se ajustaron los sistemas de biofiltracin con base en los resultados que se han

obtenido durante el seguimiento de los mismos. Se busc sensibilizar y seleccionar un colaborador privado

que tenga la necesidad de instalar un sistema de tratamiento de aguas residuales con las caractersticas de la

biofiltracin sobre materiales orgnicos, para que financiara el primer sistema a escala real de este desarrollo.

(Garzn, 2011)

Posteriormente se decidi la construccin de una Vitrina Tecnolgica en Cuernavaca, donde se

construye una planta de tratamiento con biofiltracin en la Escuela Federa No. 2 en Cuernavaca, con un

caudal de 20 m3/da, la cual produce un efluente adecuado para descarga para riego de jardines. Dicha planta

se instal e inaugur en el 2007.

20

Tabla No. 5: Eficiencias de remocin de contaminantes del sistema de tratamiento al operar el biofiltro

sin aireacin en poca de estiaje.

Fuente: (Garzn, 2011)

Posteriormente, el IMTA trabaj con tres diferentes tipos de agua residual en unidades de biofiltracin

con dimensiones diferentes. En cada caso se determin la forma de operacin ptima para obtener una

mxima remocin de contaminantes. La operacin de los sistemas se ajust de acuerdo con los resultados

obtenidos luego de probar diferentes parmetros de control: tiempo de retencin hidrulico, caudal de entrada

de agua residual y carga orgnica.

Tabla No. 6: Resultados de Tratamiento de Diferentes Agua Residuales en el IMTA, Mxico

Agua Residual Parmetro Influente

Promedio

(mg/L)

Efluente

Promedio

(mg/L)

Remocin

Promedio

(%)

Granja de Puerco DQO

15,80

8 593 96.25

DBO5 9,324 8.6 99.9

SST 1,578 9.75 99.4

N-NH4+ 1,775 21 98.8

NTK 2,064 21 98.8

Colorante AO24 DQO 300 29 90.33

Color 350 2.2 99.12

Toxicidad (UT) 8 0 100

Industria

Petroqumica DQO 290 103 56

Conductividad 4 3.5 2.77

1,2 DCE (g/L) 8,894 < 10

>

99.75%

Benceno (g/L) 3,324 < 10

>

99.69 %

Tolueno (g/L) 398 < 10

>

97.49 %

Toxicidad (UT)

Vibrio f. 31 0.07 99.78

Daphnia m. 2 0.57 73.61

Selenstrum c. 7 2.95 57.8


Guatemala

21

El Dr. Garzn, investigador del IMTA, concluy que la biofiltracin con lecho orgnico es una

tecnologa viable adecuada para pases en desarrollo, por su bajo costo, su fcil operacin, su versatilidad

para ser empleado en diferentes tipos de agua residual y por su falta eficiencia de remocin.

Experiencias de Humedales

Los humedales se han utilizado para el tratamiento de agua residual desde hace varios aos y pases

distintos de Europa, Australia, Africa, Estados Unidos y otros. Los Humedales construidos se originaron

debido a una combinacin de la primera crisis de energa en 1973, por el crecimiento del movimiento verde

(green movement) y por experimentos casuales. Luego de observar las diferencias en los sistemas

convencionales y naturales, se agreg otra razn para su uso, la desconfianza de las nuevas tecnologas. La

utilizacin de los humedales para tratamiento de agua residual viene desde 1970. (Rousseau, 2011)

El primer intento de usar humedales con macrofitas en humedales controlados para tratamiento de agua

residual, fueron utilizados para remover varios qumicos (fenoles) en Alemania, a principios de la dcada de

1050. Sin embargo el primer humedal construido a escala completa fue a finales de la dcada de 1960 y

principios de 1970 para desage municipal en Europa. (Rousseau, 2011)

Durante las dcadas de 1970 y 1980 ms humedales construidos fueron utilizados para desages

municipales. Desde la dcada de 1990 los humedales se han utilizado ampliamente en el tratamiento de aguas

residuales, de agricultura e industria. Debido a la complejidad del agua residual, se han utilizado

combinaciones de varios tipos de humedales para el tratamiento. (Rousseau, 2011)

Para agua residual municipal, se utiliza ms los humedales de flujo subsuperficial que flujo superficial

para tratamiento secundario. Para tratamiento terciario los humedales con flujo superficial son ms comunes

y son muy utilizados en Estados Unidos y adems son eficientes para la desnitrificacin. (Rousseau, 2011)

a) Proyecto en San Diego California de un Humedal con Jacinto de Agua. Este humedal tiene un tamao de 2.6 hectreas y fue creado en Octubre de 1994.

Tabla No. 7: Resultados de Tratamiento de Agua Residual en San Diego, California, US.

Parmetro

Afluente

(mg/L)

Efluente

(mg/L)

% de

Reduccin

DBO 148 12.6 91

SST 131 9.7 93

NT 31 15.3 51

NH4 -N 21 9.5 55

NO3 -N 0.05 1.4

PO4 5.1 3.4 33

Fuente: (Rousseau, 2011)

22

b) Proyecto de Humedal en Repblica Checa para tratamiento secundario, construido en 2003. Este

sistema tiene un tanque imhoff para el tratamiento primario.

Tabla No. 8: Resultados de Tratamiento de Agua Residual en Repblica Checa

Parmetro

Afluente

(mg/L)

Pretratamiento

(mg/L)

Despus de

un Lecho de

humedal

(mg/L)

Efluente

(mg/L)

%

Reduccin

DBO 239 102 54 22.1 90.8

DQO 523 190 93 54 89.7

SST 316 40 6.2 3.9 98.8

NT 66 43 38 33.6 49.1

NH4-N 47.1 35.4 36.5 32.3 31.4

NO3 N 3.3 2.4 0.4 0.03 99.1

PT 10.8 9.2 7.4 6.8 37

SO4 2- 154 154 82 72.5 52.9

CF 7.5 6.8 4.9 4 99.97


Guatemala

Como se ha mencionado, los humedales pueden utilizarse para el tratamiento de agua residual de

agricultura e industria. El agua de plantas procesadores de alimentos (produccin de vino, leche, carne, queso

y azcar) estn caracterizadas por un alto contenido orgnico, fcilmente biodegradable y con

concentraciones altas de slidos suspendidos. (Rousseau, 2011)

c) Proyecto de Humedales hbridos en una fbrica de vinos en Italia. El sistema consta de dos humedales, el primero es de flujo horizontal (480 m3) y el segundo es de flujo de agua libre sobre la superficie

(850 m3)

Tabla No. 9: Resultados del Tratamiento de Agua Residual en una Fbrica de Vinos, Italia

Parmetro Afluente

Efluente

Humedal

1

Efluente

Humedal

2

%

Remocin

DBO 1833 49.4 25.4 99%

DQO 3906 131 84 98%

SST 213 13.3 23.4 89%

TN 18.9 4.8 3.5 81%

TP 4.7 1.5 1.3 72%

pH 9.1 6.9 7.4

Fuente: (Rousseau, 2011)

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Experiencias con Sistemas Naturales en Guatemala

En Guatemala, se han construido varios humedales en diferentes reas rurales.

a) Proyecto Pka en el Centro de Capacitacin Ricardo Prez, Playa Grande, Ixcn.

El sistema consta de un sedimentador para el tratamiento primario (7.5 m3) y un humedal para el

tratamiento secundario con un rea de 50 m2. El efluente es una descarga de canal de desage natural. El

volumen de agua tratada es de 2,250L/da, proveniente de oficinas, hospedaje y cocina. (De Len, 2011)

b) Proyecto Pka en la escuela primaria de la comunidad Copal AA La Esperanza, Cobn; Alta Verapaz

El sistema consta de un sedimentador para el tratamiento primario (10 m3) y un humedal para el

tratamiento secundario con un rea de 65 m2. El efluente del sistema se almacena y reutiliza para riego de

frutales. El volumen de agua tratada es de 3,000 L/da, proveniente de escuela primaria y clnica dental. (De

Len, 2011)

c) Proyecto Pka de la clnica de salud oral A.C.C.S.S en la comunidad Copal AA La Esperanza, Cobn; Alta Verapaz.

El sistema cuenta con un sedimentador (2 m3) para el tratamiento primario y luego un humedal de 16.5

m2 de rea. El efluente se descarga al Ro Copal AA y tiene un caudal de 600 L/da. El agua a tratar proviene

de la clnica de salud oral.

La motivacin del proyecto es el uso de la naturaleza para tratar el agua residual, ahorrando energa y

otros costos. Al mismo tiempo estas plantas de tratamiento naturales, tienen un aspecto de jardineras las

cuales tambin incentivan el tratamiento del agua residual, al no tener equipo y maquinaria grande. Adems

las podas de las plantas utilizadas en el humedal son utilizadas para otros fines, como en la elaboracin de

artesanas las cuales representan ingresos para las personas.

24

III. Justificacin del trabajo de investigacin

La Universidad del Valle de Guatemala, consciente de la problemtica de la contaminacin del agua en

el pas, propuso un proyecto de investigacin aplicada de tratamiento de agua residual con sistemas naturales,

para contribuir a la solucin de la misma, tomando en cuenta la escasez de recursos para utilizar sistemas

convencionales. Segn se indic en acpite anterior, en Guatemala el 90% de las aguas superficiales est

contaminado, y la mayora de la poblacin utiliza estas fuentes el agua para su consumo y aseo personal. La

falta de tratamiento de agua residual en el pas se debe en muchos casos a la falta de conocimiento y al alto

costo que ste representa. Adicionalmente, los sistemas convencionales remueven muy poco los nutrientes

(nitrgeno y fsforo), lo que ocasiona la eutrofizacin en los lagos del pas. Por estas razones se necesita el

uso de sistemas naturales para tratar el agua residual. As mismo, en Guatemala no se cuenta con datos

publicados sobre las eficiencias de estos sistemas por lo que no han sido divulgados sus beneficios. Por lo

tanto el objetivo de este proyecto fue disear, construir y evaluar un sistema de tratamiento natural de agua

residual a escala laboratorio para obtener resultados de la eficiencia de remocin de contaminantes.

25

IV. OBJETIVOS

A. General

1. Disear, construir y evaluar un sistema de tratamiento natural de agua residual a escala laboratorio.

B. Especficos

1. Disear, construir y evaluar un sistema de tratamiento de agua residual a escala laboratorio.

2. Disear, instalar y evaluar un sistema de tratamiento de Biofiltro con material filtrante orgnico (ficus) para tratamiento secundario de agua residual.

3. Evaluar la eficiencia de remocin de contaminantes del material orgnico (ficus).

4. Disear, evaluar e instalar un humedal de flujo subterrneo con plantas emergentes para tratar el agua residual que sale del biofiltro con material filtrante orgnico.

5. Evaluar la eficiencia de remocin de contaminantes del humedal.

6. Tratar el agua residual en un tren de tratamiento natural y monitorear los resultados de remocin de contaminantes por un ao, para evaluar la eficiencia del sistema.

7. Instalar el equipo necesario para realizar los anlisis de microbiologa del agua residual antes y despus del tratamiento.

8. Evaluar el tratamiento de aguas residuales con sistemas naturales para la remocin de contaminantes.

9. Divulgar a las autoridades, actores sociales e instituciones en el campo de su competencia la informacin obtenida de la investigacin.

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IV. METODOLOGIA

A. Localizacin

El sistema de tratamiento de agua residual de este proyecto const de tres procesos: tratamiento

primario (una fosa sptica), tratamiento secundario (un biofiltro con lecho orgnico y dos humedales de flujo

subsuperficial). Este sistema se construy en las instalaciones del Edificio de los Colegios Profesionales,

ubicado en la 0 calle, 15-46 zona 15, Colonia El Maestro, municipio de Guatemala, departamento de

Guatemala, con la siguientes coordenadas geogrficas: 143404.06 N 903010.30 O a una altitud de

1477 metros sobre el nivel del mar (msnm).

B. Fosa Sptica

Agua residual: El efluente a tratar es el que sale del Edificio de los Colegios Profesionales proveniente

de baos y lavado de manos.

Unidad experimental: El tratamiento primario se realiz por medio de tres cubetas de plstico de 40

litros, simulando una fosa sptica. El agua residual cruda fue bombeada por una bomba centrfuga desde la

caja de agua residual hasta la primera cubeta. Mientras el agua recorre las tres cubetas los slidos

sedimentables se van al fondo, reduciendo la concentracin de los mismos. Posteriormente el agua fue

elevada de la parte media de la tercera cubeta hacia el biofiltro. El motivo de esto es para que los slidos

sedimentados no ingresen al biofiltro.

Fotografa No. 1: Fosa Sptica

Fuente: FODECYT 041-2011 Instalaciones del Edificio de los Colegios de Profesionales

C. Biofiltro de material filtrante orgnico

Agua Residual: efluente de la fosa sptica.

Unidad Experimental: se utiliz un biofiltro con lecho orgnico a escala laboratorio, con tubera de 5

de dimetro y 1.80 m de longitud, constando de tres capas, la inferior de piedrn, la cual sirve de soporte para

la segunda capa que es el material filtrante. La tercera capa, que es muy pequea consta de viruta de madera,

la cual distribuye el agua residual uniformemente en el material filtrante. El afluente se introduce por la parte

superior del biofiltro muy lentamente por medio de una bomba dosificadora y el agua tratada sale por la parte

inferior del biofiltro. Se coloc una bomba de aire en la parte inferior del biofiltro por lo que el aire fluye a

contracorriente del agua residual.

27

Medio Filtrante: el medio filtrante est formado por pequeos trozos de madera del rbol de Ficus, el

cual se ha utilizado anteriormente en el mismo proceso por los investigadores del IMTA, Mxico, para el

tratamiento de agua residual.

Condiciones de Operacin: para el buen manejo del tratamiento en el biofiltro, se debe de controlar el

caudal del agua residual para no saturar el material filtrante. El aire fue suministrado semanalmente para

evitar sobresaturacin de oxgeno.

Ilustracin No. 1: Diagrama de Biofiltro

E-1

Entrada

Afluente

(AR)

Salida

Aire

Capa 3

Viruta de

Madera

Capa 2

Material

Filtrante

Capa 1

Piedrn

Salida Efluente

(agua tratada)

Entrada

Aire

Aire

Agua

Residual


Guatemala

Fotografa No. 2: Biofiltro instalado

Fuente: FODECYT 041-2011 Instalaciones del Edificio de los Colegios Profesionales

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Humedal subterrneo con plantas emergentes

Agua a tratar: efluente del biofiltro.

Unidad Experimental: se construyeron dos humedales. El espacio de los humedales se rellen con

grava, el cual sirve como material de soporte para las plantas y microorganismos que se desarrollan, y

adems funciona como medio filtrante. A la entrada y salida se utiliz piedras ms grandes para que no se

tape la entrada y salida de cada tanque. Se sembraron seis plantas cola de caballo y cuatro cartuchos blancos.

Se instalaron las tuberas de entrada y una de salida para producir el flujo hidrulico.

Especies Vegetales: las especies que se utilizaron son cola de caballo (Equisetum giganteum y E.

hyemale) y cartucho blanco (Zantedeschia aethiopica)

Fotografa No. 3: Cola de Caballo Fotografa No. 4: Cartucho blanco

Fuente: Fuente: FODECYT 041-2011 Instalaciones del Edificio de los Colegios Profesionales.

Condiciones de Operacin: para un buen tratamiento en el humedal se debe de controlar que no hayan

flujos preferenciales, ya que esto indica que hay colmatacin en la grava.

Ilustracin No. 2: Diagrama Humedal

Pendiente < 1%

Entrada Afluente

(proveniente de biofiltro)

Salida Efluente Humedal

Oxigeno introducido por

la raiz

Piedrn

Piedra ms grande en

entrada y salida

Planta

Raiz de la Planta


Guatemala

http://www.google.com.gt/imgres?sa=X&hl=es&biw=1138&bih=518&tbm=isch&tbnid=iDmATMOLuMdyOM:&imgrefurl=http://es.123rf.com/photo_8471607_planta-de-ordinario-equisetum-de-la-cola-de-caballo-aislado-sobre-fondo-blanco.html&docid=GQubDeKyBAdlsM&imgurl=http://us.123rf.com/400wm/400/400/vilax/vilax1012/vilax101200013/8471607-planta-de-ordinario-equisetum-de-la-cola-de-caballo-aislado-sobre-fondo-blanco.jpg&w=846&h=1200&ei=UOFyUcvaJILo8QS474HwDQ&zoom=1&ved=1t:3588,r:94,s:0,i:437&iact=rc&dur=2278&page=7&tbnh=174&tbnw=136&start=92&ndsp=16&tx=30&ty=111.33334350585937

29

Ilustracin No. 3 : Configuracin de plantas en el humedal.

Humedal 1 Humedal 2


Guatemala

Fotografa No. 5: Humedal instalado 1 y 2


Guatemala

Parmetros a monitorear: despus de la instalacin y arranque del sistema se analizaron los siguientes

parmetros: demanda bioqumica de oxgeno (DBO), slidos suspendidos totales (SST), nitratos (NO3),

fsfato (PO4), conductiviedad y pH.

CC1

CC2

CC3

CC4

CA1

CA2

CC5

CC6

CA3

CA4

CC1

30

Ilustracin No. 4: Puntos de Muestreo

1. Agua residual cruda

2. Entrada biofiltro

3. Salida biofiltro Entrada humedal 1

4. Entrada humedal 2

5. Salida del sistema


Guatemala

D. Mtodos de anlisis realizados al agua residual.

1. Medicin de pH

Para este anlisis se utiliza el equipo HACH sensION 156. El mtodo es el siguiente:

1) Conectar el electrodo de pH, alineando cuidadosamente los pines con el medidor de pH. Encender el medidor.

2) Remover el electrodo de la solucin de almacenamiento. Lavar y secar la punta del electrodo. 3) Colocar el electrodo en una muestra de solucin bfer estndar de 7.00 y colocar ambos sensores

sumergidos. Agitar en forma adecuada.

4) Si el medidor no est en pH, presionar el botn pH. 5) Presionar CAL. CAL y ? aparecern parpadeando en la pantalla, junto con la palabra Standard y 1. 6) Presionar READ. El instrumento reconocer el bfer y se estabilizar. 7) Lavar y secar el electrodo. 8) Colocar el electrodo en la segunda solucin bfer con los sensores sumergidos. Agitar en forma

adecuada.

9) Presionar READ. El instrumento reconocer el bfer y se estabilizar. 10) Presionar EXIT para aceptar la calibracin despus de dos puntos, luego presionar ENTER para guardar

la calibracin.

11) Lavar y secar el electrodo. Colocar el electrodo limpio en la muestra con los sensores sumergidos. Agitar la muestra.

12) Presionar READ. El instrumento mostrar una lectura estable. 13) Lavar y secar el electrodo entre mediciones de diferentes muestras.

2. Medicin de conductividad

Para este anlisis se utiliza el equipo HACH sensION 156. El mtodo es el siguiente:

1) Conectar el electrodo de conductividad, alineando cuidadosamente los pines con el instrumento. Encender el instrumento.

1 2

1 2 3 4

5

31

2) Seleccionar un estndar adecuado para la medicin de la conductividad. HACH recomienda un estndar de 1000 S/cm para la mayora de mediciones, incluyendo agua residual. Utilizar una solucin estndar

de 491 mg/L NaCl.

3) Lavar y secar el electrodo. 4) Colocar el electrodo en una muestra del estndar de conductividad con los sensores sumergidos. Agitar el

electrodo para remover las burbujas. Evitar el contacto del electrodo con las paredes.

5) Si el instrumento no est en el modo de conductividad, presionar el botn CON. 6) Presionar CAL. Las unidades a emplear deben ser S/cm. Utilizar las teclas numricas en caso que se

desee cambiar las unidades para el valor de conductividad.

7) Presionar ENTER. 8) Lavar y secar el electrodo. 9) Colocar el electrodo limpio en una muestra con los sensores sumergidos. Agitar el electrodo para

remover burbujas.

10) Presionar READ. El instrumento mostrar un valor estable en S/cm. 11) Lavar y secar el electrodo entre mediciones de diferentes muestras

3. Medicin de slidos suspendidos

Se utiliz el mtodo 8006 del colormetro HACH DR/890. El procedimiento es el siguiente:

1) Ingresar el nmero de programa guardado para slidos suspendidos. Presionar PRGM. La pantalla mostrar: PRGM ?

2) Presionar: 94 ENTER. La pantalla mostrar mg/L, SuSld y el cono ZERO. 3) Licuar 500 mL de muestra en una licuadora a alta velocidad por dos minutos. 4) Colocar la muestra licuada en un vaso de precipitados de 600 mL. 5) Llenar la celda de muestra con 25 mL de agua desmineralizada. 6) Colocar el blanco en el portacelda. Cubrir la celda de muestra fuertemente con la tapa del instrumento. 7) Presionar: ZERO. El cursor se mover a la izquierda y luego mostrar: 0 mg/L SuSld. 8) Agitar la muestra e inmediatamente agregar 25 ml de la muestra licuada a la celda de muestra (la muestra

preparada).

9) Remover cualquier burbuja de gas y suspender uniformemente cualquier residuo de la muestra. 10) Colocar la muestra preparada en el portacelda. Cubrir la celda de muestra fuertemente con la tapa del

instrumento.

11) Presionar: READ. El cursor se mover a la izquierda y luego mostrar el resultado de slidos suspendidos en mg/L.

4. Medicin de nitrgeno en forma de NO3-

Se utiliz el mtodo de reduccin de cadmio para agua, agua residual y agua de mar, en base al mtodo

8039 del colormetro HACH DR/890. El procedimiento es el siguiente:

1) Ingresar el nmero de programa guardado para nitrgeno-nitrato de alto rango. Presionar PRGM. La pantalla mostrar: PRGM ?

2) Presionar: 51 ENTER. La pantalla mostrar mg/L, NO3-N y el cono ZERO. 3) Llenar una celda con 10 mL de la muestra. 4) Agregar el contenido de un polvo de reactivo para nitrgeno en forma de NO3

- NitraVer 5 a la celda de la

muestra. Tapar la celda.

5) Presionar: TIMER ENTER. Un perodo de reaccin de un minuto empezar. Agite vigorosamente la celda de muestra hasta que el temporizador suene.

32

6) Despus que suene el temporizador, la pantalla mostrar: 5:00 TIMER 2. Presione ENTER. Un perodo de reaccin de cinco minutos empezar.

7) Llenar otra celda con 10 mL de muestra. Limpie cualquier huella dactilar o lquido en el exterior de la celda.

8) Colocar el blanco en el portacelda. Cubrir la celda de muestra fuertemente con la tapa del instrumento. 9) Cuando suene el temporizador, presionar: ZERO. El cursor se mover a la izquierda y luego mostrar:

0.0 mg/L NO3-N.

10) Colocar la muestra preparada en el portacelda. Cubrir la celda de muestra fuertemente con la tapa del instrumento.

11) Presionar: READ. El cursor se mover a la izquierda y luego mostrar el resultado, en mg/L NO3-N.

5. Medicin de fsforo reactivo

Se utiliz el mtodo de cido ascrbico par agua, agua residual y agua de mar en base al mtodo 8048

del colormetro HACH DR/890. El procedimiento es el siguiente:

1) Ingresar el nmero de programa guardado para fsforo reactivo, mtodo de cido ascrbico. Presionar PRGM. La pantalla mostrar: PRGM ?

2) Presionar: 79 ENTER. La pantalla mostrar mg/L, PO4 y el cono ZERO. 3) Llenar una celda con 10 mL de la muestra. 4) Agregar el contenido de un polvo de reactivo para fosfatos PhosVer 3 a la celda de la muestra. Tapar la

celda y agitar por 15 segundos.

5) Presionar: TIMER ENTER. Un perodo de reaccin de dos minutos empezar. 6) Llenar otra celda con 10 mL de muestra, la cual ser el blanco. 7) Colocar el blanco en el portacelda. Cubrir la celda de muestra fuertemente con la tapa del instrumento. 8) Presionar: ZERO. El cursor se mover a la izquierda y luego mostrar: 0.00 mg/L PO4. 9) Cuando suene el temporizador, colocar la muestra preparada en el portacelda. Cubrir la celda de muestra

fuertemente con la tapa del instrumento.

10) Presionar: READ. El cursor se mover a la izquierda y luego mostrar el resultado, en mg/L PO4-3

.

6. Demanda Bioqumica de Oxgeno

Mtodo de dilucin (Mtodo 8043)

1. Prepara el agua para diluir la muestra utilizando una bolsa de solucin tampn de nutriente de DBO. a. Seleccionar la bolsa de solucin tapn de nutriente de DBO para 3 litros de agua (No de

catlogo 14861-98).

b. Llenar un beaker de 5L con agua destilada a 20 C hasta 3 L. c. Sacudir la bolsa, abrirla y agregar el contenido en el beaker de 5 litros. d. Agitar la solucin hasta que se toda la solucin tapn se encuentre disuelta en el agua

destilada.

2. Determinar el rango de volmenes de las muestras requeridos por la muestra. 3. Medir con una pipeta una serie graduada de por lo menos cuatro pero preferentemente cinco o seis

porciones de muestra bien mezcladas y transferirlas a botellas separadas de DBO de 300 ml y con

tapn de vidrio. Agitar la muestra con la pipeta antes de colocar con la pipeta cada porcin.

4. Llenar cada botella exactamente hasta el pico con agua de dilucin. Al agregar el agua, dejar que la misma caiga lentamente por los lados de la botella para evitar la formacin de burbujas.

5. Tapar la botella, apretar el tapn de la botella con el dedo e invertir la botella varias veces para que se mezcle.

6. Agregar al pico de la botella agua de dilucin suficiente para forma un sello de agua.

33

7. Realizar las mediciones de DBO iniciales, en el da de la preparacin de la muestra. 8. Incubar en la oscuridad durante 5 das a 20 1C. 9. Cuando se haya completado el periodo de incubacin, determinar el contenido de oxgeno disuelto en

cada botella.

34

PARTE II

MARCO TERICO

35

A. Aspectos conceptuales

I. Agua. Cuerpo formado por la combinacin de un volumen de oxgeno y dos de hidrgeno, lquido incoloro,

inspido, que refracta la luz, disuelve muchas sustancias, se solidifica por el fro, se evapora por el calor y es

ms o menos puro. Forma la lluvia, las fuentes y los mares. (Diccionario tcnico del agua, 1975)

Guatemala es una de las regiones privilegiadas del planeta donde el agua es relativamente abundante.

Esta abundancia, sin embargo, ha sido la causa del poco inters en cuidarla y preservarla para las futuras

generaciones, por lo cual se hace necesario el uso de tecnologas convencionales y sistemas naturales para el

tratamiento del agua residual. (Lpez, I. 2006)

Segn el uso que se le d al agua, esta puede clasificarse en:

Uso domstico: bebida, higiene personal, higiene de la vivienda, medio para la eliminacin de residuos.

Uso comercial: higiene, va de comunicacin.

Uso industrial: fuente de energa, uso en diversos productos manufacturados, como elemento auxiliar de fabricacin, como refrigerante o transportador de calor

Uso agrcola: riego, lavado de terrenos.

Uso pblico: demanda de incendios, higiene de poblaciones.

II. Agua potable Son aquellas cuyas condiciones fsicas, qumicas y caracteres microbiolgicos no sobrepasan ninguno de

los lmites establecidos como mximos o tolerantes. (Diccionario tcnico del agua, 1975)

En Guatemala, no todas las comunidades que tienen la oportunidad de contar con agua, es potable, por lo

que las personas que si cuentan con el lquido vital deben darle el mejor uso y en caso que sea posible darle

el tratamiento a los residuos para su reutilizacin.

III. Depsito de agua

Es un lago, laguna, embalse, tanque, estanque, etc. de origen natural o artificial, utilizado para

almacenamiento, regulacin y control del agua. (Diccionario tcnico del agua, 1975)

En Guatemala, por lo general se enfrentan problemas con el agua, ya que en muchos hogares no se cuenta

con un servicio regular de tan vital lquido, por la desigualdad existente, por lo cual muchas personas se ven

en la necesidad de conservarla en depsitos o recipientes para su uso diario, no obstante lo hacen

inadecuadamente. (Lpez, I. 2006)

B. Problemtica de agua en Guatemala

En Guatemala, el problema del agua no solamente es la escasez, sino que el precio, el cual se ha

incrementado en los ltimos aos. As mismo, la poblacin no tiene una conciencia clara de la realidad sobre

la necesidad de cuidar este servicio, para poder aprovecharlos y tomar medidas para evitar su desperdicio.

36

Estos son factores que deben tomarse en cuenta para prevenir un colapso del sistema del servicio del agua

a mediano plazo.

Actualmente, el problema del agua en Guatemala empieza a manifestarse en forma alarmante. La

empresa Municipal del Agua (EMPAGUA) inform recientemente que implementar un plan de

contingencia debido a la escasez, contemplando un plan de racionamiento en la distribucin del agua para el

actual ao; ya que como consecuencia de la sequa, se disminuye el caudal del agua en la capital. La planta

Lo de Coy registr 900 L/s, cuando la norma en esta poca es de 1200 L/s, informando tambin que

recientemente se han abierto 34 pozos a unos 1500 metros de profundidad, cuando la norma no es mayor de

1000 m. La empresa analiza habilitar ms de 30 nuevos pozos si la situacin se agudiza. Recientemente, la

empresa municipal de agua de la municipalidad capitalina realiz una evaluacin para disponer un

racionamiento en la distribucin del agua potable. (Lpez, I. 2006)

La Organizacin de Naciones Unidas (ONU) reconoce que ms de 1,400 millones de personas carecen de

agua potable y ms de 5.3 millones mueren cada aos. Cada 8 segundos muere en el mundo un nio por una

enfermedad relacionada con la problemtica en la contaminacin del agua, ya sea por enfermedades

gastrointestinales, intoxicaciones o falta de acceso. (Lpez, I. 2006)

Con el fin de ilustrar la importancia que tiene el uso adecuado del agua y sus beneficios para la salud, la

economa familiar y para el desarrollo del pas, nos basaremos en el estudio realizado por las Naciones

Unidas, que refiere que en el ao 1999, 31 pases presentan problemas graves de escasez de agua, para el ao

2025 sern 48 pases y para el ao 2050, 55 pases lo que afectar directamente a 2500 millones de seres

humanos.

Adems, estudios a nivel centroamericano indican que de los 35 millones de pobladores de la regin

centroamericana, 20 millones consumen agua contaminada. (Lpez, I. 2006)

Condiciones Sanitarias

La mayor parte de las enfermedades comunes en Guatemala responden a deficiencias en el servicio como

el agua potable o el alcantarillado. Es importante resalta que disponer de tubera no necesariamente equivale

a captar en todo momento agua potable, ya que frecuentemente esta no llega las 24 horas del da en

numerosos hogares. Adems, en los ltimos aos la contaminacin ha ido aumentando en la mayora de las

fuentes de agua.

Por lo general, las poblaciones contraen enfermedades relacionadas con el agua por el consumo del

lquido o alimentos contaminados directa o indirectamente. En el caso de Guatemala, las enfermedades

transmitidas causan una proporcin considerable de las muertes prematuras, especialmente en los primeros

cinco aos de vida, un elevado porcentaje de este grupo son las enfermedades diarreicas de origen fecal, y se

transmiten a travs de las manos, alimentos o el agua contaminada. (Lpez, I. 2006)

Efectos de escasez del agua

Es necesaria una evaluacin en el impacto que el recurso hdrico ocasiona en la economa del pas ya que

se ve como una prdida de oportunidades de desarrollo. En muchas ocasiones, se tienen prdidas econmicas

por inundaciones, prdidas en generacin de energa hidroelctrica, deterioro del desarrollo turstico y

recreativo, poco desarrollo de nuevos medicamentos, drogas, productos qumicos y alimentos y altos costos

sociales.

37

As mismo, presenta efectos negativos en los elevados ndices de enfermedades originadas por falta,

escasez y contaminacin de este lquido vital, ocasionando incluso la muerte especialmente de nios y

ancianos. (Lpez, I. 2006)

C. Agua residual

El agua residual es una combinacin de lquidos y residuos slidos transportados en sta que son

eliminados de residencias, instituciones y establecimientos comerciales e industriales, as como el agua

subterrnea, superficial o pluvial que pudiera estar presente en la misma.

El agua residual no tratada provoca malos olores, adems de contener microrganismos patgenos que

puede habitar en el tracto intestinal de los humanos; esto debido a la descomposicin de la materia orgnica

que contiene el agua. Adems, contiene nutrientes que promueven el crecimiento de plantas acuticas y

puede llegar a contener materiales txicos, potencialmente mutgenos o carcingenos.

Es por esto que, para proteger la salud pblica y el ambiente, es importante remover el agua residual de

las fuentes de generacin, tratarla y reusar, o dispersarla al ambiente despus del tratamiento. Para alcanzar

dicho objetivo, es necesario tener conocimiento acerca de los constituyentes de mayor impacto ambiental en

el agua residual, el impacto de estos constituyentes cuando el agua residual es dispersada al ambiente, la

transformacin y el destino a largo plazo de los constituyentes en los procesos de tratamiento, los mtodos de

tratamiento que pueden ser utilizados para remover o modificar los constituyentes del agua residual y los

mtodos para el benfico uso o disposicin de lodos generados por los sistemas de tratamiento. (Metcalf &

Eddy, 2003: 1)

D. Caractersticas del agua residual

Los cambios tecnolgicos que ocurren en la manufactura provocan un cambio en los compuestos

descargados, lo cual afecta las caractersticas del agua residual. Muchos compuestos generados en los

procesos industriales son difciles y costosos de tratar por mtodos convencionales. Por lo tanto, el pre

tratamiento efectivo se convierte en una parte esencial de un programa de manejo general de la calidad de

agua.

Sin embargo, algunos contaminantes regulados todava son vertidos a los colectores municipales de agua

municipal, por lo que en el futuro, para prevenir la contaminacin, cada compuesto que entre a una corriente

de aguas residuales debe contar con un estudio de impacto ambiental que determine la viabilidad del

tratamiento de dicho compuesto. Si un compuesto no puede ser tratado efectivamente, entonces no debe ser

utilizado.

Para la caracterizacin del agua residual se utilizan tcnicas analticas que se apoyan en instrumentacin

nueva y sofisticada. Las concentraciones de los constituyentes del agua residual suelen darse en miligramos

por litro (mg/L); sin embargo, las mediciones en microgramos por litro (g/L) y nanogramos por litro (ng/L)

son ahora comunes.

Debido a las caractersticas cambiantes del agua residual y la imposicin de parmetros ms estrictos para

las descargas de aguas residuales, se le ha dado un mayor nfasis a su caracterizacin. Debido a que el

conocimiento acerca de la naturaleza del agua residual es fundamental para el diseo y operacin de

facilidades que permitan su recoleccin, tratamiento, y reso, es necesario conocer los constituyentes del

agua residual. (Metcalf & Eddy, 2003:9)

38

E. Composicin del agua residual domstica no tratada

El agua residual domstica es aquella que es descargada por residencias e instalaciones comerciales,

institucionales o de ndole similar. La principal fuente de dichas aguas en una comunidad son las reas

residenciales y los distritos comerciales. (Metcalf & Eddy, 2003:154)

Datos tpicos para la composicin del agua residual domstica no tratada, obtenida de los sistemas de

drenajes de aguas negras en los Estados Unidos, son presentados en el cuadro 1. Los datos en el cuadro 1

para una concentracin baja corresponden al caudal de 750 L/persona-da, para una concentracin media al

caudal de 460 L/persona-da y para una concentracin alta al caudal de 240 L/persona-da. (Metcalf & Eddy,

2003:185)

Tabla No. 10: Composicin tpica de agua residual domsticas no tratada.

Parmetro Unidad Baja

concentracin

Media

concentracin

Alta

concentracin

Slidos suspendidos totales

(SST) mg/L 120 210 400

Demanda bioqumica de

oxgeno (DBO5, 20 C) mg/L 110 190 350

Demanda qumica de oxgeno

(DQO) mg/L 250 430 800

Nitrgeno total (NT) mg/L 20 40 70

Nitratos mg/L 0 0 0

Fsforo total (PT) mg/L 4 7 12

Coliformes totales (CF) NMP 106-10

8 10

7-10

9 10

7-10

10

Coliformes fecales (CF) NMP 103-10

5 10

4-10

6 10

5-10

8

Fuente: (Metcalf & Eddy, 2003:186)

F. Parmetros a evaluar en la planta de tratamiento de agua residual

Tanto las concentraciones de los contaminantes como los caudales de aguas residuales deben conocerse

para disear un sistema de tratamiento. Ambos ayudan a determinar las cargas contaminantes.

En general, se analiza el pH, la conductividad elctrica, la materia en suspensin, la demanda qumica de

oxgeno (DQO), la demanda bioqumica de oxgeno (DBO5), los nutrientes (nitrgeno y fsforo), y en

algunos casos los microrganismos indicadores de contaminacin fecal si se va a reutilizar el efluente

depurado. (Garca y Corzo, 2008:23)

1. pH: La concentracin de iones de hidrgeno es un parmetro importante tanto para agua natural como residual. La forma usual de expresar esta concentracin es con el pH, el cual es definido como el logaritmo

negativo de la concentracin de iones de hidrgeno.

El rango adecuado de pH para la existencia de la mayora de vida es muy reducido y crtico,

encontrndose en un rango de 6 a 9. El agua residual con un pH bajo es muy difcil de tratar por mtodos

biolgicos y si no es modificado, su descarga puede alterar el pH en las aguas naturales. Para los efluentes

descargados al ambiente, el rango de pH permitido vara entre 6.5 a 8.5. (Metcalf & Eddy, 2003:57)

39

2. Slidos suspendidos totales (SST): Son una porcin de los slidos totales (ST) retenidos en un filtro con un tamao de poro especfico, medidos despus de ser secados a 105 C. El filtro ms utilizado es el de

fibra de vidrio Whatman, el cual tiene un tamao de poro nominal de 1.58 m. (Metcalf & Eddy, 2003:43)

3. Demanda qumica de oxgeno (DQO): Es un parmetro utilizado para determinar la cantidad de oxgeno equivalente en la materia orgnica que puede ser oxidado por un agente qumico oxidante fuerte,

dicromato de potasio, en un medio cido. (Davis, 2010:18-7)

4. Demanda bioqumica de oxgeno (DBO5): Es el parmetro ms utilizado para la determinacin de contaminacin orgnica tanto en agua superficial como residual. Dicha determinacin implica la medida del

oxgeno disuelto usado por los microorganismos en la oxidacin bioqumica de la materia orgnica. Es usado

actualmente como parmetro para determinar la cantidad aproximada de oxgeno que es requerida para

estabilizar la materia orgnica presente, para determinar el tamao de una planta de tratamiento de aguas

residuales, para medir la eficiencia de algunos procesos de tratamiento y para determinar el cumplimiento

con respecto a las descargas lmites permitidas. (Metcalf & Eddy, 2003:81)

El DQO en el agua residual, en general, debe ser mayor al DBO5 debido a que una mayor cantidad de

compuestos puede ser oxidada en forma qumica que en forma biolgica y porque el DBO5 no equivale a la

demanda bioqumica de oxgeno (DBO). (Davis, 2010, p. 18-7). Valores tpicos para la relacin DBO/DQO

para aguas municipales no tratadas estn en el rango de 0.3 a 0.8. Si la relacin DBO/DQO es igual o mayor

a 0.5, el agua residual se considera de fcil tratamiento por mtodos biolgicos. Si es menor a 0.3, puede que

el agua residual tenga algunos componentes txicos o que se requieran microrganismos aclimatados para su

estabilizacin. (Metcalf & Eddy, 2003:96)

5. Nitrgeno total (NT): El nitrgeno es un elemento esencial para la sntesis de protena, por lo que se requiere evaluar su presencia en el agua residual para determinar la viabilidad de su tratamiento por medios

biolgicos. En caso que el nitrgeno presente sea insuficiente, se necesita la adicin de nitrgeno para hacer

tratable el agua residual.

Las formas ms comunes e importantes de nitrgeno en el agua residual, con su correspondiente estado

de oxidacin, son: el amoniaco (NH3, III), amonio (NH4+, -III), gas nitrgeno (N2, 0), ion nitrito (NO2

-, +III)

e ion nitrato (NO3-, +V).

El nitrgeno total es la suma de nitrgeno orgnico, amoniaco, amonio, nitritos y nitratos. El nitrgeno

orgnico proviene de una mezcla compleja de compuestos, que incluye aminocidos, amino azcares y

protenas. (Metcalf & Eddy, 2003:60)

6. Fsforo total (PT): El fsforo tambin es esencial para el crecimiento de algas y otros organismos. Debido al crecimiento de algas nocivas en aguas superficiales, el inters en controlar la cantidad de

compuestos fosforados en las descargas municipales o industriales ha aumentado.

El fsforo puede aparecer de diversas formas en el agua residual. En ellas estn los ortofosfatos (PO3-,

HPO2-, H2PO4

-, H3PO4), los polifosfatos y el fosfato orgnico. Juntos, son llamados fsforo total. (Davis,

2010:18-7)

7. Coliformes fecales (CF): El agua sirve como medio de transporte para ciertas enfermedades que pueden ser transmitidas por va fecal-oral. Es por esto que se requiere de organismos indicadores que estn

presentes cuando existe contaminacin fecal. Dichos microorganismos deben ser constantes, abundantes y

exclusivos de la materia fecal, adems de ser capaces de desarrollarse extraintestinalmente y tener una

sobrevivencia similar a los patgenos intestinales.

40

El grupo de bacterias coliformes fecales comprende organismos gram-negativos, tanto aerobios como

anaerobios facultativos, no esporulados, que fermentan lactosa y tienen la capacidad de producir gas en un

lapso mximo de 48 horas de incubacin a una temperatura de 44.5 0.1 C. Aunque este grupo no incluye a

ninguna especie especfica, la ms representativa es Escherichia coli. (Camacho, 2010)

G. Operaciones y procesos unitarios de una planta de tratamiento de agua residual

Los mtodos por los cuales se trata el agua residual por medio de la aplicacin de fuerzas fsicas se

conocen como operaciones unitarias. Por otra parte, los mtodos en donde la remocin de contaminantes se

da por medio de reacciones qumicas o biolgicas se llaman procesos unitarios. La combinacin de ambos se

agrupa en niveles de tratamiento, conocidos como tratamiento preliminar o pre-tratamiento, primario,

secundario y terciario. (Metcalf & Eddy, 2003:11)

Tipos de tratamiento de agua residual

1. Pre-tratamiento: Es un conjunto de procesos realizados al inicio del sistema de tratamiento de agua residual que tienen como objetivo eliminar slidos gruesos (ramas, plsticos, piedras, etc.), grasas y arenas

que pueden afectar, obstruir o daar el sistema en los procesos posteriores.

En los sistemas de pequeos municipios (con menos de 2000 habitantes) es comn utilizar un canal,

donde se encuentran en forma sucesiva una zona en la que se ubica un aliviadero de exceso de caudal, otra

zona en la que se sita una rejilla de gruesos y finos, y una ltima zona de desarenado. Al final del canal se

puede colocar un desengrasante, en el caso que la cantidad de aceites y grasas descargados sean altos. De lo

contrario, los tanques Imhoff o las fosas spticas en el tratamiento primario pueden remover dichos

compuestos. (Garca y Corzo, 2008:33)

2. Tratamiento primario: Es el primer proceso en una planta de tratamiento de agua residual en donde se disminuye considerablemente la cantidad de slidos suspendidos, los cuales contribuyen significativamente a

la demanda bioqumica de oxgeno (DBO5) del agua residual. Tambin disminuye el consumo energtico y

problemas en la operacin de la planta en los procesos posteriores. Por otra parte, sirve para disminuir la

cantidad de material particulado inerte y otros materiales que no hayan sido removidos en el pre-tratamiento.

Estos materiales son: grasas, aceites, plsticos, hojas, cabello, y cualquier otro material flotante.

La principal forma de tratamiento primario del agua residual es la sedimentacin. Por lo tanto, es

llamado sedimentacin primaria. Es la ms vieja y ms utilizada de las operaciones unitarias en el

tratamiento de agua residual. (Davis, 2010:21-1)

En el caso de tratamiento de agua residual para pequeas comunidades, se pueden emplear fosas

spticas. stas permiten la sedimentacin de la materia en suspensin y su acumulacin en el fondo en forma

de que los lodos se descompongan en forma anaerbica. Este proceso se llama digestin y permite disminuir

el volumen de lodos gracias a la produccin de gases, principalmente CO2 y CH4. El gas generado sube a la

superficie acarreando slidos, los cuales forman una capa de espuma bastante espesa. La falta de esta capa

indica que la fosa sptica no est operando adecuadamente. (Garca y Corzo, 2008:41)

3. Tratamiento secundario: Utiliza los procesos por los cuales los microrganismos, principalmente bacterias, estabilizan los componentes del agua. La mezcla de microrganismos es denominada biomasa. Una

porcin del agua es oxidada, liberando energa, y el resto es utilizada como elemento constitutivo del

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protoplasma. Por lo tanto, lo que hace que la biomasa estabilice el agua es que le da la energa y los

componentes qumicos necesarios para su reproduccin.

En general, la biomasa puede funcionar en un rango amplio de pH, generalmente de 5 a 9. Sin embargo,

algunos microrganismos requieren un rango de pH ms reducido. Es importante mantener el pH a un nivel

relativamente constante en todo el proceso, as como mantenerlo en el rango antes mencionado. De igual

manera ocurre con la temperatura, ya que muchos microrganismos pueden sobrevivir en un rango amplio de

temperatura pero no se ajustan adecuadamente a fluctuaciones pequeas, incluso de algunos grados

centgrados. Existen tres rangos de temperatura principales en los cuales un organismo puede sobrevivir. El

rango psicroflico (5 a 20 C), e

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