UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTÓBAL DE HUAMANGA

FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS

ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE BIOLOGÍA

Evaluación de la capacidad de remoción de bacterias coliformes fecales y demanda bioquímica de oxígeno de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales “La

Totora”. Ayacucho - 2005

TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE BIÓLOGO CON

MENCIÓN EN LA ESPECIALDAD DE MICROBIOLOGÍA

PRESENTADO POR:

BACH. AYBAR ESCOBAR, CARLOS ADRIÁN

AYACUCHO – PERÚ

2005

A mis padres con mucho cariño, en

reconocimiento a su enorme sacrificio,

a mi hermana y familiares que me

apoyaron en todo momento.

ii

AGRADECIMIENTOS

A la Universidad Nacional de San Cristóbal de Huamanga Alma Máter de mi

formación profesional. A los docentes del Departamento Académico de Ciencias

Biológicas, quienes contribuyeron en mi formación académica y profesional.

Mi sincero agradecimiento a la Empresa Prestadora de Servicios de Agua y

Saneamiento (EPSASA), al Ing. Edwin Rodríguez Quispe, Jefe de la Planta de

Tratamiento de Aguas Residuales “La Totora”, al Bach. en Ciencias Biológicas

Rudesindo Huincho Rodríguez, Jefe del Área de Control de Calidad de EPSASA.

Mi más profundo agradecimiento al Mg. Saúl Alonso Chuchón Martínez, asesor

del presente trabajo, por compartir sus conocimientos y orientaciones que

hicieron posible el desarrollo y culminación de esta investigación.

iii

ÍNDICE Pág.

DEDICATORIA ii

AGRADECIMIENTOS iii

ÍNDICE iv

RESUMEN vi

I. INTRODUCCIÓN 01

II. MARCO TEÓRICO 03

2.1. Aguas residuales. 03

2.1.1. Características cualitativas y cuantitativas. 04

2.1.1.1. Características cualitativas. 04

2.1.1.2. Características cuantitativas. 08

2.2. Procesos biológicos que intervienen en el tratamiento de aguas

residuales. 09

2.2.1. Digestión anaerobia. 09

2.2.2. Digestión aerobia. 10

2.3. Indicadores de contaminación en aguas residuales. 11

2.3.1. Coliformes. 11

2.3.2. Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO). 13

2.4. Antecedentes de tratamiento por lagunas de estabilización. 15

2.5. Marco legal e institucional en el Perú. 16

2.6. Normatividad, orientación política y planeamiento del sector. 20

2.7. Regulación (Normalización técnica), Fiscalización y Control. 20

2.8. Planta de Tratamiento de Aguas Residuales “La Totora”. 21

2.8.1. Tratamiento preliminar. 22

2.8.2. Tratamiento primario. 24

2.8.3. Tratamiento secundario. 26

III. MATERIALES Y MÉTODOS 32

3.1. Ubicación de la zona de estudio. 32

3.2. Puntos de Muestreo. 32

3.3. Número de muestras y frecuencia de muestreo. 33

3.4. Muestreo . 33

3.5. Análisis Microbiológico. 34

3.6. Determinación de la DBO5. 35

3.7. Determinación de la capacidad de remoción. 35

iv

3.8. Análisis estadístico. 36

IV. RESULTADOS 37

V. DISCUSIÓN 51

VI. CONCLUSIONES 62

VII. RECOMENDACIONES 64

VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 66

ANEXOS

v

Evaluación de la capacidad de remoción de bacterias coliformes fecales y demanda bioquímica de oxígeno de la Planta de Tratamiento de Aguas

Residuales “La Totora”. Ayacucho – 2005 Autor : Bach. en Ciencias Biológicas Carlos Adrián Aybar Escobar. Asesor: Mg. Saúl Alonso Chuchón Martínez.

RESUMEN

El presente trabajo de investigación se realizó durante los meses de marzo a

julio del 2005, con la finalidad de determinar la capacidad de remoción de

bacterias coliformes fecales y la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), de la

Planta de Tratamiento de Aguas Residuales “La Totora” en la ciudad de

Ayacucho. Se analizaron 70 muestras procedentes de los afluentes intermedios

y efluentes de la planta, las técnicas aplicadas fueron: Técnica de tubos múltiples

para la determinación de coliformes fecales, y el método respirométrico,

haciendo uso de un sensor electrónico de oxígeno de lectura directa para la

DBO5. Las muestras fueron analizadas en el Laboratorio de Microbiología de la

planta de tratamiento de aguas residuales “La Totora”, perteneciente a la Entidad

Prestadora de Servicios de Saneamiento (EPSASA).

Los resultados indican que para los tanques Imhoff, el porcentaje de remoción

promedio de bacterias coliformes fecales fue de 82.838% y para la DBO de

27.7%, siendo eficientes en relación al parámetro de diseño (60% y 25%

respectivamente). Para los filtros percoladores, el porcentaje de remoción

promedio de bacterias coliformes fecales fue de 92.878% y para la DBO de

63.3%, siendo eficientes en relación la remoción de coliformes fecales en

relación al parámetro de diseño (90%) y deficiente en la remoción de DBO

(86%). Para las lagunas facultativas 1 y 2, la remoción promedio de bacterias

coliformes fecales fueron de 98.52% y 98.26% respectivamente siendo

eficientes en relación al parámetro de diseño (90%), la remoción de DBO de las

lagunas facultativas 1 y 2 fueron de 57.2% y 55.9% respectivamente siendo

deficientes en relación al parámetro de diseño (80%). Para las lagunas de

maduración, la remoción promedio de bacterias coliformes fecales fue de

96.82% siendo eficiente en relación al parámetro de diseño (25%); para la DBO

se tuvo una remoción de 46.47%, siendo eficiente en relación al parámetro de

diseño (16%). La remoción a nivel de planta para coliformes fecales fue de

99.985%, siendo eficiente en relación al parámetro de diseño (99%); mientras

que la remoción de la DBO fue de 86.2% siendo deficiente en relación al

vi

parámetro de diseño (91%). Las aguas efluentes de la planta de tratamiento de

aguas residuales “La Totora” aún no pueden ser consideradas como agua de

Clase III, para riego de vegetales de consumo crudo y bebida de animales, (de

acuerdo a la Ley General de aguas del Perú DL. N° 17752).

Palabras clave: Remoción, coliformes fecales, demanda bioquímica de oxígeno.

vii

I. INTRODUCCIÓN

La capacidad de remoción de bacterias coliformes y remoción de la demanda

bioquímica de oxígeno (DBO) por la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales

“La Totora” se ve afectada por el aumento del crecimiento demográfico en la

ciudad de Ayacucho haciendo que el volumen de agua residual a tratar sea

mayor. Estudios realizados en el año 2001 por la consultora Consulting

Engineers Salzgitter (CES), comprobó que el estado que mostraba la planta de

tratamiento no era satisfactoria ya que ésta trabajaba con un caudal

significativamente mayor al de su capacidad de diseño, con una sobrecarga del

45%, al tratar en promedio 260 l/s de agua cruda, situación que hacía que las

unidades trabajaran deficientemente, por tal motivo se realizaron trabajos de

modificación y ampliación en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales “La

Totora”, esto a fin de optimizar el sistema de tratamiento logrando así una mayor

capacidad de remoción de microorganismos y desechos orgánicos e inorgánicos

presentes en las aguas de desagüe provenientes de la ciudad, obras que

permitirían la rehabilitación, ampliación y modernización de la planta permitiendo

así descargar un efluente de mejor calidad que reduzca la actual carga orgánica

en el río Alameda. La operación de la planta de tratamiento de aguas residuales

“La Totora” determinaría una considerable mejora en la calidad de agua debido a

una significativa disminución de los niveles de concentración bacteriana, lo que

1

tendría una positiva repercusión en la salud de la población, lo que, aún cuando

no solucionará completamente la contaminación bacteriana de las aguas del río

Alameda, hace que la decisión de ejecutar el presente trabajo sea conveniente y

necesaria; por ello, el sistema de tratamiento fue monitoreado periódicamente

para evaluar la capacidad de remoción con la que cuenta la planta, para el

presente trabajo de investigación se plantearon los siguientes objetivos:

• Determinar la capacidad de remoción de bacterias coliformes y demanda

bioquímica de oxígeno (DBO), de la Planta de Tratamiento de Aguas

Residuales “La Totora”.

• Realizar el análisis cuantitativo de bacterias coliformes fecales en

afluentes intermedios y efluentes de la Planta de Tratamiento de Aguas

Residuales “La Totora”.

• Determinar la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) en afluentes

intermedios y efluentes de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales

“La Totora”.

• Determinar la relación de la población de bacterias coliformes fecales con

la capacidad de remoción de materia orgánica en afluentes intermedios y

efluentes de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales “La Totora”.

• Determinar la eficiencia en función al periodo de maduración en afluentes

intermedios y efluentes de las lagunas de maduración de la Planta de

Tratamiento de Aguas Residuales “La Totora”.

2

II. MARCO TEÓRICO

2.1.- Aguas residuales.

Llamamos aguas residuales a los líquidos procedentes de la actividad humana,

que llevan en su composición gran parte de agua, y que generalmente son

vertidos a cursos o masas de agua continentales o marinas. (Seoánez, M.

1995). Las aguas residuales pueden definirse como las que provienen del

sistema de abastecimiento de agua de una población, después de haber sido

modificadas por diversos usos en actividades domésticas, industriales y

comunitarias, siendo recogidas por la red de alcantarillado que las conducirá

hacia un destino apropiado (Rolim, S. 2000).

Según su origen, las aguas residuales resultan de la combinación de líquidos y

residuos sólidos transportados por el agua, que provienen de residencias,

oficinas, edificios comerciales e instituciones, junto con los residuos de las

industrias y de actividades agrícolas, así como de las aguas subterráneas,

superficiales o de precipitación que también pueden agregarse eventualmente al

agua residual. Así de acuerdo con su origen, las aguas residuales pueden ser

clasificadas como:

- Domésticas.- Son aquellas aguas que son utilizadas con fines higiénicos

(sanitarios, cocinas, lavanderías, etc.) consisten básicamente en residuos

3

humanos que llegan a las redes de alcantarillado por medio de las descargas

de las instalaciones hidráulicas de la edificación y también en residuos

orgánicos en establecimientos comerciales, públicos y similares.

- Industriales.- Son residuos líquidos generados en los procesos industriales.

Poseen características específicas, dependiendo del tipo de industria.

- Infiltración y caudal adicionales.- Las aguas de infiltración penetran en el

sistema de alcantarillado a través de los empalmes de las tuberías, paredes de

la tuberías defectuosas, tuberías de inspección y limpieza, cajas de paso,

estructuras de los pozos de registro, estaciones de bombeo, etc. Hay también

aguas pluviales que son descargadas por medio de varias fuentes, como

canales, drenajes y colectores de aguas de lluvia.

- Pluviales.- Son agua de lluvia, que descargan grandes cantidades de agua

sobre el suelo. Parte de esta agua es drenada y otra escurre por la superficie,

arrastrando arena tierra, hojas y otros residuos que puedan estar sobre el

suelo (Rolim, S. 2000).

2.1.1.- Características cualitativas y cuantitativas de las aguas residuales.

La composición y la concentración de los componentes de los residuos

domésticos dependen en gran medida de las condiciones socio económicas de

la población, así como de la presencia del vertimiento de efluentes industriales

en la red de alcantarillado. En regiones industrializadas, la fracción de residuos

industriales presentes en el agua residual doméstica puede ser bastante

significativa, alterando por completo las características de los mismos (Rolim, S.

2000).

2.1.1.1. - Características cualitativas.

Las aguas residuales domésticas están constituidas en un elevado porcentaje

(en peso) por agua, cerca del 99.9%, y apenas 0.1% de sólidos suspendidos,

coloidales y disueltos. Sin embargo, esta pequeña fracción de sólidos es la que

4

presenta los mayores problemas en el tratamiento y su disposición. El agua es

apenas el medio de transporte de los sólidos. El agua residual doméstica está

compuesta por componentes físico, químicos y biológicos. Es una mezcla de

materiales orgánicos e inorgánicos, suspendidos o disueltos en el agua. La

mayor parte de la materia orgánica consiste en residuos alimenticios, heces,

materia vegetal, sales minerales, materiales orgánicos y materiales diversos

como jabones y detergentes sintéticos. Las proteínas son el principal

componente del organismo animal, pero están presentes también en las plantas

(Rolim, s. 2000).

Los carbohidratos son las primeras sustancias destruidas por las bacterias, con

producción de ácidos orgánicos. Los lípidos incluyen gran número de sustancias,

que tienen, generalmente, como principal característica común la insolubilidad en

el agua, pero son solubles en ciertos solventes como el cloroformo, alcoholes y

benceno. Los surfactantes (agentes tensoactivos) están constituidos por

moléculas orgánicas que poseen la propiedad de formar espuma en el cuerpo

receptor o en la planta de tratamiento donde se lanza el agua residual. Los

fenoles son compuestos orgánicos originados en residuos industriales,

principalmente. Los pesticidas y demás compuestos químicos orgánicos son

utilizados en la agricultura (Rolim, 2000).

5

Sólidos 0.1% Agua 99.9%

Inorgánicos 30% Orgánicos 70%

Lípidos 10%

Carbohidratos 25%

Proteínas 65%

Metales

Sales

Detritos Minerales

Agua Residual Doméstica

Figura N° 1. Composición de las aguas residuales Fuente: Tebbutt, T. 1997.

6

Cuadro N° 1: Contaminantes de Importancia en el tratamiento del agua Residual. Contaminantes Razón de la Importancia Materia orgánica biodegradable

Compuesta principalmente por proteínas, carbohidratos, grasas animales, la materia orgánica biodegradable se mide, en la mayoría de las ocasiones, en función de la DBO (demanda bioquímica de oxígeno) y la DQO (demanda química de oxígeno). Si se descargan al entorno sin tratar su estabilización biológica puede llevar al agotamiento de los recursos naturales de oxígeno y al desarrollo de condiciones sépticas.

Sólidos en suspensión

Pueden dar lugar al desarrollo de los depósitos de fango y de condiciones anaerobias cuando se vierte agua residual sin tratar al entorno acuático.

Patógenos Pueden transmitirse enfermedades contagiosas por medio de los organismos patógenos presentes en el agua residual.

Nutrientes Tanto el nitrógeno como el fósforo, junto con el carbono, son nutrientes esenciales para el crecimiento. Cuando se vierten al entorno acuático, estos nutrientes pueden favorecer al crecimiento de una vida acuática no deseada. Cuando se vierten al terreno en cantidades excesivas, también pueden provocar la contaminación de aguas subterráneas.

Contaminantes prioritarios

Son compuestos orgánicos e inorgánicos determinados en base a su carcinogenicidad, mutagenicidad, teratogenicidad o toxicidad aguda conocida o sospechada. Muchos de estos compuestos se hallan presentes en el agua residual.

Materia orgánica refractaria

Esta materia orgánica tiende a resistir los métodos convencionales de tratamiento. Ejemplos típicos son agentes tenso activos, los fenoles y los pesticidas agrícolas.

Metales pesados Los metales pesados son, frecuentemente, añadidos al agua residual en el curso de ciertas actividades comerciales e industriales, y puede ser necesario eliminarlos si se pretende reutilizar el agua residual.

Sólidos inorgánicos disueltos

Los constituyentes inorgánicos tales como el calcio, sodio y los sulfatos se añaden al agua de suministro como consecuencia del uso del agua, y es posible que se deban eliminar si se va ha reutilizar el agua residual.

Fuente: Tchobanoglous, G; y Burton, F. 1995.

7

2.1.1.2.- Características cuantitativas.

La contribución de las aguas residuales domésticas depende fundamentalmente

del suministro de agua. El agua usada en las viviendas es encaminada

posteriormente a las instalaciones prediales, dirigiéndose luego a las redes de

alcantarillado. Hay en consecuencia , una nítida correlación entre el consumo

per cápita de agua y la contribución a la red de alcantarillado.

El consumo per cápita es un parámetro extremadamente variable entre

diferentes sitios, dependiendo de diferentes factores:

- Hábitos higiénicos y culturales de la población.

- Cantidad de micro medición del sistema de suministro de agua.

- Instalaciones y equipos hidráulico –sanitarios de los inmuebles.

- Control ejercido sobre el consumo.

- Intermitencia o regularidad del abastecimiento del agua.

- Temperatura media de la región.

- Renta familiar.

- Disponibilidad de equipos domésticos que utilizan agua en cantidad apreciable.

- Índices de industrialización.

- Intensidad y tipo de actividad comercial.

Tradicionalmente los caudales de las aguas residuales se estiman en función de

los caudales de abastecimiento de agua. El consumo per cápita mínimo

adoptado para el abastecimiento de agua de pequeñas poblaciones es de 80

l/hab/día. Para caudales de población superior a 100000 hab. El valor mínimo

usualmente adoptado es de 150 l/hab/día (Rolim, S. 2000).

8

2.2.- Procesos biológicos que intervienen en el tratamiento de aguas

residuales.

2.2.1.- Digestión anaerobia.

En este proceso se produce la descomposición de la materia orgánica e

inorgánica en ausencia de oxígeno molecular, la materia orgánica contenida en

la mezcla de fangos primarios y biológicos se convierte biológicamente, bajo

condiciones anaerobias, en metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2). El

proceso se lleva a cabo en un reactor completamente cerrado. Los fangos se

introducen en el reactor de forma continua o intermitente, y permanece en su

interior durante periodos de tiempo variables. El fango estabilizado, que se

extrae del proceso en forma continua o intermitente, tiene bajo contenido en

materia orgánica y en patógenos, y no es putrescible.

La conversión biológica de la materia orgánica de los fangos parece que se

produce en tres etapas. El primer paso del proceso comporta la transformación

por vía enzimática (hidrólisis) de los compuestos de alto peso molecular en

compuestos que puedan servir como fuente de energía y de carbono celular. El

segundo paso (acidogénesis), implica la conversión bacteriana de los

compuestos producidos en la primera etapa en compuestos intermedios

identificables de menor peso molecular. El tercer paso (metanogénesis), supone

la conversión bacteriana de los compuestos intermedios en productos finales

más simples, principalmente metano y dióxido de carbono. (Thobanoglous, G; y

Burton, F. 1995).

9

.

Lípidos Ácidos Nucleicos ProteínasPolisacáridos

Ácidos grasos Monosacáridos Aminoácidos Purinas y Pirimidinas

Aromas simples

Hidrólisis

Ácido génesis

Otros productos de la fermentación (ej. Propionato, butirato, succinato, etc.)

Substratos metanogénicos, H2, CO2, Formiato, metanol, metilaminas, acetato.

Metano + dióxido de carbono

Metano génesis

Figura N°2 Representación esquemática del flujo de carbono en el proceso de digestión anaerobia. Fuente: Tchobanoglous, G; y Burton, F. 1995.

2.2.2.- Digestión aerobia.

La velocidad de una reacción de oxidación aerobia no se puede alterar en gran

medida, pero si se sitúa una población grande de microorganismos en forma de

légamo o lodo, sí es posible que la remoción de la materia orgánica presente en

la solución sea rápida. Una superficie microbiana amplia permite la adsorción

inicial de sustancias coloidales y orgánicas solubles junto con la síntesis de

nuevas células, de modo que después de un periodo de contacto relativamente

corto, la fase líquida contiene poca materia orgánica celular. Una vez que se

llega a esta etapa, la materia orgánica adsorbida se oxida para formar productos

aerobios finales (Tebbutt, T. 1997).

10

Cuadro N°2: Digestión aeróbica versus digestión anaeróbica.

Características Aeróbica Anaeróbica Reacción C6H12O6+CO2 6CO2+6H2O C6H12O6 3CO2+3CH4Energía emitida DG° = -2840 KJ/mol de Glucosa DG°= -393 KJ/mol de Glucosa Balance de Carbono

50% CO250% Biomasa

95% CH4 + CO25% Biomasa

Balance de Energía

60% Biomasa 40% Producción de Calor

90% Retenido en CH45% Biomasa 5% Producción de Calor

Producción de Biomasa

Rápido crecimiento de la biomasa, generando problemas por el lodo producido.

Lento crecimiento de la biomasa.

Ingreso de energía por aireación

Si No

Fuente: Rojas, R. 2002. Curso Internacional Gestión Integral del tratamiento de Aguas Residuales. 2.3.- Indicadores de contaminación en aguas residuales.

2.3.1.- Coliformes.

Las bacterias del grupo coliforme se utilizan desde inicios del siglo XX como

indicadores de contaminación fecal. Fueron definidos siempre como bastoncillos

Gram-Negativos, no formadoras de esporas, que pueden crecer en presencia de

sales biliares o de otros agentes tensoactivos y que fermentan la lactosa a 37°

C. Con producción de ácido (ácidos orgánicos débiles y aldehídos) y gas en 24

horas. Entre otras propiedades, debe destacarse la formación de la enzima β -

galactosidasa, que es propia de todos los coliformes. Tradicionalmente los

coliformes son clasificados en dos grupos:

- Coliformes totales.

- Coliformes fecales.

Los coliformes totales son clasificados como bacilos Gram – Negativos aerobios

y anaerobios facultativos no esporulados que fermentan la lactosa con

producción de ácido y gas después de la incubación durante 24 a 48 horas a

37°C. En la superficie del medio de cultivo agar Endo Less estas bacterias

forman colonias vermelias con brillo verde metálico intenso (APHA, 1995).

11

Hasta hace pocos años se consideraba que el grupo estaba formado por tres

géneros y una especie de bacterias comensales de intestino de animales

homeotérmicos: Citrobacter spp., Klebsiella spp., Enterobacter spp., y

Escherichia coli (E. coli). Con métodos de la taxonomía moderna se observa que

el grupo presenta una gran heterogeneidad: reúne bacterias fermentadoras de la

lactosa presentes en las heces, y otras que no se encuentran en estas. Entre las

primeras están E. coli, exclusiva de heces de animales homeotérmicos,

Enterobacter cloacae y Citrobacter freundii, presentes tanto en las heces de los

animales homeotérmicos como en el medio ambiente (suelo, aguas naturales y

contaminadas, vegetales en descomposición) y en bebidas ricas en nutrientes.

Entre las segundas están Serratia fonticola, Rahnella aquatilis y Buttiauxella

agrestis. Estas rara vez se encuentran en las heces y pueden reproducirse en

aguas de buena calidad. Otras bacterias fermentadoras de lactosa de los

géneros Serratia y Yersinia pueden aislarse del suelo y de aguas no

contaminadas. También se registraron bacterias no fermentadoras de lactosa

que, a pesar de producir la enzima β-galactosidasa, perdieron la permeasa de la

lactosa y no pueden metabolizarla (Rolim, S. 2000).

La capacidad de reproducción de los coliformes totales fuera del intestino de

animales homeotérmicos es favorecida por la existencia de condiciones

adecuadas de materia orgánica, pH, humedad, etc. Algunos géneros son

autóctonos de aguas con residuos de fábricas de celulosa, papel y textiles (como

es el caso de Klebsiella), de vegetales, como hojas en descomposición

(Toranzos, G. 1997).

También pueden reproducirse en las biopelículas que se forman en las tuberías

de distribución de agua potable. Por estas razones y por la existencia de

bacterias que responden a la definición de coliformes que no son de origen fecal

12

y que incluso pueden ser lactosa negativas (apareciendo como positivas si se

aplica la prueba de la β - galactosidasa), el grupo de coliformes totales tiene

actualmente poca utilidad como indicador de contaminación fecal. Su uso se ha

restringido para aguas tratadas, aguas minerales y para aguas superficiales.

Para evaluar la eficiencia de una planta de tratamiento de aguas residuales

deben usarse los coliformes fecales. Solamente deberá recurrirse a los

coliformes totales si no hay condiciones para cuantificar los coliformes fecales

(Rolim, S. 2000).

Los coliformes fecales constituyen un subgrupo de los coliformes totales, y se

diferencian de los anteriores por ser tolerantes a temperaturas más altas,

creciendo a 44.5°C (APHA, 1995). Se denominan termo tolerantes por su

habilidad de soportar temperaturas más elevadas. Este subgrupo está formado

principalmente por E. coli, y con menor representatividad por otras

enterobacterias que forman el grupo de los coliformes: Klebsiella, Citrobacter y

Enterobacter (estos dos últimos en menores concentraciones). La termo

tolerancia estaría relacionada con la presencia de proteínas más resistentes al

calor en la membrana celular y el citoplasma, que fueron sintetizadas por los

coliformes del intestino de animales homeotérmicos (Rolim, S. 2000).

2.3.2.- Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO).

La Demanda Bioquímica de Oxígeno está relacionada a la suma de la materia

orgánica biodegradable en una muestra de agua. Durante la degradación

oxidativa de la materia orgánica, microorganismos aeróbicos consumen el

oxígeno presente en el agua como gas disuelto. La demanda bioquímica de

oxígeno es expresada como peso del oxígeno consumido por unidad de volumen

del agua durante un período definido de tiempo a una temperatura definida. Para

una completa oxidación biológica a 20°C, se requiere un periodo de tiempo entre

13

21 y 28 días. Considerando que estos periodos son muy largos en comparación

a requerimientos prácticos, convencionalmente la medida es hecha después de

los 5 días de incubación, tiempo en el cual la suma del oxígeno consumido

corresponde más o menos a un 70% del total de consumo después de los 21 –

28 días (Velp Científica 2001).

La DBO es el método usado con mayor frecuencia en el campo de tratamiento

de las aguas residuales. Si existe suficiente oxígeno disponible, la

descomposición biológica de un desecho orgánico continuará hasta que el

desecho se haya consumido. Tres actividades más o menos diferenciadas

pueden ocurrir. Primero, una parte del desecho se oxida a productos finales y

con ellos los microorganismos obtienen energía para el mantenimiento de las

células y la síntesis de nuevo tejido celular. Simultáneamente, otra fracción del

desecho se convierte en tejido celular nuevo empleando la energía liberada

durante la oxidación. Por último, cuando se consume la materia orgánica, las

nuevas células empiezan a consumir su propio tejido celular con el fin de obtener

energía para el mantenimiento celular; este tercer proceso es llamado

respiración endógena. El término usado para representar los desechos orgánicos

es COHNS (el cual representa los elementos carbono, oxígeno, hidrógeno,

nitrógeno y azufre) y para el tejido celular es C5H7NO2; los tres procesos se

definen por las siguientes reacciones químicas:

Oxidación:

COHNS + O2 + bacterias CO2 + H2O + NH3 + otros productos + energía

Síntesis:

COHNS + O2 + bacterias + energía C5H7NO2

Respiración endógena:

C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + NH3 +2H2O

(Crites, R. y Tchobanoglous, G. 2000).

14

Los resultados de los ensayos de DBO se emplean para:

1. Determinar la cantidad aproximada de oxígeno que se requerirá para

estabilizar biológicamente la materia orgánica presente.

2. Dimensionar las instalaciones de tratamiento de aguas residuales.

3. Medir la eficacia de algunos procesos de tratamiento.

4. Controlar el cumplimiento de las limitaciones a que están sujetos los

vertidos.

(Tchobanoglous, G; y Burton, F. 1995).

2.4.- Antecedentes del tratamiento de aguas residuales por lagunas de . .

estabilización.

En los países desarrollados el principal objetivo del tratamiento es la remoción

de materia orgánica y nutrientes, pues una tifoidea o una caso de parasitismo

son excepcionales. En cambio, en los países en desarrollo, el objetivo prioritario

de tratamiento de las aguas residuales debe ser la remoción de parásitos,

bacterias y virus patógenos que ocasionan enfermedades endémicas. La opción

tecnológica mediante la cual se alcanza plenamente el objetivo de “no

patógenos”, corresponde a las lagunas de estabilización (MINSA, 1999).

Las lagunas de estabilización se comenzaron a usar en América Latina en 1958

para el tratamiento de aguas residuales, teniéndose mucho más éxito que con

las plantas convencionales. Se considera que en 1993 existen más de 3000

lagunas de estabilización en América Latina y el Caribe. Su uso se popularizó y

la gran mayoría de lagunas construidas continúan operando. Sin embargo, el uso

de lagunas de estabilización obligó a romper con algunas tradiciones del

tratamiento que establecen que los efluentes de las plantas de tratamiento de

aguas residuales deben tener una DBO y una concentración de sólidos

suspendidos menor de 30 mg/L. Los efluentes de las lagunas de estabilización

no logran una concentración tan baja de sólidos suspendidos pero en cambio

15

pueden llegar a tener calidades microbiológicas muy buenas. Lo que se quiere

es proteger la salud pública, las lagunas son una herramienta excelente (MINSA,

1999).

En Ayacucho, también existen trabajos realizados en la Planta de Tratamiento de

Agua Residuales “La Totora”, (Condezo, G. 1986); realizó un estudio físico

químico y bacteriológico de las lagunas de estabilización, llegando a la

conclusión de que si bien existía un buen porcentaje de disminución del número

de coliformes totales y fecales, las aguas efluentes contenían cantidades

importantes de estos organismos. En años posteriores se fueron modificando las

estructuras de las pozas de oxidación, con la finalidad de lograr mayor capacidad

de remoción de microorganismos y desechos orgánicos e inorgánicos, luego

(Naveda, M. 1999), realizó un estudio sobre la capacidad de remoción de

bacterias indicadoras de contaminación y DBO en aguas residuales tratadas en

la Planta de Tratamiento “La Totora” y determinó que el porcentaje de remoción

promedio de las bacterias indicadoras de contaminación al final del tratamiento

fue del orden de 99.768%, remoción deficiente en relación a las normas

establecidas por la OMS que recomienda que la remoción de bacterias debe ser

del orden del 99.9999%. La capacidad de remoción promedio de la DBO en todo

el sistema fue de un 45.5% con un valor promedio para el afluente en la planta

de 303 mg/L y un valor promedio para el efluente final de 165 mg/L.

2.5.- Marco legal e institucional en el Perú.

En 1992, mediante los decretos leyes 25491 y 25738 se transfiere la

responsabilidad del manejo del saneamiento al Ministerio de la Presidencia

(antes responsabilidad del Ministerio de Vivienda). La unidad ejecutora del

Programa Nacional de Agua Potable y Alcantarillado, continúa con los trabajos

iniciados en el Ministerio de Vivienda y, en atención a los requerimientos de la

apertura del sector a la inversión privada, en un esfuerzo por configurar la

16

normatividad definitiva y el ordenamiento institucional promueven el

establecimiento de la Ley General de los Servicios de Saneamiento y la Ley

General de la Superintendencia de Servicios de Saneamiento los que

conjuntamente con lo referido a la participación privada, configuran el marco

institucional u organizativo del Sector de Saneamiento en la actualidad.

De acuerdo a la Ley General de Saneamiento, Ley N° 26338 y la Ley Orgánica

de Municipalidades, se establece que la explotación de los servicios de

saneamiento a nivel urbano es responsabilidad municipal, habiéndose entregado

a título gratuito a los municipios distritales y provinciales todas las entidades

prestadoras de agua potable y alcantarillado anteriormente administradas por la

ex SENAPA, con excepción de SEDAPAL, en conformidad con los decretos

legislativos N° 574 y N° 601. Los Servicios a nivel rural, a cargo del Ministerio de

Salud, pasaron a control de los gobiernos regionales, por decreto Legislativo N°

584, quedando en consecuencia altamente descentralizada la prestación de los

servicios de saneamiento en nuestro país.

Para cubrir el vacío, generado por la falta de cohesión de los Ministerios de

Vivienda y Salud, el gobierno mediante Decreto Ley N° 25965, de fecha 19 de

diciembre de 1992, creó la Superintendencia Nacional de Servicios de

Saneamiento como una institución pública descentralizada del Ministerio de la

Presidencia, en sus inicios y que en Junio del 98, fue adscrita al Ministerio de

Economía y Finanzas (MEF) por Decreto de Urgencia N° 025-98. La SUNASS es

el organismo encargado de:

- Proponer normas para la prestación de los servicios de agua potable,

alcantarillado sanitario y pluvial, disposición sanitaria de excretas, reuso de

aguas servidas y limpieza pública.

- Fiscalizar la prestación del los mismos.

- Aplicar las sanciones que establezca la legislación sanitaria.

17

- Evaluar el desempeño de las entidades que lo prestan y promover su

desarrollo.

Con la finalidad de implementar a la superintendencia, en uso de la facultad

conferida por decreto Ley N° 25965, es que se promulga la Ley General de esta

institución para su normal funcionamiento.

En cuanto al régimen económico se plantea que la Superintendencia financie su

operación sin recurrir al tesoro público. En tal sentido se propone que este

financiamiento se realice mediante transferencias efectuadas por las entidades

prestadoras de los servicios de Saneamiento, por un monto de 2% de sus

ingresos tarifarios totales

La normatividad vigente (Ley General de Servicios de Saneamiento N° 26338)

de nuestro país, considera a los servicios de saneamiento, entre ellos se incluye

lo concerniente a las aguas residuales (desde su recolección hasta su

disposición final) como servicio de necesidad y utilidad pública y de preferente

interés nacional, con la finalidad de proteger la salud y conservar

adecuadamente el ambiente. Este marco normativo regula y a la vez propicia un

adecuado manejo de las aguas residuales.

De acuerdo al marco legal vigente, se define las siguientes instituciones

responsables en la prestación de los servicios de saneamiento:

- El Ministerio de la Presidencia (MIPRE), constituye el organismo rector del

estado en los asuntos referentes a los servicios de saneamiento como tal, le

corresponde las políticas y dictar las normas para la prestación de los mismos.

- La Superintendencia Nacional de Servicios de Saneamiento (SUNASS) del

Ministerio de Economía y Finanzas (MEF), es el organismo que se encarga

de garantizar a los usuarios la prestación de los servicios de saneamiento en

las mejores condiciones de calidad, contribuyendo a la salud de la población y

la preservación del ambiente.

18

- El programa Nacional de Agua Potable y Alcantarillado (PRONAP), es un

órgano del ministerio de la presidencia, con personería Jurídica de derecho

público interno, creado mediante Resolución Ministerial y elevado mediante

Decreto Supremo a la categoría de Proyecto Especial. El programa tiene como

objetivos definir el marco legal que sustente la función rectora del Estado en el

Sector, el fortalecimiento Institucional y operativo de las dependencias a nivel

central, y de las empresas prestadoras de servicios, la rehabilitación de la

infraestructura de saneamiento, y el desarrollo de estudios y proyectos para la

ampliación de la cobertura, al conocimiento del sector y las necesidades de

recursos para su desarrollo.

- Ministerio de Salud (MINSA), cuya competencia alcanza los aspectos de

saneamiento ambiental, debe formular las políticas y dictar normas de calidad

sanitaria del agua para consumo humano y de protección del ambiente.

- Los Gobiernos Municipales en el nivel provincial son los responsables de la

prestación de servicios de saneamiento, otorgan el derecho de explotación del

servicio a las entidades prestadoras y aprueban las tarifas propuestas por las

mismas de acuerdo a las normas emitidas por la Superintendencia Nacional de

Servicios de Saneamiento.

- Las Entidades Prestadoras de Servicios de Saneamiento (EPS), que pueden

ser públicas, privadas o mixtas; obtienen el derecho de explotación, otorgado

por los Gobiernos Municipales, y son los responsables de prestar los servicios

con total autonomía en el Marco Legal del Sector.

- Instituto de la Defensa de la Competencia y de la Protección de la Propiedad

Industrial (INDECOPI) en defensa del consumidor y control de calidad de

materiales.

- Los usuarios de los servicios, reciben el Servicio de las entidades prestadoras

y pagan una tarifa, siendo responsables del adecuado uso de las instalaciones.

19

- Otras instituciones que actúan en el sector son el Ministerio de Agricultura,

FONAVI y FONCODES, estos dos últimos financiando proyectos de

saneamiento.

2.6.- Normatividad, Orientación Política y Planeamiento del Sector.

La normatividad general, orientación política y el planeamiento sectorial,

compete al Ministerio de la Presidencia, en particular al despacho del Vice

Ministro de infraestructura, no obstante, en ausencia de un soporte técnico

organizativo adecuado en esta instancia, las propuestas de política sectorial han

sido parcialmente asumidas por el PRONAP, quien a su vez viene asumiendo,

las funciones relativas al planeamiento del desarrollo del sector que son de vital

importancia y de carácter permanente.

2.7.- Regulación (Normalización técnica), Fiscalización y Control.

La regulación, fiscalización y control de la prestación de los servicios, esto es de

la actividad de servicios correspondiente a la SUNASS.

La normatividad relacionada con el sector, se establece por las siguientes

instituciones:

- Superintendencia Nacional de Servicios de Saneamiento (SUNASS) entidad

del Ministerio de Economía y Finanzas, tiene entre sus funciones la

fiscalización de los servicios de las empresas prestadoras y vela por el

cumplimiento de la normatividad de la prestación de los servicios de

saneamiento, así por la formulación y actualización de normas, directivas y

otros dispositivos que se requieran con este fin.

- Dirección General de Salud Ambiental (DIGESA) del Ministerio de Salud

(MINSA), le corresponde formular, regular, supervisar y difundir normas sobre

protección del ambiente, saneamiento básico y todo lo relacionado con la

calidad de los habitad. Estas están contenidas en el Código de Salud y en el

Documento de Legislación Sanitaria sobre aspectos de Salud Ambiental.

20

- Instituto de Defensa de la Competencia y de Protección de la Propiedad

Industrial (INDECOPI), tiene por finalidad, desarrollar actividades de

normalización técnica con el fin de velar por la calidad de los productos y

proteger al consumidor. Tiene a su cargo la aprobación de las Normas

Técnicas de Producción Industriales.

- Servicio Nacional de Capacitación para la Industria de la Construcción

(SENCICO), institución descentralizada del Ministerio de Transportes,

Comunicaciones, Vivienda y Construcción (MTC), tiene a su cargo el

Reglamento Nacional de Construcciones, que comprende Normas Técnicas de

urbanismo, arquitectura, estructuras, Saneamiento y electrodomésticas, en las

áreas urbana y rural; incluyendo aspectos de diseño, construcción,

rehabilitación, operación y mantenimiento.

2.8.- Planta de Tratamiento de Aguas Residuales “La Totora”

La planta se encuentra ubicada planimétricamente entre las siguientes

coordenadas:

NORTE 585.654 E - 8 547.489 N

SUR 585.762 E – 8 546.611 N

ESTE 585.996 E – 8 547.037 N

OESTE 585.442 E – 8 547.220 N

Colinda hacia el norte con la carretera Ayacucho-Huanta, hacia el sur con el río

Alameda, hacia el este con varias chacras donde las principales actividades

económicas son la agricultura y ganadería, hacia el oeste con una zona poblada

caracterizada por casas unifamiliares con huertos que están emplazadas a lo

largo del camino de acceso osea directamente colindantes con la planta o al

frente del mencionado camino.

21

2.8.1.- Tratamiento preliminar. Son dispositivos formados por barras metálicas, paralelas, del mismo espesor e

igualmente espaciadas. Se destinan a la remoción de sólidos gruesos en

suspensión, así como de cuerpos flotantes, como estopa, papel, paño, madera y

plástico. Tiene la finalidad de:

- Protección de los dispositivos de transporte de las aguas residuales contra

obstrucción, especialmente de bombas, registros, tuberías, piezas especiales,

etc.

- Protección de los equipos de tratamiento, y del aspecto estético de los cuerpos

receptores cuando las aguas residuales se alejan por simple dilución.

El espaciamiento útil entre las barras se escoge en función al tipo de material

que se quiere retener y de los equipos a proteger. Pueden clasificarse así:

- Rejillas gruesas: se instalan aguas arriba de las bombas de grandes

dimensiones, turbinas, etc. Y casi siempre preceden rejillas comunes.

- Rejillas medias: con menor espacio entre las barras (por lo general 25 mm); se

usan comúnmente en plantas de tratamiento de aguas residuales.

- Rejillas finas: Se emplean cuando están bien determinadas las características

del agua a tratar (Rolim, S. 2002).

Cámara de rejillas.- La planta de tratamiento de aguas residuales “La Totora”

consta de una cámara de rejillas compuesta de tres canaletas de aproximación

hacia las rejillas. La concepción constructiva de tales canaletas, ha previsto

aguas arriba de las rejillas una forma trapezoidal en la parte inferior de las

mismas por medio de cuñas de 25 cm de ancho y 50 cm de altura a manera de

asegurar las velocidades requeridas. Para alcanzar una distribución

proporcionada del afluente hacia las tres cámaras o canaletas, se cuenta con

muros guía (pilas) en la entrada y salida de las mismas. Con el objeto de aislar

cada una de las unidades, han sido provistas compuertas deslizantes de canal

22

con vástago no ascendente ubicadas al inicio y a la salida de las canaletas. En lo

referente a los equipos de rejillas se han previsto 2 unidades de rejillas

escalonadas de limpieza automática. Este tipo de rejillas se encuentra

conformado por láminas o barras en forma de escalera de manera que unas

láminas son fijas y otras móviles, formando parte éstas últimas de un conjunto

móvil que se mueve por ciclos en dirección ascendente de manera que los

sólidos se van depositando y transportando al siguiente escalón de forma

sucesiva hasta alcanzar el punto más alto donde se produce el vertido hacia

tolvas ubicadas en la parte superior del transportador tipo tornillo sin eje para su

conducción hacia el container. El tornillo se encuentra encapsulado en toda su

longitud de manera que su transporte es higiénico y la generación de malos

olores mínima.

El ciclo de trabajo se regula automáticamente según el nivel de agua frente a la

rejilla. La determinación del nivel de agua ocurre mediante sondas. Alcanzado un

valor preestablecido se pone en marcha el equipo iniciando así un ciclo de

limpieza.

Desarenador.- Los desarenadores son unidades destinadas a retener arena y

otros residuos minerales inertes y pesados que se encuentran en las aguas

residuales (escombros, guijarros, partículas de metal, carbón, etc.). Estos

materiales provienen del lavado, inundaciones, infiltraciones de aguas residuales

de las industrias, etc. Son tanques de sedimentación diseñados para remover

materia no putrescible que puede causar abrasión en canales o bombas, y

ocasionar su obstrucción. La materia removida, como no es biodegradable, debe

recolectarse y disponerse en un área adecuada para el relleno (Rolim, S. 2002).

La Planta de Tratamiento de Aguas Residuales “La Totora” cuenta con

desarenadores rectos de flujo horizontal, sin aeración, con un sistema de

23

limpieza hidráulico. Consta de tres cámaras de 1,20 m de ancho cada una con

una profundidad de canal de 2,50 m y una longitud efectiva de 30 m.

2.8.2.- Tratamiento primario.

Con este nombre se designa a los procesos cuya finalidad es la remoción de

sólidos suspendidos y puede ser por: sedimentación o flotación. De estos

procesos, el mas utilizado y que mejor se ajusta a las características de las

aguas residuales es la sedimentación. Las unidades o dispositivos de

tratamiento que utilizan el proceso de sedimentación son:

- Tanques sépticos.

- Tanques Imhoff.

- Sedimentadores simples o primarios.

Tanques Imhoff.- Un tanque Imhoff es una unidad de tratamiento primario de

dos niveles, conocido también como tanque de doble acción, los tanques Imhoff

son utilizados como tanque de sedimentación y de digestión, sirven

principalmente para la separación de sólidos suspendidos mediante

sedimentación convirtiéndose en lodos y mediante flotación convirtiéndose en

natas. Un tanque Imhoff se divide en:

- Cámara de sedimentación.- La cámara de sedimentación se encuentra situada

en la parte superior del tanque, es el compartimiento al que ingresan las aguas

a tratar, la cámara de sedimentación tiene en el fondo dos lozas convergentes

con una inclinación de 60° respecto a la horizontal, en el fondo tiene una

ranura y un solape de las lozas inclinadas gracias a esta disposición

geométrica se evita que los gases producidos en la digestión, al seguir un

camino ascendente, perturben la sedimentación de los sólidos.

- Zona neutra.- Se llama zona neutra al espacio comprendido entre la cámara de

sedimentación que ayudan a evitar que las espumas o natas pasen de la

cámara de digestión a la de sedimentación debido a la acción de los gases.

24

- Cámara de digestión.- En esta cámara se encuentra en la parte inferior del

tanque Imhoff, puede estar formada en su fondo por dos o más tolvas que

faciliten el drenado de los lodos, estos serán removidos mediante un tubo

utilizando la carga hidrostática.

- Cámara de natas.- También llamada respiradero o cámara de espumas, es la

cámara por la que son expulsados hacia la atmósfera los gases que se forman

en la cámara por lo que son expulsados hacia la atmósfera los gases que se

forman en la cámara de digestión por el proceso anaerobio que experimentan

los sólidos sedimentables.

Cámara de natas o de ventilación

Cámara de digestión

Zona Neutra

Cámara de Sedimentación

Figura N° 3: Representación esquemática de las partes de un Tanque Imhoff. Fuente: Días, J; y Bellot, F. 1995.

La Planta de Tratamiento de Aguas Residuales “La Totora” cuenta para el

tratamiento primario con 6 tanques Imhoff, los que son alimentados por las

aguas procedentes del efluente de los desarenadores. Los tanques Imhoff 3, 4,

5 y 6 tienen un área en planta de 30,50 x 17,80 m de dimensiones internas a los

que se adicionan el área de 30,10 x 12 m de dimensiones internas de los 2

tanques Imhoff 1 y 2.

25

El período de retención nominal recomendado se encuentra en el rango de 1 a

2,5 h. Acorde al período de retención se produce una mayor o menor remoción

de la carga orgánica.

Como una acotación adicional se señala que el período de retención ha sido

calculado en función del caudal horario, en realidad el cálculo debería referirse al

caudal medio diario con lo que los períodos de retención para los tanques

existentes ascenderían a 1,2 h y en los nuevos a 1,8 h, obteniéndose un tiempo

de retención ponderado mayor a 1,6 h y por tanto una mayor remoción. En lo

referente a los coliformes fecales o termotolerantes, se acepta para tanques

Imhoff una remoción del 60% y en lo que respecta a la remoción DBO5 de un

25%.

2.8.3.- Tratamiento secundario.

El tratamiento secundario, se encuentra compuesto por 4 filtros percoladores, 3

lagunas de maduración y 2 lagunas facultativas. La sedimentación secundaria

ocurre en las lagunas de sedimentación integradas (4 sedimentadores), las

cuales tratan el efluente final de los filtros percoladores. Finalmente a objeto de

mejorar la calidad microbiológica de los efluentes tratados la planta consta de 3

lagunas de pulimento (maduración). El efluente es entregado al cauce natural del

río Alameda por medio de una estructura disipadora y un canal trapezoidal

ancho, revestido de roca.

Filtros Percoladores.- El filtro percolador consiste en un lecho formado por un

medio sumamente permeable al que se adhieren los microorganismos y a través

del cual percola el agua residual, fenómeno del que recibe el nombre el proceso.

El medio filtrante suele estar formado por piedras, o diferentes materiales

plásticos de relleno. Los filtros incluyen un sistema de drenaje inferior para

recoger el líquido tratado y los sólidos biológicos que se hayan separado del

26

medio. El líquido recogido pasa a un tanque de sedimentación en el que se

pasan los sólidos del agua residual (Tchobanoglous, G; y Burton, F. 1995).

La biomasa dispuesta sobre el material de contacto crece en función de la oferta

de substrato, por lo tanto, el espesor de la biopelícula crece más rápidamente en

la zona superior y más lentamente en la inferior. Dado que el volumen de poros

existente entre las partículas del material de relleno no puede incrementarse, se

puede producir un taponamiento de los mismos impidiendo de esta manera la

libre circulación de agua y de aire e interrumpir de esta manera el proceso. Para

evitar este fenómeno el equipo aspersor (rociador) rotativo considerado en el

diseño está en la capacidad de entregar la cantidad de agua necesaria de

manera de abastecer con el substrato necesario a los organismos y permitir el

arrastre de la biopelícula en exceso (Tchobanoglous, G; y Burton, F. 1995).

La alimentación hidráulica a los filtros percoladores se da por medio de

rociadores rotativos de 4 brazos, cada filtro tiene 32 metros de diámetro, una

altura de 4.5 m de lecho filtrante haciendo una altura total de 7 metros.

(Consulting Engineers Salzgitter. 2002).

El lecho filtrante tiene 4 zonas o capas. La inferior con una altura de 30 cm está

conformada por granulometrías comprendidas entre 100 y 150 mm. La capa

suprayacente con una altura de 30 cm está conformada por granulometrías

comprendidas entre 80 y 100 mm. La capa suprayacente inmediata tiene una

profundidad de 3,50 m y está conformada por granulometrías comprendidas

entre 40 y 80 mm. La capa superior y en una altura de 40 cm está conformada

por granulometrías comprendidas entre 60 y 80 mm. No se empleó bajo ningún

concepto un tamaño de partícula menor a 40 mm. El proceso de sedimentación

secundaria tiene lugar en cuatro pequeñas lagunas que para estos efectos han

sido designadas como sedimentadores integrados, por el hecho de estar

físicamente adosados a las lagunas de maduración. La topografía accidentada

27

de la planta y los requerimientos de taludes no han permitido obtener

dimensiones iguales para los sedimentadores. En promedio se puede decir que

los sedimentadores presentan un área neta a nivel de espejo de agua de 1.325

m² , un área neta en el fondo (tomando en cuenta rampas de acceso,

estructuras, etc.) de 415 m². La altura promedio de agua 2,90 m de los cuales

máximo entre 0,90 a 1,00 m se ha considerado como altura disponible de

volumen muerto para el almacenamiento de lodos y proceso de digestión

(Consulting Engineers Salzgitter. 2002).

Figura N° 4: Representación esquemática de un filtro percolador. Fuente: Kemmer, F; y Mc Callion, J. 1996.

Sistema de lagunas. Lagunas facultativas.- Las lagunas facultativas son variantes mas simples de

los sistemas de lagunas de estabilización. Básicamente el proceso consiste en la

retención de aguas residuales por un periodo de tiempo largo o suficiente como

para que los procesos naturales de estabilización de la materia orgánica se

lleven a cabo. Las principales ventajas o desventajas, están asociadas a a los

fenómenos naturales (Von, M. 1996).

Una laguna facultativa combina la actividad aerobia y la anaerobia en la misma

unidad. Los fitoflagelados y las algas que están en las lagunas utilizan las sales

inorgánicas y el bióxido de carbono que resultan de la descomposición

28

bacteriana de la materia orgánica. El oxígeno producido por la fotosíntesis, que

puede alcanzar niveles de oxígeno disuelto de 15 a 30 mg/L en las postrimerías

de la tarde, está presente en la actividad bacteriológica aerobia, aunque el nivel

de oxígeno disuelto desciende durante la noche y puede llegar a cero si la

laguna está sobrecargada (Tebbutt, T. 1997).

En la zona inferior anaerobia en la que se descomponen activamente los sólidos

acumulados por acción de bacterias anaerobias comporta la producción de

compuestos orgánicos disueltos y de gases como el CO2, el H2S y el CH4, que o

bien se oxidan por las bacterias aerobias, o se liberan a la atmósfera. Las

lagunas facultativas, presentan también una zona intermedia, que es

parcialmente aerobia y anaerobia, en la que la descomposición de los residuos

orgánicos la llevan a cabo las bacterias facultativas. (Tchobanoglous, G; y

Burton, F. 1995).

Figura N° 5: Representación esquemática de un tanque de estabilización

Fuente: Tchobanoglous, G; y Burton, F. 1995.

29

Lagunas de Maduración.- Las lagunas de maduración posibilitan un pulimento

del efluente de cualquiera de los sistemas de tratamiento de aguas residuales.

El principal objetivo es el de la remoción de patógenos y remoción adicional de

DBO. Las lagunas de maduración, constituyen una alternativa bastante

económica en la desinfección del efluente por métodos más convencionales

como la cloración (Von, M. 1996).

Son lagunas que reciben una carga orgánica muy baja cuyo uso primario es

como una etapa secundaria de tratamiento , enseguida de una laguna facultativa

o de otro tipo de unidad de tratamiento biológico. También en estas lagunas hay

gran crecimiento de algas, pero su característica más importante es la alta

remoción de bacterias patógenas que se logra debido a que el ambiente es

desfavorable para estos microorganismos (Tebbutt, T. 1997).

El estanque de maduración o estanque terciario, es utilizado para mejorar los

efluentes de procesos de tratamiento secundarios convencionales, tales como

filtros percoladores o fangos activados. (Tchobanoglous, G; y Burton, F. 1995)

El sistema de lagunas está compuesto por 2 lagunas de tipo facultativo y 3

lagunas de maduración o pulimento. Las lagunas son en esencia estanques

diseñados para el tratamiento de aguas servidas mediante procesos biológicos

naturales de interacción de la biomasa y la materia orgánica contenida en las

aguas servidas. Las lagunas facultativas 1 y 2 son alimentadas con parte del

efluente del tanque Imhoff 6, aproximadamente un 33%. La laguna de

maduración 1, es alimentada por el efluente de los sedimentadores 1 y 2. La

laguna de maduración 2, es alimentada por el efluente de los sedimentadores 3

y 4. La laguna de maduración 3, es alimentada por los efluentes de las lagunas

facultativas 1 y 2 como también de las lagunas de maduración 1 y 2. Las

dimensiones finales del sistema de laguna se indican a continuación:

30

Cuadro N° 3: Dimensiones de las lagunas existentes en la Planta de Tratamiento de aguas Residuales “La Totora”

FONDO LONGITUD ANCHO VOLUMENLAGUNA

ÁREA (m2) L (m) W (m) V (m3) Laguna facultativa 1 1593 344 56 35100 Laguna facultativa 2 1333 341 49 29700 Laguna de maduración 1 1028 269 50 24000 Laguna de maduración 2 14583 262 66 32000 Laguna de maduración 3 15081 253 70 32600 Fuente: Consulting Engineers Salzgitter. 2002.

31

III. MATERIALES Y MÉTODOS

3.1.- Ubicación de la zona de estudio.

La planta de Tratamiento de Aguas Residuales “La Totora” se encuentra ubicada

al norte de la ciudad de Ayacucho, a unos 3,50 km siguiendo la carretera

asfaltada que conduce a la ciudad de Huanta. El acceso tiene lugar desde la

mencionada carretera por medio de un camino de herradura hasta alcanzar el

actual portón de ingreso a la planta de tratamiento de aguas residuales luego de

aproximadamente 800 m de recorrido. Linda hacia el norte con la carretera

Ayacucho-Huanta, hacia el sur con el río Alameda, hacia el este con varias

chacras donde las principales actividades económicas son la agricultura y

ganadería y hacia el oeste con una zona poblada caracterizada por casas

unifamiliares con huertos y emplazadas a lo largo del camino de acceso sea

directamente colindantes con la planta o al frente del mencionado camino.

3.2.- Puntos de muestreo.

Se realizaron muestreos de los afluentes y efluentes intermedios de la Planta de

Tratamiento de Aguas Residuales “La Totora” estableciéndose 07 puntos de

muestreo que a continuación se detallan:

32

1. Afluente de la planta de tratamiento (Entrada).

2. Efluente del tanque Imhoff N° 6 (IMH 6), afluente de las lagunas

facultativas 1 y 2.

3. Caja de distribución N° 4 (CD4), efluente de tanques Imhoff y afluente de

los filtros percoladores.

4. Efluente de la caja de distribución N° 5 (CD5), afluente de las lagunas de

maduración.

5. Efluente de la laguna facultativa N° 1 (LF1).

6. Efluente de la laguna facultativa N° 2 (LF2).

7. Efluente de la laguna de maduración N° 3 (efluente de la planta).

3.3.- Número de muestras y frecuencia de muestreos.

Las muestras fueron tomadas cada quince días a partir del mes de marzo hasta

el mes de julio del 2005; se tomaron 7 muestras cada 15 días, haciendo un total

de 70 muestras analizadas.

3.4.- Muestreo.

Los muestreos de los afluentes y efluentes intermedios se realizaron con la

debida precaución, para lo cual fue necesario el uso de guantes quirúrgicos

descartables y para la toma de muestra fue necesaria la ayuda de un

muestreador simple.

Los muestreos se realizaron entre las 8 a 9 de la mañana, para ello se contó con

un muestreador de aluminio con el cual se tomaron las muestras en los puntos

de muestreo establecidos, se depositó la muestra en frascos estériles de

plástico negro y boca ancha.

El volumen final de la muestra fue aproximadamente de 1 litro.

33

3.5.- Análisis Microbiológico.

Recuento de coliformes fecales por la técnica del número más probable.

Esta técnica está recomendada para recuento de coliformes fecales en aguas

residuales por el libro de métodos normalizados para el análisis de aguas

potables y residuales. 17 th. Ed.

Prueba presuntiva:

• Se sembró 1 ml de cada una de las diluciones seleccionadas en 10 ml de

caldo lactosado, cada dilución se sembró con 5 repeticiones.

• Se incubó a 35 + 2°C durante 24 a 48 horas.

• Se realizó la primera lectura de la prueba transcurridas las 24 horas, la

producción de gas en los tubos de fermentación se tomó como resultado

positivo. Los tubos negativos fueron incubados por 24 horas adicionales.

Prueba confirmativa para coliformes termotolerantes:

• Se seleccionaron las tres últimas series de tubos positivos de la prueba

presuntiva (caldo lactosado).

• Se confirmaron en un medio para Escherichia coli, caldo EC, sembrando un

inóculo de cada tubo positivo de las tres series seleccionadas, en igual

número de tubos de caldo EC.

• Se incubaron los tubos en baño maría a 44.5 + 0.2°C durante 24 horas.

• Se realizó la lectura considerando como positivos los tubos de fermentación

en los cuales se ha producido gas.

• Se anotó el número de tubos confirmados como positivos.

• Se leyó en la tabla del número más probable.

34

3.6.- Determinación de la Demanda Bioquímica de Oxígeno al quinto día

(DBO5).

Se determinó por el método respirométrico, haciendo uso de un sensor

electrónico de oxígeno de lectura directa, método que a continuación se detalla:

• Se tomaron volúmenes de muestra (400, 250 y 150 ml), estos volúmenes

dependieron de la escala a utilizarse con el sensor ( 90, 250, 600 mg/L)

respectivamente, esto está supeditado a la cantidad de materia orgánica con

la que cuenta la muestra.

• Se colocaron las muestras en los frascos color caramelo.

• Se colocaron magnetos dentro de los frascos.

• Se pusieron sobre el pico de las botellas, capuchas de material plástico

conteniendo dos grageas de NaOH.

• Se colocaron y ajustaron los sensores sobre el pico de la botella.

• Se ajustaron los sensores a la escala deseada.

• Se pusieron a incubar los frascos a 20°C y en agitación.

• Se hizo la lectura después de 5 días de incubación.

3.7.- Determinación de la capacidad de remoción.

La capacidad de remoción fue determinada en base a las diferencias de cargas

orgánicas entre el afluente y el efluente. Entonces, la eficiencia de remoción fue

calculada usando la siguiente fórmula:

% Remoción = C (afluente) – C (efluente)

C (afluente) x 100

donde: C representa la concentración del parámetro (coliformes fecales o DBO).

35

3.8.- Análisis Estadístico.

Los resultados obtenidos fueron ordenados, se calcularon porcentajes de

remoción de microorganismos indicadores de contaminación (Coliformes fecales)

y DBO y resultados que fueron presentados en histogramas.

36

37

IV.- RESULTADOS.

Gráfico No 1: Porcentaje de remoción de coliformes fecales de los tanques Imhoff de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales "La Totora", Ayacucho - 2005.

82.83885.876 85.13981.179

63.750

98.245

0

20

40

60

80

100

MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO PROMEDIO

Meses

Rem

oció

n (%

)

Tanques Imhoff Parámetro de diseño (60%)

38

Gráfico No 2: Porcentaje de remoción de DBO de los tanques Imhoff de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales "La Totora", Ayacucho - 2005.

27.7

13.9

23.8 23.5

35.1

42.1

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO PROMEDIO Meses

Rem

oció

n (%

)

Tanques Imhoff Parámetro de diseño (25%)

39

Gráfico N° 3: Porcentaje de remoción de coliformes fecales de los filtros percoladores de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales "La Totora", Ayacucho - 2005.

92.87898.040

93.36495.636 98.103

79.245

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO PROMEDIO

Meses

Rem

oció

n (%

)

Filtros percoladores Parámetro de diseño (90%)

40

Gráfico N° 4: Porcentaje de remoción de la DBO de los filtros percoladores de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales "La Totora", Ayacucho - 2005.

63.3

56.7

73.167.0

59.6 60.3

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO PROMEDIO Meses

Rem

oció

n (%

)

Filtros percoladores Parámetro de diseño (86%)

41

Gráfico N° 5: Porcentaje de remoción de coliformes fecales de las lagunas facultativas 1 y 2 de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales "La Totora",

Ayacucho 2005.

98.5297.89

99.5399.02

99.67

96.51

98.2698.83

95.86

99.6998.7998.15

84

86

88

90

92

94

96

98

100

MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO PROMEDIO

Meses

Rem

oció

n (%

)

Efluente lag. facultativa 1 Efluente lag. facultativa 2 Parámetro de diseño (90%)

42

Gráfico N° 6: Porcentaje de remoción de la DBO de las lagunas facultativas 1 y 2 de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales "La Totora", Ayacucho - 2005.

57.2 55.958.4 58.5 60.155.6 53.356.0 55.8 54.7 52.4

60.7

0102030405060708090

100

MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO PROMEDIO

Meses

Rem

oció

n (%

)

Efluente lag. facultativa 1 Efluente lag. facultativa 2 Parámetro de diseño (80%)

43

Gráfico N° 7: Porcentaje de remoción de coliformes fecales de las lagunas de maduración de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales "La Totora",

Ayacucho - 2005.

91.2298.73 98.96 96.00 99.18 96.82

0102030405060708090

100

MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO PROMEDIOMeses

Rem

oció

n (%

)Lagunas de maduración Parámetro de diseño (25%)

44

Gráfico N° 8: Porcentaje de remoción de DBO en lagunas de maduración de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales "La Totora", Ayacucho - 2005.

57.61

39.40

25.57

56.8052.98

46.47

0

10

20

30

40

50

60

70

MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO PROMEDIO

Meses

Rem

oció

n (%

)

Lagunas de maduración Parámetro de diseño (16%)

45

Gráfico N° 9: Porcentaje de remoción de coliformes fecales de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales "La Totora", Ayacucho - 2005.

99.976 99.988 99.991 99.973 99.997 99.985

98.8

99.0

99.2

99.4

99.6

99.8

100.0

MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO PROMEDIO Meses

Rem

oció

n (%

)

Remoción a Nivel de Planta Parámetro de diseño (99%) OMS (99.999%)

46

Gráfico N° 10: Porcentaje de remoción de la DBO de la Planta de tratamiento de Aguas Servidas "La Totora", Ayacucho - 2005.

84.2

86.287.6

81.2

88.7 89.2

76

78

80

82

84

86

88

90

92

MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO PROMEDIO Meses

Rem

oció

n (%

)

Remoción a nivel de planta Parámetro de diseño (91%)

47

Gráfico N° 11: Promedio mensual del número mas probable de coliformes fecales al ingreso y salida de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales "La Totora",

Ayacucho - 2005.

8.85E+083.60E+08

1.40E+09 8.00E+081.51E+09 9.91E+08

1.29E+054.50E+04

2.20E+051.20E+054.50E+04

2.15E+05

1.00E+00

1.00E+01

1.00E+02

1.00E+03

1.00E+04

1.00E+05

1.00E+06

1.00E+07

1.00E+08

1.00E+09

1.00E+10

MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO PROMEDIOMeses

Col

iform

es fe

cale

s (N

MP/

100

ml)

Entrada Salida Ley general de aguas clase III (1.00E+03 NMP/100 ml)

48

Gráfico N° 12: Promedio mensual de la demanda bioquímica de oxígeno al ingreso y salida de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales "La Totora", Ayacucho - 2005.

251.5

363.5344.5 334.5

408.5

340.5

46.3544.237.864.7545.1539.85

0

50

100

150

200

250

300

350

400

MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO PROMEDIO

Meses

DB

O5

(mg/

L)

Entrada Salida Ley general de aguas clase III (15 mg/L DBO5)

49

V. DISCUSIÓN

En el Gráfico N° 1 se observa que la capacidad de remoción de coliformes

fecales de los tanques Imhoff en el período comprendido entre los meses de

marzo a abril, se encuentran sobre los valores del parámetro de diseño (60% de

remoción). Se observa que el valor más bajo se obtuvo en el mes de junio (63.75

% de remoción), esto debido a que es el mes en el que se registran las

temperaturas más bajas. La temperatura del agua es un parámetro muy

importante dada su influencia, tanto sobre el desarrollo de la vida acuática como

sobre las reacciones químicas y velocidades de reacción.

En el Gráfico N° 2 se observa que la capacidad de remoción de los tanques

Imhoff en los meses de marzo, abril y mayo están por debajo del parámetro de

diseño (25 % de remoción de DBO). En los meses de junio y julio se observa un

incremento en la capacidad de remoción de DBO, manteniéndose los valores por

encima del parámetro de diseño (25 % de remoción de DBO), esta variación se

debe al periodo de maduración de las unidades como también al aumento de

personal, los cuales se concentraron en la limpieza de natas en la cámara de

sedimentación y cámara de ventilación, removiéndose gran cantidad de sólidos

flotantes y materia orgánica que estuvo acumulándose en los últimos meses.

50

León, G. (1999). En la conferencia “Tecnologías de tratamiento de aguas

residuales usadas en América Latina y El Caribe” considera que un incremento

en la temperatura aumenta el decaimiento bacterial por el incremento de la

actividad metabólica, lo que origina mayor susceptibilidad a las sustancias

tóxicas, hacen que los predadores se multipliquen más rápidamente y por ello el

número de bacterias disminuye más velozmente.

Rojas, R. (2002). En la conferencia “Eliminación de microorganismos por

diversos procesos de tratamiento”, considera que para unidades de tratamiento

primario de sedimentación simple, tienen una eficiencia remocional de DBO de

20 a 40% y de 25 a 75% de remoción para coliformes.

Díaz, J; y Bellot, F. (1995). En el estudio “Evaluación de tanques Imhoff – ciudad

de La Paz”, obtuvieron las siguientes eficiencias; 28% de remoción de DBO y

46% de remoción para coliformes fecales.

Tchobanoglous, G; y Burton, F. (1995). En su libro “Ingeniería de aguas

residuales” reportan que una eficiencia típica de remoción de DBO para tanques

Imhoff de un 30 a un 35%.

En el Seminario Taller “Sistemas de tratamiento de aguas residuales y

disposición de excretas para el área rural” organizado por FONCODES el año

1999, considera que el tanque Imhoff reduce la DBO de un 25 a 35%.

Las eficiencias remocionales de DBO y coliformes fecales reportadas por los

autores antes mencionados, coinciden con el promedio general de remoción de

los parámetros analizados en el presente trabajo.

En el Gráfico N° 1; se observa que el promedio general en la remoción de

coliformes fecales de los tanques Imhoff es de 82.838%, valor que está por

encima del parámetro de diseño (60%).

El promedio general en la remoción de DBO es de 27.7%, valor que está por

encima del parámetro de diseño (25%).

51

En el gráfico N° 3; se representa la capacidad de remoción de los filtros

percoladores en lo que respecta a coliformes fecales, en los meses de marzo a

abril, se mantuvieron por encima del valor del parámetro de diseño (90 % de

remoción de coliformes fecales). Se observó que el valor más bajo se dió en el

mes de julio con un 79.24% de remoción, originalmente el filtro es diseñado

principalmente para la remoción de materia orgánica, la remoción elevada de

coliformes fecales se debe a que la comunidad biológica tan diversa presente en

el filtro que está compuesta por bacterias facultativas aerobias y anaerobias,

hongos, algas y protozoos pudiendo también encontrarse animales superiores

como nemátodos y larvas de insectos.

En el gráfico N° 4; se observa que la capacidad de remoción de DBO en los

filtros percoladores mantienen valores por debajo del valor del parámetro de

diseño (86% de remoción de DBO).

Se observó que los valores más bajos se obtuvieron en los meses de marzo con

56.7% y julio con un 60.3% de remoción de DBO, estas variaciones se deben a

que el agua ingresa con una alta carga de materia orgánica al filtro.

En el estudio realizado por la consultora Consulting Engineers Salzgiter (2001).

definió como condición inicial la siguientes características de aguas a tratar: para

el horizonte 2010 y 2020 valores de ingreso a la planta de 204 mg/l y 208 mg/l de

DBO respectivamente, esto no se vino dando ya que desde el mes de marzo

ingresan a la planta valores de DBO mayores a 250 mg/l alcanzando en julio el

valor más alto con un valor de 408.5 mg/L como promedio mensual (Ver anexo

N° 2). Esto viene afectando en la eficiencia de remoción de materia orgánica en

el los filtros.

La baja eficiencia de remoción de DBO puede deberse también al ingreso de

aceites y grasas que podrían estar recubriendo la película biológica del lecho

filtrante, esto traería como consecuencia la muerte de los microorganismos y el

52

desprendimiento de esta película, no permitiendo así que se efectúe una

adecuada estabilización de la materia orgánica.

Rojas, R. (2002). En la conferencia “Eliminación de microorganismos por

diversos procesos de tratamiento”, considera que para unidades de tratamiento

secundario y filtros percoladores, tienen una eficiencia remocional de DBO de 50

a 95% y de 90 a 95% de remoción para coliformes.

Crites, R y Tchobanoglous, G. (2000). En su libro “Tratamiento de aguas

residuales en pequeñas poblaciones”, consideran una remoción de 80 a 90% de

DBO para filtros percoladores.

León, G. (1998). En la conferencia “Tecnologías de tratamiento de aguas

residuales usadas en América Latina y El Caribe” considera que los filtros

percoladores de alta tasa trabajan con una capacidad de remoción de DBO que

va de un 60 a 90%.

Tchobanoglous, G; y Burton, F. (1995). En su libro “Ingeniería de aguas

residuales”, reporta que una eficiencia típica de remoción de DBO para filtros

percoladores de tasa baja es de un 80 a 90%.

Pérez, J; y Valverdú, A. (1996). En su trabajo de Información “ Depuración y

reutilización de aguas residuales”, reporta para filtros percoladores de tasa baja

una eficiencia remocional de DBO de un 80 a 90% y una remoción de bacterias

coliformes de un 90 a 95%.

Vinces, A. (1993). En el X Congreso Peruano de Ingeniería Sanitaria y

Ambiental, realizado en Chiclayo en 1993, presenta trabajos realizados en el

módulo de servicios experimentales de la Costa Verde en el distrito de Miraflores

en Lima, donde la depuración de aguas residuales se realizan por medio de

filtros biológicos obteniendo una remoción de DBO de un 78%.

53

Las eficiencias remocionales para filtros percoladores con respecto a la remoción

de DBO, reportadas por los autores antes mencionados, no coincide con lo

hallado en el presente trabajo.

Las eficiencias remocionales para filtros percoladores con respecto a la

remoción de coliformes fecales, reportadas por los autores antes mencionados,

coincide con lo hallado en el presente trabajo.

En el gráfico N° 3; se observa que el promedio general en la remoción de

coliformes fecales en el filtro percolador está por encima del parámetro de

diseño (90%).

En el gráfico N° 4; se observa que el promedio general en la remoción de DBO

es de 68.41%, valor que está por debajo del parámetro de diseño (86%).

En el gráfico N° 5; se observa que la remoción de las lagunas facultativas 1 y 2

en el período de Marzo a Julio, se mantienen por encima del valor establecido en

el parámetro de diseño ( 90% de remoción de coliformes fecales), esto debido al

menor caudal con el que trabajan y el mayor tiempo de retención de las lagunas

facultativas.

En el gráfico N° 6; Se observa que la remoción de las lagunas facultativas 1 y 2

en el período de Marzo a Julio, se mantienen por debajo del parámetro de diseño

(86% de remoción de DBO), estos valores se deben a que la laguna de

maduración 1 y 2 están trabajando con Caudales menores a los que se

concibieron en el parámetro de diseño, aproximadamente 25 l/s, actualmente

vienen trabajando con caudales menores a 5 l/s, por este motivo el período de

retención de las lagunas es mucho mayor generando una población de algas

considerable. Es sabido que las algas generan una interferencia en la DBO.

Von, A. (1996). Considera que los sólidos en suspensión de las lagunas

facultativas son en un 60 a 90% algas. Considera también que 1 mg de algas

genera una DBO cercana a 0.45 mg.

54

Rolim, S. (2000). En su libro “Sistemas de lagunas de estabilización”, considera

que la cantidad de algas en las lagunas de estabilización varía entre 40 y 30 mg/l

(peso seco) y que la reducción de DBO de las lagunas facultativas es alrededor

de 70 a 90%.

Von, M. (1996). En su libro “Lagunas de estabilización”, considera como

característica de una laguna facultativa, una remoción de 70 a 90% de DBO y 60

a 99% para coliformes fecales.

Rojas, R. (2002). En la conferencia “Eliminación de microorganismos por

diversos procesos de tratamiento”, considera que lagunas secundarias de

tratamiento de aguas residuales, tienen una eficiencia remocional de DBO de 90

a 95% y de 95 a 99.9% de remoción para coliformes.

Bracho, N; y García, C. (1999). En el estudio de “Ajustes de modelos de

remoción de DBO en lagunas” realizado en la Universidad del Zulia en

Venezuela, concluyen que la eficiencia de las lagunas facultativas es buena

(entre 80 y 90%). Esto se atribuye especialmente a las condiciones favorables de

viento, insolación y temperatura.

Tchobanoglous, G; y Burton, F. (1995). Reporta como parámetro típico de diseño

de estanques facultativos, una remoción de DBO que va de un 26.6% a 31.6%.

FONCODES (1999). En el seminario taller “Sistemas de tratamiento de aguas

residuales y disposición de excretas para el área rural”, se considera que las

lagunas de estabilización, reducen la DBO de un 70% a 90% y de 90 a 99.999%

de bacterias coliformes.

Los valores de remoción para coliformes fecales reportados por los autores

antes citados, coinciden con los valores encontrados en el presente trabajo, esto

debido al mayor periodo de retención hidráulica.

55

El promedio general en la remoción de coliformes fecales fue de 98.523% para la

laguna facultativa 1 y 98.264 para la laguna facultativa 2, valores que están por

encima del parámetro de diseño (90%).

En el gráfico N° 6; se observa que el promedio general en la remoción de DBO

es de 57.17% para la laguna facultativa 1 y 55.93 para la laguna facultativa 2,

valores que están por debajo del parámetro de diseño (86%), esto por las

interferencias antes mencionadas.

En el gráfico N° 7; se observa que la capacidad de remoción de coliformes

fecales en las lagunas de maduración en los meses de marzo a junio,

presentaron valores que se mantuvieron muy por encima de los parámetros de

diseño (25% de remoción de coliformes fecales). En el mes de marzo se alcanzó

la remoción promedio mas baja con un 91.22%. Se observa que el promedio en

la remoción de coliformes fecales es de un 96.82%, valor que está muy por

encima del parámetro de diseño (25%).

En el gráfico N° 8; se observa que la remoción de DBO de las lagunas de

maduración, de los meses de marzo a julio, presentaron valores que se

mantuvieron muy por encima de los parámetros de diseño (16% de remoción).

En el gráfico N° 8 se observa que en el mes de marzo se obtuvo el valor más

bajo con un 25.57% de remoción de DBO, esta variación se debe principalmente

a la interferencias causadas por la biomasa algal y la presencia de natas la cual

evidencia una posible saturación de lodos en los sedimentadores integrados. El

promedio general de remoción de DBO fue de 46.47%, valor que esta muy por

encima del parámetro de diseño (16% de remoción).

Bracho, N; y García, C. (1999). En el estudio de “Ajustes de modelos de

remoción de DBO en lagunas” realizado en la Universidad del Zulia en

Venezuela, concluyen que para las lagunas de maduración no se determinó

ningún modelo de remoción de DBO, puesto que dos lagunas de maduración en

56

serie remueven sólo de un 2 a un 3% de DBO, lo cual se considera insignificante

frente a la remoción de una laguna facultativa. Claro está que estas lagunas se

diseñan principalmente para remover organismos patógenos y no DBO, esto

concuerda con los datos encontrados en el presente trabajo.

Arteaga, F. (1993). En la ciudad de Piura, en la época de invierno obtuvo, que el

rendimiento promedio de reducción de DBO en la laguna primaria ha sido del

76%, mientras que el rendimiento en la laguna II en este mismo período presenta

un promedio del 10% y hace notar que en la laguna existe una intensa

producción de algas que interfieren notablemente con el análisis de la DBO.

Flores, A; y León, G. (1996). Indican que las lagunas de estabilización en los

países en desarrollo, el objetivo prioritario de tratamiento de las aguas

residuales, debe ser la remoción de parásitos, bacterias y virus patógenos pues

son males endémicos en nuestros países, y no la remoción de materia orgánica

y nutrientes, que es el objetivo de tratamiento en los países desarrollados, en

donde una tifoidea o un caso de parasitismo son excepcionales. La opción

tecnológica que permite alcanzar el objetivo "no patógenos", son las lagunas de

estabilización. Tomando como base el período de retención, las lagunas pueden

lograr la remoción total de patógenos. Ningún sistema convencional, tipo lodos

activados o filtros biológicos, puede competir con la eficiencia de remoción que

se logra en las lagunas de estabilización, a menos que finalizado el tratamiento

se haga un pulimento mediante un proceso de desinfección del efluente. Esto

obviamente encarece el tratamiento y hace más compleja la operación y el

mantenimiento.

Se inicia con la evacuación de lodos e intercalado de los sedimentadores a partir

del mes de mayo, en el gráfico N° 8 , se observa un incremento en la remoción

de DBO que va de un 25.57% en el mes de mayo a una remoción de 56.80%

57

en el mes de junio, esto explicaría el incremento de la remoción en estas

lagunas.

Tchobanoglous, G; y Burton, F. (1995).Reportan que para estanques de

estabilización (maduración), se considera como parámetro típico de diseño, una

remoción de DBO de un 60 a 80% y cuyos principales productos de conversión son

las algas, CO2, tejido celular bacteriano y NO3, con un tiempo de retención de 5 a 20

días. Estos datos no concuerdan con lo encontrado en el presente trabajo ya que

los valores no llegan ni al 60% de remoción, esto debido al tiempo de retención

bastante corto ( 4 días).

Shallman, D. (1986). En su libro “Una apreciación ecológica de estanques de

estabilización”, considera que el tiempo de residencia hidráulica dentro de una

laguna es, sin duda, un factor decisivo que puede determinar la eficiencia del

sistema.

Rojas, R. (2002). En la conferencia “Eliminación de microorganismos por

diversos procesos de tratamiento”, considera que en lagunas de estabilización, a

más largos períodos de retención, mayor es la eficiencia remocional de

microorganismos, eficiencia que va de un 90 a 95 % para lagunas primarias y de

un 95 a 99% para lagunas secundarias; así mismo, las eficiencias remocionales

de DBO van de un 75 a 85% para lagunas primarias y de un 90 a 95% para

lagunas secundarias.

Rolim, S. (2000). En su libro “Sistemas de lagunas de estabilización”, sostiene

que tiempos cortos de retención, no permiten la acción sinérgica del sistema

algas / bacterias, pues no posibilitan la generación de una biomasa significativa

de algas, motivo por el cual la remoción de coliformes fecales no es eficiente.

Si bien las lagunas de maduración cumplen con los parámetros de diseño en lo

que respecta a la DBO, las eficiencia típicas reportadas por los diferentes

autores citados, no coinciden con lo encontrado en el presente trabajo.

58

En el gráfico N° 9; se observa que el promedio general en la remoción de

coliformes fecales a nivel de planta es de 99.985%, valores que están por

encima del parámetro de diseño (99%).

El porcentaje de remoción promedio de coliformes fecales es deficiente en

relación a las normas establecidas por la OMS (99.999%).

Considerándose como disposición final el vertido, la legislación involucrada

corresponde a la Ley General de aguas del Perú (Decreto Ley N° 17752), que

establece que los vertidos de aguas residuales tratadas no deberán afectar las

condiciones de uso del río. Dado que el río Alameda ha sido identificado como

uso de riego, el efluente de la planta de tratamiento deberá ser tal que la calidad

del río aguas abajo se ajuste a un agua de Clase III (aguas para riego de

vegetales y de consumo crudo y bebida de animales).

En el gráfico N° 11; se observa que el efluente final promedio de la planta con

respecto a los coliformes fecales es de 1.29x105 este valor no se ajusta a lo

establecido en la Ley General de aguas del Perú, para aguas de Clase III, la

cual pide valores no mayores de 1000 coliformes fecales / 100 ml.

En el gráfico N° 10 se observa que el promedio general de remoción de DBO es

de 86.16%, valor que está por debajo del parámetro de diseño (91%).

En el gráfico N° 10, se observa que la remoción de DBO de la Planta de

tratamiento de Aguas Residuales La “Totora”, en los meses de marzo a julio

presentan valores por debajo del parámetro de diseño (91% de remoción de

DBO).

Naveda, M. (1999). En el trabajo de Investigación “Capacidad de remoción de

bacterias indicadoras de contaminación y DBO en aguas residuales tratadas en

la planta “La Totora”, indica una relación decreciente entre bacterias indicadoras

de contaminación y DBO alcanzando una remoción promedio de 99.768% para

59

el grupo bacteriano y 45.5% para la DBO al finalizar el tratamiento del agua

residual.

En el gráfico N° 12, se observa que el efluente final promedio de la planta con

respecto a la DBO es de 46.35 mg/L, este valor no se ajusta a lo establecido en

la Ley General de aguas del Perú, para aguas de Clase III, la cual pide valores

no mayores de 15 mg/l de DBO.

60

VI. CONCLUSIONES

1. El porcentaje de remoción promedio de bacterias coliformes fecales de los

tanques Imhoff es eficiente en relación al parámetro de diseño para los que

fueron construidos (60%).

2. El porcentaje de remoción promedio de la DBO de los tanques Imhoff es

eficiente en relación al parámetro de diseño para los que fueron construidos

(25%).

3. El porcentaje de remoción promedio de bacterias coliformes fecales de los

filtros percoladores es eficiente en relación al parámetro de diseño para los

que fueron construidos (90%).

4. El porcentaje de remoción promedio de la DBO de los filtros percoladores es

deficiente en relación al parámetro de diseño para los que fueron construidos

(86%).

5. Los porcentajes de remoción promedio de bacterias coliformes fecales de las

lagunas facultativas 1 y 2 son eficientes en relación al parámetro de diseño

para las que fueron remodeladas (90%).

6. Los porcentajes de remoción promedio de DBO de las lagunas facultativas 1

y 2 son deficientes en relación al parámetro de diseño para las que fueron

remodeladas (80%) .

61

7. El porcentaje de remoción promedio de bacterias coliformes de las lagunas

de maduración son eficientes en relación al parámetro de diseño para la que

fue construida (25%), pero ineficiente en relación a los parámetros típicos de

diseño citados por diversos autores, esto debido al tiempo de retención

bastante corto.

8. El porcentaje de remoción promedio de la DBO de las lagunas de

maduración son eficientes en relación al parámetro de diseño para las que

fueron construidas (16%), pero ineficiente en relación a los parámetros

típicos de diseño citados por diversos autores .

9. El porcentaje de remoción promedio de bacterias coliformes de la planta de

tratamiento de aguas residuales “La Totora” es eficiente en relación al

parámetro de diseño para la que fue construida (99%).

10. El porcentaje de remoción promedio de la DBO de la planta de tratamiento

de aguas residuales “La Totora”, fue del orden del 86.2%, remoción

deficiente en relación al parámetro de diseño para la que fue construida

(91%).

11. Las aguas efluentes de la planta de tratamiento “La Totora” aún no pueden

ser consideradas como agua de Clase III (para riego de vegetales de

consumo crudo y bebida de animales) de acuerdo a la Ley General de aguas

del Perú DL. N° 17752.

12. El porcentaje de remoción promedio de bacterias Coliformes Fecales al final

del tratamiento de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales “La Totora”

fue del orden de 99.985 remoción deficiente en relación a las normas

establecidas por la OMS (99.999%).

62

VII. RECOMENDACIONES

1. Ampliar el tiempo de estudio de la capacidad de remoción de la planta de

tratamiento de aguas residuales “La Totora”, con estudios adicionales en lo

que se refiere a la remoción de sólidos totales, sólidos disueltos, sólidos

suspendidos y demanda química de oxígeno.

2. Realizar trabajos de investigación sobre la influencia de los aceites y grasas

que ingresan a la planta.

3. Realizar trabajos de investigación sobre la influencia de la biomasa algal en

la determinación de la Demanda Bioquímica de Oxígeno en el efluente de las

lagunas facultativas y de maduración.

4. Dado el corto tiempo de retención de la planta de tratamiento de aguas

residuales “La Totora”, se recomienda hacer un estudio sobre la capacidad

de remoción de parásitos a nivel de planta.

5. Ya que el ingreso de materia orgánica es mayor a lo esperado, saturándose

los tanques Imhoff de lodo en un menor tiempo, es necesario ver una manera

alternativa de evacuar los lodos de los tanques 3, 4, 5 y 6 a los lechos de

secado 1 y 2, lechos que reciben el efluente de lodos de los tanques Imhoff 1

y 2.

63

6. Implementar el laboratorio de la planta e tratamiento de aguas residuales “la

Totora” para realizar los análisis de sólidos suspendidos con la adquisición

de un equipo de filtración al vacío y la compra de filtros de fibra de vidrio de

1.5 micras de porosidad.

7. Realizar trabajos de Investigación sobre la influencia de los sólidos

suspendidos y disueltos con relación a la relativa “fragilidad” de lagunas

facultativas al hacer “corto circuitos” por aumento del caudal.

8. Realizar trabajos de Investigación en los tanques Imhoff para determinar el

volumen de lodos a evacuarse a los lechos de secado y cada cuanto tiempo

determinando también el volumen de lodos que quedan en los tanques

Imhoff, esto para determinar o fijar las condiciones óptimas de trabajo delos

tanques.

9. Los lodos procedentes de los tanques Imhoff y filtros percoladores no pueden

ser utilizados como abono por estar contaminados con estructuras de

resistencia de parásitos intestinales, por esta razón se deben realizar

trabajos de investigación en la remoción de parásitos con actividades como

el compostaje y lombricultura haciendo posible el uso de estos lodos como

abono para plantas de tallo corto.

10. Realizar trabajos de Investigación en los filtros percoladores para determinar

la velocidad de arrastre óptima para limpiar los filtros y cada cuanto tiempo

se debe hacer esta limpieza, esto a fin de mantener o fijar las condiciones

óptimas de trabajo de los filtros.

64

VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. American Public Health Association. (APHA) American Water Works

Association. Water Pollution Control Federation. 1992. Métodos normalizados

para el análisis de aguas potables y residuales. Ediciones Días de Santos

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2. Arteaga, F. 1993. Tratamiento de las aguas residuales y aspectos sanitarios.

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67

68

ANEXOS

Anexo N° 1

MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO

14/03/05 29/03/05 13/04/05 21/04/05 03/05/05 18/05/05 14/06/05 27/06/05 13/07/05 20/07/05Promedio

Entrada 1.60E+09 1.70E+08 3.80E+08 3.40E+08 1.40E+09 1.40E+09 7.00E+08 9.00E+08 2.80E+09 2.20E+08 9.91E+08

Efluente Imhoff 6 3.50E+08 9.00E+07 2.40E+08 1.40E+07 1.70E+08 1.70E+08 5.00E+08 3.00E+08 1.30E+07 5.00E+07 1.90E+08

Centro de división 1.40E+08 1.10E+08 8.00E+07 2.70E+07 2.70E+07 5.00E+08 8.00E+07 5.00E+08 2.60E+07 2.70E+07 1.52E+08

Unión de filtros 2.60E+06 2.30E+06 3.10E+06 4.00E+06 1.40E+07 9.00E+06 7.00E+06 4.00E+06 5.00E+06 6.00E+06 5.70E+06

Efluente lag. facultativa 1 8.00E+05 8.50E+06 4.00E+05 8.00E+05 3.00E+06 3.30E+05 2.20E+05 2.40E+06 1.10E+06 1.10E+06 1.87E+06

Efluente lag. facultativa 2 5.00E+06 1.40E+05 3.00E+06 1.70E+06 2.40E+06 1.70E+06 8.00E+05 1.70E+06 2.20E+06 4.10E+05 1.91E+06

Efluente lag. maduración 3 2.60E+05 1.70E+05 7.00E+04 2.00E+04 7.00E+04 1.70E+05 3.0E+05 1.40E+05 7.00E+04 2.00E+04 1.29E+05

Cuadro N° 4: Resultados de la determinación de coliformes fecales de afluentes y efluentes intermedios de la planta de tratamiento de aguas residuales “La Totora”, Ayacucho – 2005.

69

Anexo N° 2

MARZO ABRIL MAYO JUNIO JULIO 14/03/05 29/03/05 13/04/05 21/04/05 03/05/05 18/05/05 14/06/05 27/06/05 13/07/05 20/07/05

Promedio

Entrada 239 264 354 373 312 377 286 383 341 476 340.50 Efluente Imhoff 6 250 312 296 270 293 254 232 241 251 344 274.30 Centro de división 201 232 277 277 270 257 222 212 203 270 242.10 Unión de filtros 83 105 65 84 93 81 85 90 95 93 76.34 Efluente lag. facultativa 1 114 120 137 98 104 114 84 126 143 135 117.50 Efluente lag. facultativa 2 96 151 135 115 142 106 107 118 134 100 120.40 Efluente lag. maduración 3 37 42.7 47.1 43.2 74.5 55 40 35.6 55 33.4 46.35 Cuadro N° 5: Resultados de la determinación de la demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) de afluentes y

efluentes intermedios de la planta de tratamiento de aguas residuales “La Totora”, Ayacucho – 2005.

70

Anexo N° 3

Caudal DBO5 CF Producción Volumen de retiro

Residuo Lodos(kg/d) (kg/d) (NMP/100 ml) (NMP/100 ml)Unidad/Proceso

(l/S) Ingreso Salida

%

Ingreso

Salida

%

(m3/d) (m3/d) (m3/d)

Rejillas 443 7.811 7.811 0 1E 108 1E 108 0 7.30 7.30Esarenador 443 7.811 7.811 0 1E 108 1E 108 0 2.30 2.30Imhoffs 443 7.811 5.858 25 1E 108 4 E 107 60 122Biofiltros 443 5.858 818 86 4 E 107 4 E 106 90 95Lagunas Facultativas 58 366 73 80 4 E 107 4 E 106 90 2 Lagunas de Maduración 443 818 689 16 4 E 106 1 E 106 25

Remoción Total 91 99 Lecho Secado 1 2 Lecho Secado 2 6 Sedimentadores 7

Cuadro N° 5: Resumen de eficiencias de los principales parámetros de diseño para el horizonte 2010. Planta de Tratamiento de Aguas Residuales “La Totora”, Ayacucho 2005. Fuente: “Manual de Operación y Mantenimiento del Sistema” (EPSASA).

71

Plano de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales “La Totora”, Ayacucho – 2005.

Anexo N° 4

72

Anexo N° 5

Fotografía N° 1: Análisis para la determinación de coliformes fecales en el laboratorio de microbiología de la planta de tratamiento de aguas residuales “La Totora”, Ayacucho - 2005.

Fotografía N° 2: Análisis para la determinación de la demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) en el laboratorio de microbiología de la planta de tratamiento de aguas residuales “La Totora”, Ayacucho - 2005.

73

Anexo N° 6

Fotografía N° 3: Filtros percoladores de la planta de tratamiento de aguas

residuales “La Totora”, Ayacucho – 2005.

Fotografía N° 4: Muestreo en las diferentes unidades de tratamiento de la planta de tratamiento de aguas residuales “La Totora”, Ayacucho - 2005.

74

MATRIZ DE CONSISTENCIA

76

TÍTULO PROBLEMA HIPÓTESIS OBJETIVOS MARCO TEÓRICO VARIABLES METODOLOGÍA Evaluación de laCapacidad de Remoción de Bacterias Coliformes Fecales y Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO

¿Cuál será la capacidad de remoción debacterias Coliformes Fecales yDemanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) de la planta detratamiento de Aguas Residuales “La Totora”?

5), de la Planta de Tratamiento de AguasResiduales “La Totora” Ayacucho - 2005

La remoción de Bacterias Coliformes y la Demanda Bioquímica de Oxígeno de la planta de tratamiento de aguas residuales “La Totora” se da en cada etapa del tratamiento reduciendo la carga microbiana indicadora de contaminación y materia orgánica de forma gradual, tal es así que en su efluente final la cantidad de Coliformes fecales se reducen hasta llegar a 1000 NMP/100 ml respectivamente, y la demanda bioquímica de oxígeno hasta 15 mg/L , valores establecidos por la Ley General de Aguas del Perú, para aguas de clase III.

General: • Determinar la capacidad de remoción de bacteriascoliformes fecales y la demanda bioquímica de oxígeno de la Planta de Tratamiento de AguasResiduales “La Totora” Ayacucho - 2005.

• Digestión anaerobia

• Antecedentes de Tratamiento con lagunas de estabilización Específicos:

• Realizar el análisis cuantitativo de bacterias Coliformes Fecales. • Determinar la demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5). • Determinar la relación de la población de bacterias Coliformes totales y Fecales con la capacidad de remoción de materia orgánica. • Determinar la remoción de Coliformes Fecales y DBO5 de afluentes intermedios y efluentes de la planta . • Determinar la eficiencia en función al periodo de maduración”.

• Aguas Residuales

• Digestión aerobia

• Indicadores

• Marco Legal e institucional en el Perú.

• Normatividad, orientación política y planeamiento del sector.

• Regulación, fiscalización y Control

• Planta de Tratamiento de aguas residuales “La Totora”

• Bacterias coliformes fecales.

• Demanda Bioquímica de Oxígeno.

Población Está constituido por afluentes intermedios y efluentes de la planta de tratamiento de aguas residuales “La Totora”. Metodología Se tomaron 70 muestras de los afluentes intermedios y efluentes de la planta de tratamiento “La Totora” por un período de 5 meses. Se utilizó la técnica del Número más Probable para cuantificar coliformes fecales, técnica descrita en los métodos normalizados para el análisis de aguas Potables y Aguas Residuales. 17 Edición. 1992. prueba de DBO5

Utilizando un método respirométrico a través de un sensor de lectura directa.

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