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UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA
FACULTAD DE CIENCIA, TECNOLOGÍA Y AMBIENTE
Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento de las Aguas
Mieles de la Finca San Antonio, Matagalpa
Elaborado por: MSc. Carlos Vallejos
Colaboradora: Mirna Paola Medina Silva
Ingeniera en Calidad Ambiental
Managua, Nicaragua
Abril, 2016
ÍNDICE DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 1
2. OBJETIVOS ............................................................................................................................... 2
2.1. General ................................................................................................................................ 2
2.2. Específicos .......................................................................................................................... 2
3. METODOLOGÍA ....................................................................................................................... 3
3.1. Etapa de campo ................................................................................................................... 3
3.2. Etapa de laboratorio ............................................................................................................ 4
3.2.1. Determinación de DQO ............................................................................................... 4
3.2.2. Determinación de nitratos ........................................................................................... 5
3.2.3. Determinación de fosfatos ........................................................................................... 6
3.2.4. Medición de pH y temperatura .................................................................................... 6
3.3. Etapa de análisis e interpretación de resultados .................................................................. 7
3.3.1. Cálculo de concentración de contaminantes................................................................ 7
3.3.2. Eficiencia de remoción del sistema de tratamiento ..................................................... 7
3.3.3. Comparación con los límites establecidos ................................................................... 7
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................................. 8
4.1. Concentración de contaminantes ......................................................................................... 8
4.1.1. Determinación de DQO ............................................................................................... 8
4.1.2. Determinación de nitratos ........................................................................................... 9
4.1.3. Determinación de fosfatos ......................................................................................... 11
4.1.4. pH y temperatura ....................................................................................................... 13
4.2. Eficiencia de remoción del sistema de tratamiento ........................................................... 13
4.3. Comparación con los límites establecidos......................................................................... 14
5. ALCANCES Y LIMITACIONES............................................................................................. 16
6. CONCLUSIONES .................................................................................................................... 18
7. LISTA DE REFERENCIAS ..................................................................................................... 19
ANEXO A ......................................................................................................................................... 20
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 4. 1. Valores de DQO a la entrada del STAR ........................................................................... 8
Tabla 4. 2. Valores de DQO a la salida del STAR .............................................................................. 8
Tabla 4. 3. Relación DBO/DQO ......................................................................................................... 9
Tabla 4. 4. Curva de calibración para nitratos .................................................................................... 9
Tabla 4. 5. Concentración de nitratos a la entrada del STAR ........................................................... 10
Tabla 4. 6. Concentración de nitratos a la salida del STAR ............................................................. 11
Tabla 4. 7. Curva de calibración para ortofosfatos ........................................................................... 11
Tabla 4. 8. Concentración de fosfatos en muestras ........................................................................... 12
Tabla 4. 9. Valores de pH a la entrada y salida del STAR ................................................................ 13
Tabla 4. 10. Eficiencia de remoción de cada parámetro ................................................................... 14
Tabla 4. 11. Comparación de las concentraciones con los valores normados .................................. 14
Tabla A. 1. Rangos y límites permisibles en art. 38 Decreto 33-95 .................................................. 20
Tabla A. 2. Estándares de descarga recopilados por Clocksin, Gilmour & Moss (2014) ................. 20
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 3. 1. Punto inicial: entrada al STAR........................................................................................ 3
Figura 3. 2. Punto final: entrada al tercer filtro .................................................................................. 3
Figura 4. 1. Gráfico Absorbancia vs Concentración de nitratos……...…………………………….10
Figura 4. 2. Gráfico Absorbancia vs Concentración de fosfato ........................................................ 12
1
1. INTRODUCCIÓN
Las aguas residuales que se generan en los beneficios de café, comúnmente conocidas
como aguas mieles,representan una amenaza para la calidad de aguas naturales, si estas son
descargadas sin previo tratamiento a los cuerpos de agua. Esto se debe a que las aguas
mieles acarrean altas concentraciones de diversos contaminantes, los cuales alteran las
condiciones de equilibrio de los cuerpos de agua
Por un lado, las aguas mieles contienen materia orgánica,la cual representa un riesgo
ambiental porque, una carga orgánica eleva demanda grandes cantidades de oxígeno para
su degradación, conllevando a la disminución del oxígeno disuelto en el agua. Según la
Universidad Pública de Navarra (s.f), los métodos para determinar la cantidad de materia
orgánica en agua se basan en la valoración de la cantidad de oxigeno necesaria para oxidar
las diferentes fracciones de la materia orgánica presentes en el agua, uno de ellos es la
demanda química de oxígeno (DQO).
Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO3-). La contaminación de
las aguas por nitratos trae efectos negativos tanto al ambiente como a la salud humana;en
los cuerpos de agua superficial ocasiona la eutrofización por exceso de nutrientes.Mientras,
el problema de la ingesta de altas concentraciones de nitratos es debido a las enfermedades
asociadas que se originan una vez el NO3- ha sido reducido a nitrito (NO2
-) dentro del
cuerpo, como es la metahemoglobinemia o la formación de nitrosaminas (Consultora de
Aguas, s.f).
Asimismo, las altas concentraciones de fósforo contenidas en las aguas mieles, ocasionan
efectos negativos en el medio. Las consecuencias de la presencia de esta sustancia en el
agua se deben a que es un nutriente esencial para el crecimiento de organismos, por lo que
la descarga de fosfatos en cuerpos de aguas puede estimular el crecimiento de macro y
microorganismos fotosintéticos en cantidades nocivas.
Es por lo antes planteado que en el presente informe se pretende evaluar el funcionamiento
del sistema de tratamiento de aguas residuales (STAR) específicamente aguas mieles,
construido en la Finca San Antonio en marzo de 2015. Esto se realizó en base a los
parámetros: demanda química de oxígeno, y concentración de nitratos y fosfatos.
2
2. OBJETIVOS
2.1. General
Evaluar el funcionamiento del sistema de tratamiento de aguas mieles de la Finca San
Antonio en base a la remoción de fosfato, nitrato y demanda química de oxígeno.
2.2. Específicos
Determinar las concentraciones de fosfato, nitratos, demanda química de oxígeno
(DQO) en muestras de agua tomadas en la entrada y salida del sistema de tratamiento.
Establecer la eficiencia de remoción de cada contaminante en el sistema de tratamiento.
Comprobar el cumplimiento de calidad especificado en el artículo 38 del Decreto 33-95
mediante la comparación de las concentraciones de los contaminantes con los límites
permisibles establecido.
3
3. METODOLOGÍA
En este capítulo se presenta la metodología que se siguió para alcanzar los objetivos
planteados. Para realizar este estudio, el proceso se dividió en tres etapas que involucran la
toma de muestra, los análisis de laboratorio y el procesamiento de los datos obtenidos.
3.1. Etapa de campo
Esta etapa consistió en la recolección de un total de dieciséis muestras de agua. Dichas
muestras, fueron tomadas durante la época de cosecha del café a finales del mes de
diciembre.
Por la mañana, al inicio de la
jordana laboral en la Finca San
Antonio, se seleccionaron dos
puntos de muestreo: la entrada
de las aguas mieles al primer
filtro del sistema de tratamiento,
que se considera como punto
inicial (Figura 3.1), y la entrada
de agua al tercer filtro,
considerado como punto final
(Figura 3.2).
En cada punto se recolectaron ocho
muestras en viales de 50 mL para
realizar análisis de nitratos, fosfatos
y DQO. Las muestras se tomaron
por duplicado, designando dos viales
por parámetro; además para el
análisis de nitratos, fosfatos y DQO,
las muestras fueron preservadas en
HCl concentrado.
Cabe mencionar que se tomaron
muestras de agua en dos viales más,
las cuales no fueron preservadas,
Figura 3. 1. Punto inicial: entrada al STAR
Figura 3. 2. Punto final: entrada al tercer filtro
4
para posteriormente tomar datos referentes a pH y temperatura.
3.2. Etapa de laboratorio
Cada uno de los siguientes parámetros fue analizado para los dos puntos de muestreo. Ya
que las muestras fueron tomadas por duplicado en cada punto de muestreo, los dos viales
correspondientes al mismo punto y parámetro a medir fueron mezclados entre sí, para
posteriormente tomar de dicha mezcla una alícuota homogénea.
3.2.1. Determinación de DQO
Para el análisis de DQO se utilizó el método de determinación colorimétrica 8000.
Tratamiento de las muestras
Una vez mezclados los dos viales correspondientes, para las muestras del punto inicial se
realizaron cuatro diluciones, con relaciones de 1:1, 1:2, 1:3 y 1:4. Para ello se tomaron
cuatro alícuotas de 2 mL y se depositaron en beaker de 10 mL, y se rotuló cada uno según
la dilución a contener. Luego se añadieron 2mL, 4 mL 6 mL y 8 mL de agua destilada
según la concentración de la etiqueta.
Una vez preparadas las diluciones, se extrajo de cada una, 2 mL de muestra que fue
depositada en un tubo de ensayo de plástico con tapa de rosca, que contenía una
combinación de dicromato de potasio (KCr2O7) y ácido sulfúrico (H2SO4). Seguidamente,
se procedió a enroscar la tapa y se agitó tres veces. Las muestras se colocaron en un
digestor a 150 °C por un periodo de dos horas.
Cabe mencionar que se preparó también un blanco con dos 2 mL de agua destilada, el cual
fue tratado como una muestra más.
Lectura y análisis de los resultados
Al cabo del tiempo establecido, las muestras se dejaron enfriar por aproximadamente media
hora, luego de la cual se procedió a la lectura en el espectrofotómetro HACH a 420 nm.
Durante la medición fueron eliminadas las diluciones cuyas concentraciones eran muy
elevadas para ser leídas por el equipo.
Las diferentes concentraciones obtenidas fueron multiplicadas por su factor de dilución y
finalmente sacó el valor promedio para la concentración de DQO. Dicho valor medio fue
comparado con lo establecido en la normativa correspondiente.
5
3.2.2. Determinación de nitratos
Para determinar la concentración de este parámetro se trabajó con el
MétodoEspectrométrico Ultravioleta Selectivo
Preparación de soluciones patrón
A partir de una solución intermedia de nitrato de potasio (KNO3) con una concentración de
72,18 mg/L se prepararon soluciones estándar a distintas concentraciones tomando 3 mL, 5
mL, 10 mL, 15 mL, 20 mL, 25 mL, 30,0 mL y 35,0 mL de la misma y colocando cada
volumen extraído en un balón aforado (de 50 mL) diferente.
A cada solución estándar se le agregó 1 mL de ácido clorhídrico (HCl) 1 N y
posteriormente fueron aforadas a 50 mL con agua destilada.
También se preparó un blanco, el cual contenía únicamente 1 mL de HCl y 49 mL de agua
destilada.
Tratamiento de las muestras
El volumen total de la muestra fue filtrado al vacío para remover los sólidos suspendidos y
el color de la muestra; con el fin de eliminar interferencias. La muestra fue filtrada, pasando
primeramente por papel toalla para retener los sólidos de mayor tamaño; seguidamente el
filtrado recogido se pasó por un filtro de 25 mm de diámetro.
Una vez filtrada se tomó un volumen aproximado de 30 mL de muestra y se colocó en un
balón aforado de 50 mL. Se añadió 1 mL de HCl y se procedió a homogenizar. Finalmente
se aforó con agua de la muestra hasta los 50 mL.
Lectura y análisis de los resultados
Se trabajó con un espectrofotómetro UV-VIS, el cual se configuró para que leer a una
longitud de onda de 220 nm. Utilizando una celda de cuarzo de 1 cm, se calibró con el
blanco y se procedió a leer la absorbancia de cada solución estándar de menor a mayor
concentración.A partir de estos datos, se construyó la curva Absorbancia vs Concentración
y se obtuvo la ecuación de regresión lineal.
6
Posteriormente se determinó la absorbancia de la muestra, y mediante la ecuación de
regresión lineal del gráfico antes mencionado, se calculó su concentración respectiva.
3.2.3. Determinación de fosfatos
Para el análisis de fosfatos se utilizó el método del ácido fosfovanadomolibdico
Preparación de soluciones patrón
A partir de una solución madre de dihidrógeno fosfato de potasio, se prepararon once
soluciones patrón. Para ello, se tomaron volúmenes 2 mL, 4 mL, 6 mL, 8 mL, 10 mL, 12
mL, 14 mL, 16 mL, 18 mL, 20 mL, 22 mL y 25 mL que se depositaron en diferentes
balones aforados de 50 mL.
Seguidamente, a cada balón aforado, se le agregaron 10 mL de reactivo de vanadato-
molibdato y se diluyeron a 50 mL con agua destilada. Luego se dejaron en reposo por 10
min y se leyó la absorbancia de cada estándar.
También se preparó un blanco, para el cual se tomaron 35 mL de agua destilada, 10 mL de
vanadato-molibdato y se diluyó a 50 mL con agua destilada.
Tratamiento de las muestras
Al igual que con el análisis anterior, el volumen total de la muestra fue filtrado dos veces al
vacío para eliminar interferencias durante la lectura de las absorbancias.
Una vez filtrada, en un balón aforado de 50 mL se depositaron 35 mL de muestra, se
agregaron 10 mL de reactivo vanadato-molibdato y se aforó a 50 mL con agua destilada.
Luego se dejó en reposo por 10 min antes de la lectura de absorbancia
Lectura y análisis de los resultados
Se trabajó con un espectrofotómetro UV-VIS, el cual se configuró para que realizará la
lectura a 470 nm, se utilizó una celda de cuarzo de 1 cm. Primeramente, se calibró con el
blanco para luego leer la absorbancia de cada solución estándar de menor a mayor
concentración, a partir de las cuales se construyó la curva Absorbancia vs Concentración.
Finalmente se leyó la absorbancia de la muestra de agua.
3.2.4. Medición de pH y temperatura
7
Se depositó un volumen aproximado de 20 mL de la muestra, en un beaker de 50 mL y se
introdujo el electrodo para determinar el valor de pH y temperatura al momento de la
medición.
Se realizaron tres lecturas con el fin de establecer un valor promedio.
3.3. Etapa de análisis e interpretación de resultados
3.3.1. Cálculo de concentración de contaminantes
Esta etapa consistió en el cálculo de las concentraciones correspondientes mediante el
método estadístico de regresión lineal, y el cálculo aritmético de promedios.
Para el cálculo de la concentración de fosfato se utilizó la siguiente fórmula:
3.3.2. Eficiencia de remoción del sistema de tratamiento
Se determinó también la eficiencia de remoción del STAR mediante la siguiente ecuación:
3.3.3. Comparación con los límites establecidos
Con respecto a la comparación con los límites establecidos en la normativa, se determinó el
excedente tanto en términos de concentración como en porcentaje (3.3).
(3.1)
(3.2)
(3.3)
8
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En este capítulo se presentan las concentraciones encontradas para cada contaminante en
las muestras de agua, así como un análisis comparativo con lo establecido en la normativa.
De igual manera se presenta el porcentaje de remoción en función de la variación en las
concentraciones de contaminantes en la entrada y salida.
4.1. Concentración de contaminantes
4.1.1. Determinación de DQO
De las cuatro diluciones realizadas, solamente las dos mayores presentaron concentraciones
detectadas por el instrumento. Por tanto, las diluciones a 2 mL y 4 mL fueron descartadas
debido a que la DQO fue demasiado alta para ser leída.
Tabla 4. 1. Valores de DQO a la entrada del STAR
Dilución Factor de
dilución
Concentración de la
dilución (mg/L)
Concentración
real (mg/L)
a 6 mL 3 1537 4611
a 8 mL 4 1470 5880
DQOi promedio (mg/L) 5245,5
Se encontró que la concentración real de DQO oscila entre 4611 mg/L y 5880 mg/L (Tabla
4.1). Esta diferencia de concentraciones puede deberse a la heterogéneo de la muestra.
A partir de los dos valores obtenidos se encontró que, a la entrada del sistema de
tratamiento el agua residual acarrea un valor promedio de 5245,5 mg/L de DQO.
Tabla 4. 2. Valores de DQO a la salida del STAR
Dilución Factor de
dilución
Concentración de la
dilución (mg/L)
Concentración real
(mg/L)
a 4 mL 2 1390 2780
a 6 mL 3 1072 3216
DQO final promedio (mg/L) 2998
Con las muestras tomadas en la entrada del tercer filtro, se encontró que el valor de la DQO
disminuye. Al realizar las lecturas con las tres diluciones, fue descartada la dilución menor
(2 mL), ya que la dilución 1:2 no contenía un valor de DQO suficientemente diluido para
ser detectado por el instrumento de medición.
9
Para las soluciones 1:2 y 1:3 los valores de DQO encontrados son de 2780 mg/L y 3216
mg/L, respectivamente. Obteniéndose un valor promedio de 2998 mg/L (Tabla 4.2).
Con el fin de comparar con lo establecido en el reporte final de Clocksin, Gilmour & Moss
(2014), se transformó el valor de DQO leído en Demanda Biológica de Oxígeno (DBO)
mediante la relación DBO/DQO.Cabe mencionar que la relación DBO/DQO oscila entre
0,4 y 0,8 (Universidad Pública de Navarra, s.f). Para los cálculos correspondientes se utilizó
el valor límite superior.
Tabla 4. 3. Relación DBO/DQO
Muestra DQO
(mg/L)
DBO respectiva
(DBO/DQO = 0,8)
DBO indicada en
el reporte (mg/L)
Inicial 5245,5 4196,4 4300
Final 2998,0 2398,4
Se encontró que los valores de DBO corresponden a 4196,4 mg/L en la entrada al STAR y
de 2398,4 mg/L a la salida. Mientras el valor establecido es de 4300 mg/L (Tabla 4.3).
Se puede observar que el valor a la entrada del sistema, es muy cercano al establecido por
Clocksin, Gilmour & Moss (2014). Esto indica que los valores determinados en laboratorio
se comportan de forma esperada. Evidentemente el valor a la salida del sistema es menor al
reportado por Clocksin, Gilmour & Moss (2014) debido a que en dicho punto, el agua ya ha
pasado por un tratamiento que remueve cierta cantidad del contaminante.
4.1.2. Determinación de nitratos
Se encontró que los valores de absorbancia, omitiendo el blanco, oscilan entre 0,102 y
1,920; como era de esperarse a mayor concentración de iones nitratos mayores son los
valores de absorbancia de luz (Tabla 4.4).
Tabla 4. 4. Curva de calibración para nitratos
Patrón
Volumen de
solución
madre (mL)
Concentración
(mg/L) Absorbancia
Blanco 0 0,000 0,102
1 3 4,424 0,346
2 5 7,373 0,388
3 10 14,740 0,668
4 15 22,420 0,937
5 20 29,890 1,211
6 25 36,860 1,480
10
7 30 44,230 1,705
8 35 51,710 1,920
Tomando la concentración expresada en mg/L de NO3-, y los valores de absorbancia se
construyó la curva de calibrado. Con un valor de R2 de 0.9977 se puede afirmar que los
valores de absorbancia leídos por el espectrofotómetro son correctos y por tanto es posible
determinar con poco margen de error la concentración de nitratos presente en las muestras
de agua (Figura 4.1).
Figura 4. 1. Gráfico Absorbancia vs Concentración de nitratos
A partir de la ecuación de la recta, se calcularon las concentraciones de las muestras con
base en sus valores de absorbancia (Tabla 4.5).
Tabla 4. 5. Concentración de nitratos a la entrada del STAR
Muestra Concentración
(mg/L) Absorbancia
1 99,305 3,633
2 99,020 3,623
3 99,276 3,632
Promedio 99,200 3,629
En la entrada del STAR se encontraron concentraciones de 99,305 mg/L; 99,020 mg/L y
99,276 mg/L. De dichos valores se obtuvo un valor promedio de 99,200 mg/L de NO3-.
y = 0.035x + 0.147
R² = 0.997
0,000
0,001
0,001
0,002
0,002
0,003
0,000 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050 0,060
Ab
sorb
anci
a
Concentración (mg/L)
Absorbancia
Lineal (Absorbancia)
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Tabla 4. 6. Concentración de nitratos a la salida del STAR
Muestra Concentración
(mg/L) Absorbancia
1 96,798 3,545
2 96,598 3,538
3 96,826 3,546
Promedio 96,741 3,543
A la salida del sistema se encontraron concentraciones de 96,798 mg/L; 96,598 mg/L y
96,826 mg/L. Obteniéndose un valor promedio de 96,741 mg/L de NO3-.
La concentración de nitrógeno total indicada por Clocksin, Gilmour & Moss (2014) es de
115 mg/L (Tabla A.2). Antes de comparar cabe mencionar que los análisis de laboratorio
no fueron realizados para nitrógeno total, sino que únicamente se determinó nitrógeno en
términos de nitratos.
Por tanto aunque el valor encontrado en a la entrada del STAR (99,2 mg/L) es menor que
115 mg/L (valor establecido por Clocksin, Gilmour & Moss, 2014), la concentración real
de nitrógeno en la muestra puede ser mayor, ya que es posible que existan más especies de
nitrógeno disueltas en las muestras, las cuales no se tomaron en cuenta. La diferencia de
valores está relacionada con los tipos fertilizantes utilizados en el cultivo y las cantidades
en que fueron aplicados.
4.1.3. Determinación de ortofosfatos
Tabla 4. 7. Curva de calibración para ortofosfatos
Patrón
Volumen de
solución madre
(mL)
Contenido de f
ortofosfato
(mg)
Concentración
de ortofosfato
(mg/L)
Absorbancia
Blanco 0 0,0 0 0
1 2 0,1 2 0,002
3 6 0,3 6 0,035
4 8 0,4 8 0,072
5 10 0,5 10 0,112
6 12 0,6 12 0,141
7 14 0,7 14 0,178
8 16 0,8 16 0,214
9 18 0,9 18 0,247
10 20 1,0 20 0,290
11 22 1,1 22 0,331
12 25 1,25 25 0,390
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Como se puede observar, las concentraciones en miligramos de ortofosfatos corresponden a
la relación que 1 mL = 50 µg. Por otra parte se puede apreciar que la concentración de
ortofosfatos en mg/L va aumentando en intervalos de 2 mg/L en cada solución (Tabla 4.7);
esto se debe a que dicha concentración depende directamente del contenido en mg, ya que
todos los estándares fueron aforados a 50 mL.
Cabe resaltar que el Patrón 2 fue descartado ya que su valor de absorbancia no coincide con
el comportamiento de los valores de absorbancia de los demás patrones. Es por ello que en
la tabla todos los datos de este patrón han sido omitidos.
En cuanto a la absorbancia de cada muestra se puede decir que está se comporta como se
esperaba, es decir de forma ascendente. Además, la confiabilidad de los datos se demuestra
a través de su representación gráfica.
Figura 4. 2. Gráfico Absorbancia vs Concentración de fosfato
Al aplicar la regresión lineal se obtiene un coeficiente de correlación (R2) del 0,9798,con lo
cual se comprueba que el experimento fue realizado de forma correcta y los datos son lo
suficientemente confiables como para determinar de modo acertado concentración de
fosfatos en la muestra de agua (Figura 4.2).
Tabla 4. 8. Concentración de fosfatos en muestras
Muestra Absorbancia Concentración
(mg/L)
(PO42-
)i 0,313 21,693
(PO42-
)f 0,144 11,325
y = 0.016x - 0.040
R² = 0.979
-0.1
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0 5 10 15 20 25 30
Ab
sorb
anci
a
Concentraión de ortofosfatos (mg/L)
Absorbancia
Lineal (Absorbancia)
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En base a la curva de calibrado se encontró que, por su intensidad de color las muestras
poseen absorbancias de 0,313 a la entrada del STAR y 0,144 a la salida del STAR. Esto
corresponde a concentraciones de 21,693 mg/L y 11,324 mg/L respectivamente (Tabla 4.8).
La concentración de fósforo total indicada por Clocksin, Gilmour & Moss (2014) es de 20
mg/L (Tabla A.2). De igual manera que ocurrió con los nitratos, los análisis de laboratorio
no fueron realizados para fósforo total, sino que solamente se determinó fosforo como
ortofosfatos.Por ello, aunque el valor encontrado en a la entrada del STAR (21,7 mg/L)es
cercano a 20 mg/L (valor establecido por Clocksin, Gilmour & Moss, 2014), la
concentración real de fósforo en la muestrapuede sermayor, por la posible presencia deotras
especies de fósforo disueltas en las muestras. Nuevamente, la diferencia de valores puede
estar relacionada con fertilizantes utilizados.
4.1.4. pH y temperatura
Los valores de pH a la entrada y salida del STAR son muy cercanos (Tabla 3.9), lo cual
indica que este parámetro no es alterado por los filtros del STAR.
Tabla 4. 9. Valores de pH a la entrada y salida del STAR
pH inicial
Muestra Valor Valor promedio
1 3,87
3,797 2 3,76
3 3,76
pH final
1 3,79
3,780 2 3,78
3 3,77
El valor de pH encontrado porClocksin, Gilmour & Moss (2014) es 4,9. Al comparar con
los valores obtenidos en el laboratorio, se tiene que las muestras de agua tomadas son un
poco más ácidas. Está variación probablemente está relacionada con la descomposición de
la materia orgánica desde el momento en que la muestra fue tomada y el momento en que
se realizó la lectura del pH.
En cuanto a la temperatura, las muestras de agua se encontraban a una temperatura de 26°C
tanto a la entrada como a la salida del STAR. Sin embargo dicha temperatura no
precisamente es la que posee el agua en el STAR, ya que las muestras fueron preservadas a
bajas temperaturas y posteriormente entraron en contacto con la temperatura ambiente de
Managua.
4.2. Eficiencia de remoción del sistema de tratamiento
14
Tabla 4. 10. Eficiencia de remoción de cada parámetro
Parámetro
Concentración
promedio inicial
(mg/L)
Concentración
promedio final
(mg/L)
Eficiencia de
remoción (%)
DQO 5245,500 2998,000 42,846
Nitratos 59,391 57,918 2,481
Fosfatos 21,693 11,325 47,794
El análisis de remoción se centra en los parámetros: DQO, nitratos, fosfatos. El pH es
omitido debido a que el STAR está conformado por tratamientos físicos, los cuales no
afectan este parámetro. Además esto pudo comprobarse durante la lectura del pH, cuyo
valor tuvo una variación mínima entre la entrada y salida del STAR.
La demanda química de oxígeno, pasó de 5245,5 mg/L a la entrada del STAR a 2998 mg/L
a la salida. Esta diferencia corresponde a una eficiencia del 42,8 %. Los nitratos variaron de
59,4 mg/L en la entrada a 57,9 mg/L en la salida, con un 2,5 % de eficiencia. Mientras que
los fosfatos, disminuyeron de 21,7 mg/L a 11,3 mg/L presentado una eficiencia del 47,8 %
(Tabla 4.10).
Se puede apreciar que la mayor remoción ocurre en los fosfatos (47,8 %), seguido por la
DQO (42,8 %). El parámetro menos removido corresponde a los nitratos (2,5 %).
El porcentaje de remoción de DQO puede estar asociado a la disminución de los sólidos
suspendidos, ya que cierto porcentaje de sólidos demanda oxigeno pues está compuesto de
material orgánico.
Con respecto al nitrato y fosfato, aunque ambas son especies solubles en agua muestran
porcentajes de remoción muy alejados entre sí. Este comportamiento puede estar
relacionado con las fuerzas electrostáticas entre el lecho de adsorción, que suele ser de
carga positiva, y ambos contaminantes, ya que el anión fosfato presenta una carga negativa
de cuatro, mientras que el anión nitrato posee una carga negativa de uno.
4.3. Comparación con los límites establecidos
Tabla 4. 11. Comparación de las concentraciones con los valores normados
Parámetro Concentración
final
Valor
normado
Concentración
excedida (mg/L)
Porcentaje que
excede (%)
DQO 2998,000 200
5045,500 93,329
Nitratos 96,717 50
46,717 48,303
15
Fosfatos 11,325 3
18,693 73,510
Fuente: Ministerio del Ambiente y Recursos Naturales (1995), World Health Organization (2011) &
Environmental Protection Agency (2012).
El valor normado de DQO se tomó del establecido por el Decreto 33-95 en su artículo 38,
el cual hace referencia a los límites permisibles de aguas residuales provenientes de
beneficios de café (Anexo A). Sin embargo, en dicho artículo no se hace referencia a los
parámetros de fósforo y nitrógeno.Por ello se han tomado como referencia límites
establecidos por otras organizaciones como Environmental Protection Agency [EPA]
(2012) que plantea el límite para el fósforo y World Health Organization [WHO] (2011)
que establece el límite para el nitrógeno; estas fuentes se utilizaron por ser las mismas
citadas por Clocksin, Gilmour & Moss (2014).
Cabe mencionar que, los valores establecidos tanto para nitrógeno como para fósforo están
en términos de nitrógeno total y fósforo total.Mientras que los análisis realizados en el
laboratorio solamente fueron para nitrógeno como nitratos y fósforo como fosfatos.
Se encontró que la DQO excede al valor normado en 5045,5 mg/L, por lo cual se
necesitaría una remoción del 93,3 % de la concentración a la salida del segundo filtro. Los
nitratos exceden en 46,7 mg/L al valor establecido, por lo cual sería necesario que hubiese
una remoción del 48,3 %. Finalmente, los fosfatos exceden en 18,7 mg/L equivalentes a
73,5 % de remoción necesaria.
Sin embargo, es altamente probable que tanto el nitrógeno como el fósforo requieran una
remoción mayor a los porcentajes anteriormente señalados, ya que las concentraciones
totales de ambos contaminantes pueden ser mayores que las encontradas para las especies
estudiadas.
16
5. ALCANCES Y LIMITACIONES
El trabajo realizado tiene algunas limitantes relacionadas con el tiempo, los reactivos
disponibles, la facilidad de acceso a la toma de muestras.
Las limitaciones que condicionaron el alcance del análisis de la información fueron:
Tiempo de almacenamiento de las muestras:no fue posible realizar los análisis de
forma inmediata luego de la toma de muestras. Transcurrió un período de 12 días,
aproximadamente, entre la toma de muestra y los análisis de laboratorio.
Parámetros de medición en campo:no se midieronlos parámetros de temperatura y pH
en campo. Por tanto, los datos medidos en laboratorio no son indicativos de la realidad
por la influencia de las reacciones que tuvieron lugar durante el almacenamiento, y la
variación entre la preservación a bajas temperaturas y el contacto de las muestras con la
temperatura ambiente previo a los análisis.
Falta de reactivo:no se midió el fósforo total por falta del reactivo persulfato de amonio
Falta de personal y logística: no fue posible realizar el análisis de nitrógeno total por
falta de organización para la preparación previa de los reactivos e instrumentos, así
como el poco personal (únicamente 2 personas) para realizar los análisis y el poco
tiempo que se tuvo disponible el laboratorio.
Por ello, lo análisis para el nitrógeno y el fósforo se realizaron únicamente para las
especies solubles de ortofosfatos y nitratos.Y por eso se debe tener cuidado al comparar
los valores obtenidos con lo establecido en la normativa correspondiente.
Valores de concentración fuera del rango de lectura del instrumento: el análisis de
DQO tuvo que hacerse mediante diluciones porque las concentraciones reales se
encontraron fuera del rango de medición del equipo.
Accesibilidad de la toma de muestra: no es posible saber a ciencia cierta la carga
contaminante que contienen las aguas mieles que llegan al río o al subsuelo ya que los
tres últimos filtroscorresponde a procesos deinfiltración hacia el subsuelo.Estos filtros,
solo están conectados en caso que el caudal de aguas mieles sobrepase la velocidad con
que se infiltra el agua, y como resultado el filtro se llene completamente. Por ello no fue
posible tomar muestras a la salida de los mismos, únicamente a la entrada del primer
filtro de infiltración.
17
Cabe mencionar que los análisis realizados son solamente espaciales no temporales, ya
que se tomaron muestras durante un día de trabajo y no durante todo el período de
cosecha del café.
18
6. CONCLUSIONES
Lasconcentracionesde DQO se comportan de forma esperada. Se obtuvo un valor promedio
a la entrada del STAR de 5245,5 mg/L, mientras la concentración de salida fue de 2998,4
mg/L DQO. Por ello se concluye que el sistema de tratamiento remueve parte de la DQO, a
pesar de ser un tratamiento físico,con una eficiencia de remoción del 42,8 %. El porcentaje
de remoción de DQO puede estar asociado a la disminución de los sólidos suspendidos, ya
que cierto porcentaje de sólidos demanda oxigeno pues está compuesto de material
orgánico.
La concentración de nitratos en el agua residual fue de 99,2 mg/L a la entrada y 96,7 mg/L
a la salida del STAR; lo cual corresponde a una eficiencia de remoción del 2,5 %. Por otro
lado, los fosfatos se encontraron en concentraciones de 21,7 mg/L a la entrada del STAR y
de 11,3 mg/L a la salida del mismo; esto implica una eficiencia de remoción del 47,8 %.Se
concluye que la diferencia entre la remoción de nitrato y el fosfato, puede estar relacionado
con las fuerzas electrostáticas entre el lecho de adsorción (de carga positiva) y ambos
contaminantes, ya que el anión fosfato presenta una carga negativa de cuatro, mientras que
el anión nitrato posee una carga negativa de uno.
Las concentraciones de los tres parámetros antes mencionados se encuentran por encima
del límite permisible, por lo tanto la remoción del actual sistema de tratamiento es
insuficiente. Para una adecuada remoción se requeriría de un sistema de tratamiento con
procesos químicos. Sin embargo cabe mencionar que el actual STAR descarga al ambiente
un efluente de mejor calidad que el afluente que entra a él.
El pH y temperatura se mantuvieron en valores constantes tanto a la entrada como a la
salida del STAR, 3,8 y 26 °C respectivamente. El valor de pH resultó ser más ácido del
esperado, se concluye que esto puede deberse al tiempo de almacenamiento de la muestra,
en el cual la descomposición de la materia orgánica afecta el valor real de dicho parámetro.
19
7. LISTA DE REFERENCIAS
Clocksin, K; Gilmour, B. & Moss, B. (2014). Coffee Wastewater Treatment for San
Antonio, Nicaragua. Seattle, Seattle University.
Consultora de Aguas. (s.f). Nitratos en agua potable. Recuperado de:
http://www.cdaguas.com.ar/pdf/aguas/06_Nitratos_en_agua_potable.pdf
Environmental Protection Agency [EPA]. (2012). Phosphorus: Why is phosphorus
important?. Recuperado de: http://water.epa.gov/type/rsl/monitoring/vms56.cfm
Universidad Pública de Navarra. (s.f). Principios y microbiología del tratamiento de aguas
residuales. Recuperado de:
http://www.unavarra.es/genmic/curso%20microbiologia%20general/40-
tratamiento%20aguas%20residuales.htm
World Health Organization [WHO]. (2011). Guidelines for Drinking-water Quality, Fourth
Edition.
20
ANEXO A
VALORES LÍMITES ESTABLECIDOS EN LAS NORMATIVAS
- Decreto No. 33-95: Disposiciones para el Control Contaminación Provenientes
Descargas de Aguas Residuales Domésticas, Industriales y Agropecuarias
Arto.38. Las descargas de aguas residuales en forma directa o indirecta a
cuerposreceptoresprovenientesdelaindustria del Beneficio de Café, deberán cumplir con
los rangos ylímites máximos permisibles descritos a continuación:
Tabla A. 1. Rangos y límites permisibles en art. 38 Decreto 33-95
Parámetros Rangos ylímitesmáximos permisiblespromediodiario
PH
Sólidos suspendidos Totales (mg/l)
Sólidos sedimentables Totales ( mg/l)
DBO(mg/l)
DQO(mg/l)
Materia Flotante
GrasasyAceites(mg/l)
6-5-9
150
1.0
120
200
Ausente
10
- Estándares de descarga presentados por Clocksin, Gilmour & Moss (2014)
Tabla A. 2. Estándares de descarga recopilados por Clocksin, Gilmour & Moss (2014)
Wastewater
Constituents
Coffee
Wastewater
Discharge
Standars
BOD (mg/L) 4300 <120b
TSS (mg/L 2400 <150b
Total N (mg/L) 115 <50c
Total P (mg/L) 20 <3d,e
pH 4,9 6,5-9b
b (Ministry of the Environment and Natural Resources (MARENA) 2013) c (World Health Organization 2011) d (United States Environment Protection Agency 2012) e (Litke 1999)