evaluación del funcionamiento del sistema de tratamiento ... · otro contaminante contenido en las...

23
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

Upload: others

Post on 27-Sep-2020

6 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

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

Page 2: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

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

Page 3: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

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

Page 4: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

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.

Page 5: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

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.

Page 6: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

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

Page 7: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

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.

Page 8: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

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.

Page 9: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

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

Page 10: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

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)

Page 11: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

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.

Page 12: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

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

Page 13: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

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)

Page 14: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

11

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

Page 15: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

12

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)

Page 16: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

13

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

Page 17: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

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

Page 18: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

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.

Page 19: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

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.

Page 20: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

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.

Page 21: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

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.

Page 22: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

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.

Page 23: Evaluación del funcionamiento del Sistema de Tratamiento ... · Otro contaminante contenido en las aguas mieles es el nitrato (NO 3-). La contaminación de las aguas por nitratos

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)