PROYECTO DE PLANTA DE AGUAS RESIDUALES EMPLEANDO UN PROCESO DE TIPO BIOLÓGICO-ANAEROBIO, EN LA POBLACIÓN DE NAIGUATÁ, ESTADO VARGAS.

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1 REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN SUPERIOR UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA CARRERA INGENIERÍA INDUSTRIAL CENTRO LOCAL METROPOLITANO-VARGAS INFORME FINAL PRÁCTICA PROFESIONAL II (238) PROYECTO DE PLANTA DE AGUAS RESIDUALES EMPLEANDO UN PROCESO DE TIPO BIOLÓGICO-ANAEROBIO, EN LA POBLACIÓN DE NAIGUATÁ, ESTADO VARGAS. (Trabajo de Grado para optar al Título de Ingeniero Industrial) ELABORADO POR: ALEJANDRO LÓPEZ DÍAZ A. T.S.U. Química Industrial. TUTOR ACADÉMICO Dra. Ing. BELKIS VELÁSQUEZ M. TUTOR EMPRESARIAL Msc. Ing. CARMEN REVERÓN M. Caracas, Enero de 2014

2 A la Universidad Nacional Abierta, U.N.A., por haberme permitido concretar un deseo personal y la satisfacción de haberlo obtenido en esta prestigiosa Universidad. ÍNDICE DE GENERAL Pág. CARTA APROBACIÓN TUTOR ACADÉMICO...ii CARTA APROBACIÓN TUTOR EMPRESARIAL......iii DECLARACIÓN AUTORÍA...iv DEDICATORIA.....v AGRADECIMIENTOS....vi ÍNDICE GENERAL.vii LISTA DE TABLAS. xii LISTA DE FIGURAS.. xiv INTRODUCCIÓN CAPÍTULO I: EL PROBLEMA Planteamiento del Problema Objetivos del Trabajo Objetivo General Objetivos Específicos Justificación del Trabajo Alcance y Limitaciones del Trabajo..20 Glosario de Términos..23 6

3 CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO Antecedentes Bases Teóricas Orígenes, aspectos y componentes de las aguas residuales Olores causados y sólidos presentes en las aguas residuales Análisis comunes a efectuarse a las Aguas Residuales Ensayos físico-químicos para Aguas Residuales Contaminantes de interés en el tratamiento de las Aguas Residuales Efectos causados por los contaminantes presentes en las Aguas Gases disueltos en Aguas Residuales Composición de las Aguas Residuales Desechos Industriales Composición Biológica de las Aguas Residuales Disposición de las Aguas Residuales Necesidad del Tratamiento de las Aguas Residuales Métodos de Tratamientos para Aguas Residuales Procesos Biológicos Características de los Procesos Aerobios frente a los Anaerobios Desarrollo Histórico de la Digestión Anaerobia

4 2.10 El Proceso de Digestión Anaerobia en las Aguas Residuales El Proceso Microbiológico y Bioquímico de la Digestión Anaerobia Descripción de las Fases del Proceso Anaerobio Hidrólisis Acidogénesis Fermentación de Carbohidratos Solubles Fermentación de Aminoácidos Acetogénesis Acetogénesis Propiónica Acetogénesis Butírica Metanogénesis Mecanismo de Formación del Metano (CH 4 ) Reactores Anaerobios Tipos de Reactores para el Tratamiento de aguas residuales Reactor Anaerobio tipo U.A.S.B Ventajas y Desventajas de un Reactor Tipo U.A.S.B Parámetros de Seguimiento de un Reactor U.A.S.B Parroquia Naiguatá Sectores que Conforman la parroquia Naiguatá y su población

5 Estructura y Equipos que se proponen para el Diseño de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Proceso Global del Tratamiento de Aguas Residuales.. 88 CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO Nivel de Investigación Diseño de la Investigación Población y Muestra 89 Muestra Operacionalización de las Variables Recursos Necesarios Técnicas de Análisis para el Proyecto de la PTAR...94 CAPÍTULO IV: ANÁLISIS DE RESULTADOS Análisis de resultados Valores medios de variables meteorológicas para la Cordillera de la Costa Datos poblacionales Caudales, influentes y afluentes en la población Proyecciones de la Población basados en el Censo de CAPÍTULO V: PROPUESTA Base de partida para el Proyecto.102 9

6 5.1.1 Localización de la PTAR Cálculos para el Proyecto de la PTAR Análisis Poblacional Proyección Poblacional Dotación de agua potable Caudal para el diseño de la PTAR Etapas definidas para el tratamiento de las aguas residuales en la PTAR Tratamiento Primario, equipos y/o unidades requeridas en la PTAR Canal de entrada de las aguas residuales a la PTAR Tanque residuos gruesos Cribas o rejillas gruesas Desarenador Cribas o rejillas finas Separador para aceites y grasas Canal Parshall Tanque de Estabilización Tratamiento Secundario o Biológico Reactor U.A.S.B.;

7 5.4.2 Características del Reactor U.A.S.B Breve descripción del proceso en el reactor U.A.S.B Estimaciones de la concentración de algunos parámetros a la salida del reactor U.A.S.B Producción estimada de gas Metano, CH Factor de conversión de DQO, para el gas Metano, CH Biogás Tratamiento Terciario 136 CAPÍTULO VI: EVALUACIÓN ECONÓMICA Identificación, cuantificación y valoración de los costos Costos de Inversión Costos estimados para la construcción y operatividad de la PTAR Ingresos estimados por ventas de productos a generar en la PTAR Relación de Ingresos Egresos Mecanismos aplicados para la Evaluación Económica de la PTAR..151 CAPÍTULO VII: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

8 7.1. Conclusiones Recomendaciones..155 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS CONSULTADAS.157 LISTA DE TABLAS Tabla Pág. 1. Usos posibles del aguas tratada bajo el proyecto planteado Caracterización del agua residual y sus efluentes Clasificación de los cuerpos de agua. Decreto 883 de 11/10/ Clasificación de los sistemas de tratamientos para aguas residuales Etapas de la digestión aerobias y anaerobias Proceso de digestión anaerobia Análisis comunes a las aguas residuales domésticas Ensayos físico-químicos para aguas residuales Contaminantes presentes en las aguas residuales Contaminantes y sus efectos en las aguas residuales.45 12

9 11. Composición de las aguas residuales industriales Inventario de diversas organizaciones actuales en la población Clasificación de los microorganismos presentes en las aguas residuales Tipos de procesos empleados en el tratamiento de las aguas residuales Tipos de tratamientos utilizados para depurar las aguas residuales Características de los procesos aerobios y anaerobios Fases, bacterias y productos en la biodigestión anaerobia Clasificación de las bacterias anaerobias para el tratamiento de aguas residuales Beneficios y limitaciones del tratamiento anaerobio Factores que afectan el tratamiento de las aguas residuales Soportes para biomasa en reactores anaerobios Ventajas y desventajas de un reactor tipo U.A.S.B Sectores incluidos y no incluidos relacionados con el tratamiento de aguas residuales en la población de Naiguatá Aspectos ambientales de la parroquia Naiguatá Operacionalización de las variables Características de las aguas residuales utilizadas para el proyecto PTAR Variables meteorológicas de la Cordillera de la Costa 97 13

10 28. Censos poblacionales ( ).República Bolivariana de Venezuela Distribución porcentual de la población, según parroquia Caudales de influentes y efluentes de la población de Naiguatá Proyección de la población, parroquias Estado Vargas Etapas definitivas para el tratamiento de las aguas residuales Continuación etapas para el tratamiento de las aguas residuales Relación de Q y la pendiente S Características del canal de entrada de las aguas residuales a la PTAR Características de la rejillas gruesas Características de las rejillas finas Dispersiones comunes presentes en las aguas residuales Zonas de sedimentación Referencias para el medidor Parshall Diseño del reactor U.A.S.B Características de las aguas residuales generadas per cápita Parámetros estimados para DQO, DBO 5, PT, NKT y SS Valores estimados de parámetros y sus disposiciones legales Factores de conversión de DQO para el gas metano, CH

11 46. Composición aproximada del biogás Propiedades del biogás Biogás y su composición en otros combustibles Poder calorífico de algunos combustibles Unidades de calor, energía, trabajo, presión y volumen Código de Razones (Diagrama de Actividades de Planta) Código de Proximidad (Diagrama de Actividades de Planta) índice de Inflación en Venezuela ( ) índices de Inflación referenciales para proyección Proyecciones índices de inflación ( ) Terreno o superficie para la PTAR Canal de entrada a la PTAR Tanque para residuos gruesos Desarenador Separador para aceites-grasas Canal Parshall Tanque de estabilización Reactor U.A.S.B Sistema de filtración-almacenaje de las aguas residuales tratadas Canal de derivación

12 66. Edificaciones de la PTAR Sueldos del personal Otros consumos Equipos, materiales requeridos Ingresos estimados, ventas Relación de beneficios Relación pago de inversión Flujo Neto de Efectivo.167 LISTA DE FIGURAS Figura..Pág. 1. Mapa vial del Estado Vargas Composición aproximada del aguas residual de origen doméstico Condición y composición de los sólidos contenidos en el agua residual Balance anaerobio de la Demanda Química de Oxígeno, DQO Balance aerobio de la Demanda Química de Oxígeno, DQO Diagrama de flujo del sustrato

13 7. Esquema ruta degradación anaerobia Esquema simplificado de las distintas fases del proceso anaerobio Reactor tipo U.A.S.B Planta de tratamiento en la población de Naiguatá Etapas consideradas para el tratamiento de las aguas residuales Terreno para la ubicación de la PTAR, población de Naiguatá Vista aérea de la ubicación de la Estación de Bombeo de aguas residuales Canal trapezoidal Vista planta canal trapezoidal Tanque residuos gruesos Vista planta desarenador con dos unidades en paralelo Posición rejilla fina Vistas planta y lateral del sedimentador Dimensiones canal Parshall Sistema de traslado de las aguas residuales al reactor U.A.S.B Reactor tipo U.A.S.B Sistema de filtración mediante arena y carbón activado granular, (C.A.G.)

14 24. Diagrama de Actividades del Área de Planta Diagrama de flujo de la PTAR Plano distribución de la planta de tratamiento de aguas residuales Grafica de inflación en Venezuela ( ) Variables Estadísticas Inflación Tiempo y Resultados IBM SPSS

15 INTRODUCCIÓN Motivado al evento natural conocido como la tragedia del Estado Vargas en el año de 1999, la población de Naiguatá, ubicada en la parroquia Naiguatá de la referida entidad, ha venido presentando un incremento notable en los índices demográficos, incremento que demanda y va a demandar viviendas, además de servicios públicos de saneamiento ambiental, entre otros; dentro de los cuales existe en la actualidad la necesidad urgente de la instalación de una planta de tratamiento de aguas residuales para la región, ya que se han venido presentando también dificultades con las aguas residuales o servidas, en eventos tales como, desbordamientos en las calles, y obstrucciones en las tuberías tanto principales como secundarias, en el sector. También se observa la incidencia de dificultades técnicas recurrentes en la Estación de Bombeo de las Aguas Residuales, estación que tiene como finalidad el traslado de estos efluentes desde la red principal de captación hacia el ecosistema marino inmediato, sin el previo tratamiento de los mismos, bien sea de tipo biológico, físico o químico, estimándose que las referidas aguas servidas tienen un índice de contaminación alto, originando de esta manera que organismos patógenos y otros microorganismos, así como otros residuos orgánicos e inorgánicos incidan de manera negativa, afectando el equilibrio de la flora y la fauna en general, ocasionando graves daños en el ecosistema circundante en sus diferentes manifestaciones, así como en la salud de los habitantes de la región. Se estima que la tubería de estos efluentes tiene una extensión desde el origen de expulsión (Estación de Bombeo), hasta el punto de descarga, ubicado en el mar, una distancia aproximada de 500 metros, y en los actuales momentos se desconoce el estado en que se encuentra dicha tubería, motivado a la corrosión agresiva del medio circundante y los años que la misma tiene en operación. Todo lo antes expuesto constituye una marcada debilidad ante la prioridad de la conservación de nuestro ambiente, como un sistema de vital importancia para el presente y futuro de las poblaciones cercanas. Considerando que el crecimiento de la población de Naiguatá esta por el orden de 1,7 % por década, ello implica que la necesidad de una planta de tratamiento de aguas residuales en el sector se convierte en una prioridad bifuncional, tanto para la salud de las personas, como para el ambiente. 1

16 CAPÍTULO I EL PROBLEMA 1.1 Planteamiento del Problema. A través de los años y en la actualidad, muchas personas han sido testigo, de la no disponibilidad de un adecuado tratamiento de las aguas residuales para los diferentes sectores de la vida pública, como lo son, el turístico, industrial, comercial y doméstico, lo cual viene a representar un problema para nuestro ambiente, tanto en nuestro país como en otras regiones del mundo que nos circundan. Existen hábitats donde la flora, la fauna y el ecosistema en general se han venido convirtiendo en medios vulnerables de estas aguas residuales, las cuales poseen una alta carga de materia orgánica e inorgánica, medios como ríos, lagos, lagunas, mares y cuerpos de agua, que se constituyen en fuentes receptoras naturales, que ya no están teniendo la capacidad natural de absorber y minimizar las altas concentraciones de contaminación que reciben,, generando un desequilibrio en la biodiversidad del lugar, así como fluctuaciones o variaciones en las condiciones físicas, químicas y biológicas del medio ambiente determinado. El presente proyecto, consiste en el Diseño de una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales mediante un proceso Biológico-Anaerobio y tiene como ubicación la población de Naiguatá, parroquia Naiguatá en la región noreste del Estado Vargas. En la región, una vez ocurrida la tragedia de Vargas en 1999, acontecimiento lamentable y terrible para todos los habitantes de la entidad, se inició el desplazamiento de población procedente de regiones cercanos a Naiguatá, provenientes de Carmen de Uria, Tanaguarena, Camurí Grande, Anare, Los Caracas, Los Caballos y Quebrada Seca, entre otras, motivado a los daños causados por el evento natural ocurrido en sus regiones, lo cual generó un aumento en la demanda de los servicios públicos y viviendas en Naiguatá. Adicionalmente a esto, el incremento poblacional se acentúa en la actualidad debido a la creciente y constante actividad turística. Es por ello que la ausencia de una planta de tratamiento de aguas residuales se convierte en una problemática de grandes dimensiones, ya que las aguas servidas generadas por la localidad se están convirtiendo en un grave problema ambiental. Razón que nos motiva a la formulación del referido proyecto para el diseño de una planta de tratamientos de aguas residuales, fundamentado en un proceso biológico de tipo anaerobio, como una alternativa natural para el saneamiento ambiental en nuestra parroquia. La propuesta representa una respuesta a la necesidad del tratamiento de las aguas residuales en nuestra población, y la misma debe ser extendida a lo 2

17 largo y ancho del Estado Vargas, principalmente en regiones, como Tanaguarena, Caraballeda, Macuto, La Guaira y Maiquetía, donde se continúan vertiendo las aguas residuales en sus diferentes manifestaciones a los ríos y zonas costeras presentes, pertenecientes al Mar Caribe. Aun cuando el Gobierno Nacional ha venido ejecutando obras civiles y proyectos varios relacionados con el tratamiento de aguas residuales en nuestra entidad, el crecimiento poblacional de la región avanza y hace que los proyectos y obras en ejecución sean insuficientes para atender la problemática planteada, ante la importante premisa de preservar y conservar el ambiente en forma responsable, equilibrada y sustentable. Seguidamente se muestra en la Figura 1, el mapa vial que muestra parte del Estado Vargas, donde se puede apreciar la ubicación geográfica de la población de Naiguatá. Figura 1. Mapa Vial Estado Vargas. Fuente: enlaplaya.org 3

18 1.2 Objetivos del Trabajo Objetivo General Objetivos Específicos Objetivo General Formular un Proyecto Planta Diseño de Tratamiento de Aguas Residuales mediante un proceso Biológico-Anaeróbico en la población de Naiguatá, Estado Vargas Objetivos Específicos. Determinar el área demográfica para la ubicación de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales. Cuantificar los volúmenes de los efluentes de Aguas Residuales que se producen en la población en períodos determinados. Realizar muestreo de las Aguas Residuales que recibe la Estación de Bombeo. Determinar los Equipos o Componentes del proceso para el Tratamiento de las aguas residuales bajo el proyecto planteado, a partir de los análisis estandarizados para las muestras de aguas residuales, así como los caudales registrados de agua potable, aguas residuales e incremento de la población. Determinar posibles usos de las Aguas Residuales Tratadas. 4

19 1.3 Justificación del Trabajo. Desde hace mucho tiempo la disposición y tratamiento de las aguas residuales, bien sea, comerciales, domésticas e industriales entre otras, en nuestro país han sido y continúan representando un problema ambiental y de salud pública, tanto para los entes del estado como para los organismos privados, los cuales tienen el deber de conservar y preservar el medio ambiente en sus diferentes elementos. Se observa en la actualidad, que los medios receptores naturales como el mar, los ríos y lagos, en muchos casos ya no tienen la capacidad de absorber, neutralizar o eliminar las cargas orgánicas e inorgánicas contenidas en las aguas residuales que llegan a ellos, y por lo tanto, las aguas residuales son conducidas sin control o pre-tratamiento hacia los referidos cuerpos de agua, provocando los efectos dañinos que esta práctica común les imprime. Por tanto lo antes descrito, la necesidad de una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR), para la población de Naiguatá, así como para otras regiones del Estado Vargas, constituye una manera de evitar no sólo la contaminación de los medios acuáticos, sino también va a satisfacer el interés de toda la colectividad de eliminar los problemas que ocasionan las aguas residuales generadas en la referida parroquia, así como las obstrucciones y desbordamientos de las aguas residuales en algunos sectores de la red cloacal presente, así como la incidencia de inconvenientes técnicos que se presentan en la Estación de Bombeo ubicada en la parroquia Naiguatá. El desarrollo del presente Proyecto de Investigación, tiene además el propósito de contribuir de una forma u otra en sembrar conciencia en todos aquellos entes tanto públicos como privados, y en la colectividad en general, ya que el mismo puede potenciar la necesaria construcción de una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR), en la referida parroquia, de tal manera que se minimicen los actuales problemas de contaminación ambiental, en el mar, en el nivel freático y por ende en los habitantes del sector. 5

20 1.4 Alcance y Limitaciones del Trabajo. El desarrollo del presente Proyecto de Investigación tiene como finalidad abarcar todo lo relacionado al estudio teórico - práctico de una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) ubicada en la población de Naiguatá, mediante la aplicación de un sistema biológico - anaerobio, partiendo desde la misma concepción del planteamiento del problema, recolección de datos de fuentes primarias y secundarias, tales como: volúmenes de agua potable (mínimos, medios y máximos) que se comportan como influentes y efluentes en la Planta de Tratamiento de Agua Potable en la parroquia Naiguatá, perteneciente a la empresa hidrológica HIDROCAPITAL, además del estudio pluviométrico en la región, así como las características y volúmenes de las corrientes varias que son expulsadas al mar por la Estación de Bombeo ubicada en la misma población. Sumando a lo anterior, se hace necesario, determinar los posibles usos de los efluentes provenientes de la Planta de Aguas Residuales a proyectar, basada en los estudios volumétricos antes mencionados. Los usos posibles del agua tratada se muestran a continuación en la Tabla1, tal como sigue: Tabla 1. Usos posibles del agua tratada bajo el proyecto planteado ÁMBITO Irrigación de jardinería Usos urbanos no potables APLICACION EN:. Parques. Jardines escolares. Jardines en calles y avenidas. Campos de golf. Zonas verdes. Cementerios. Protección contra incendios. Aires acondicionados. Agua para sanitarios Irrigación agrícola. Viveros comerciales. Cultivos de flores Re-utilización industrial. Enfriamientos. Calderas. Construcción. Procesos industriales. Fuente: Elaboración Propia. 6

21 En cuanto a las limitaciones del presente proyecto, se pueden indicar las siguientes: Dificultad para obtener información respecto a los volúmenes, caudales de entrada y salida de agua potable, consumo de agua potable así como los influentes y efluentes de aguas residuales que se tratan en la Estación de Bombeo, ya que toda esta información es manejada por la hidrológica HIDROCAPITAL. Cálculos de costos para la adquisición de los equipos que conformarán la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales a diseñar. Cálculos de costos de obras civiles requeridas en la referida planta. Cabe destacar que las limitaciones antes descritas pudieran convertirse en obstáculos durante el desarrollo de la investigación. 7

22 Glosario de Términos Básicos. Para interpretar el contenido del presente Trabajo de Grado, se tendrán en cuenta las siguientes definiciones relacionadas: A Acetogénesis: Etapa básica del proceso anaerobio en la cual los productos de la Acidogénesis son convertidos en ácido acético, hidrógeno y gas carbónico. Acidez: Capacidad de una solución acuosa para reaccionar con iones hidroxilos. Se mide cuantitativamente por titulación de una solución alcalina normalizada y se expresa normalmente en términos de mg/l como CaCO 3 o carbonato de calcio. Acidogénesis: Etapa básica del proceso anaerobio en la cual las moléculas pequeñas, producto de la hidrólisis, se transforman en hidrógeno, gas carbónico y ácidos orgánicos (butírico, propiónico y acético). Acuíferos: Cuerpos que contienen aguas. Adsorber: fenómeno físico-químico, en el que un sólido llamado adsorbente atrapa en sus paredes a cierto tipo de moléculas, llamadas adsorbatos los cuales están contenidos en un líquido o gas. Adsorción: Transferencia de una masa gaseosa, líquida o material disuelto a la superficie de un sólido. Afluente: Agua residual que ingrese a un reservorio, o algún proceso de tratamiento. Aguas Residuales: Aguas que contiene material disuelto y en suspensión, luego de ser utilizada por una población, comunidad e industria. Aguas Servidas: Aguas de desechos provenientes de sectores domésticos que no descargan materiales fecales. Aireación. Proceso de transferencia de masas, generalmente referido a la transferencia de oxígeno al agua por medio naturales (flujo natural, cascadas, entre otras). Ambiente Aerobio: Proceso que requiere la presencia de oxígeno. Ambiente Anaerobio: Proceso que se realiza sin la presencia de oxígeno. 8

23 Ambiente Anóxico: Ambiente bioquímico en el cual no hay presencia de oxígeno molecular, existiendo oxígeno de manera combinada. Aminoácido: Sustancia orgánica con una función ácida y una función amina que constituyen la base de las proteínas. Análisis: Test, pruebas u exámenes que se le realizan al agua residual o lodos efectuados por un laboratorio para determinar ciertas características importantes. Arcilla: Roca sedimentaria pulverulenta, impermeable, formada por silicatos de aluminio, y que, embebida en agua, adquiere plasticidad. B Bacteria: Grupo de organismos microscópicos unicelulares, los cuales carecen de clorofila, los cuales realizan una serie de procesos tales como, oxidación biológica, fermentaciones, digestión, nitrificación y desnitrificación. Biodegradable: Producto industrial que una vez desechado, es destruido por las bacterias u otros agentes biológicos. Biodegradación: Proceso mediante el cual la materia orgánica, se degrada por la acción de microorganismos sobre el suelo, aire, cuerpos de aguas receptores o tratamientos de aguas residuales. Destrucción de un producto biodegradable. Biogás: Mezcla de gases cuyos componentes son el gas metano (CH 4 ), y el dióxido de carbono (CO 2 ), producido de la putrefacción de la materia orgánica en ausencia de oxígeno por la acción de los microorganismos. Biomasa: Masa total de los seres vivos animales y vegetales, que subsisten en equilibrio en una extensión dada de terreno, superficie o en un volumen determinado. Biometanización: Proceso mediante el cual, en ausencia de oxígeno disuelto, los microorganismos anaerobios tienden a fermentar la materia biodegradable, liberando un gas, constituido por metano (CH 4 ), y bióxido de carbono (CO 2 ) fundamentalmente, llamado biogás. La biometanización también se conoce como digestión anaerobia o metanización. Biosíntesis: Proceso mediante el cual se forma una sustancia orgánica en el seno de un ser vivo. Biota: Conjunto de todos los elementos vivos de un ecosistema o un área determinada. 9

24 C Cal: óxido de calcio (CaO), obtenido por calcinación de las piedras calizas. Calcáreas: Cuerpo o elemento que contiene cal. Carbohidrato: Son polihidroxialdehidos, polihidroxicetonas o compuestos que por hidrólisis se convierten en aquellos, como ejemplos de ellos tenemos, la glucosa, celulosa, almidón y el glicógeno. Carbón Activado: Forma altamente absorbente del carbón utilizado para remover olores y sustancias tóxicas de líquidos o emisiones gaseosas. En el tratamiento del agua este carbón se utiliza para remover materia orgánica disuelta en el agua residual. Carga de Diseño: Producto del caudal por la concentración de un parámetro específico; se utiliza para dimensionar un proceso de tratamiento, en condiciones aceptables de operación. Las unidades de medidas son masa por unidad de tiempo (M/T). Carga Orgánica: Es el producto de la concentración media de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), por el caudal determinado en el mismo lugar; se expresa en kilogramos por día (Kg/día). Carga Hidráulica: Volumen de aguas a tratar por metro cuadrado de superficie y por unidad de tiempo, m 3 /m 2 *hr. Carga Superficial: Caudal o masa de un parámetro por unidad de área y por unidad de tiempo, que se emplea para dimensionar un proceso de tratamiento (m 3 / (m 2 día), kg DBO/ (ha/ día). Caudal Máximo Horario: Representa el caudal a la hora de máxima descarga. Caudal Medio: Caudal medio anual. Cloración: Aplicación de Cloro gaseoso, o compuestos de cloro, al agua residual para la desinfección también se emplea para el control de olores. Coliformes: Bacterias gran negativas de forma alargada, capaces de fermentar la lactosa con generación de gas a la temperatura de 35 C a 37 C (Coliformes Totales). Aquellas que poseen las mismas propiedades a la temperatura de 44 C o 10

25 44,5 C se les denominan Coliformes fecales. Se emplean como indicadores de contaminación biológica. Coloide: Sistema físico-químico en el cual partículas de una sustancia, se encuentran suspendidas en un líquido sin formar disolución, por efectos de un equilibrio dinámico llamado estado coloidal. Contaminación: Alterar nocivamente un organismo o sustancia por efectos de residuos procedentes de la actividad humana o por presencia de determinados gérmenes microbianos. Cribado: Medio de selección y, en particular, de separar o distinguir mediante una rejilla o tabique perforado cualquier material de otro. D Deflector: Elemento u órgano que sirve para desviar o modificar la dirección de un fluido. Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) o Demanda de Oxígeno: Cantidad de oxígeno utilizado en la estabilización de la materia orgánica carbonácea y nitrogenada por la acción de los microorganismos en condiciones de tiempo y temperatura especificados (generalmente cinco días y 20 C). Mide de manera indirecta el contenido de materia orgánica biodegradable. Demanda Química de Oxígeno (DQO): Es la cantidad de oxígeno necesario para la oxidación química de la materia orgánica en el agua residual, empleando como agentes oxidantes sales inorgánicas de permanganato o dicromato en un ambiente ácido y a elevadas temperaturas. Detergente: Producto químico empleado que remueve, disuelve o deja en suspensión ciertos residuos no deseados. Desbaste: Acción y efecto de desbastar, el cual consiste en eliminar objetos u cuerpos de tamaños considerables en el afluente de aguas residuales. Desarenadores: Cámara diseñada para permitir la separación gravitacional (por gravedad), de sólidos minerales, como la arena. Descomposición Anaerobia: Proceso degradativo de la materia orgánica en ausencia de oxígeno molecular por efectos de la actividad de ciertos microorganismos. Generalmente se producen ácidos y gas metano. 11

26 Desechos Industriales: Desechos líquidos provenientes de la manufactura de un producto específico. Generalmente tienen alta concentración con mayores variaciones del caudal comparado con los desechos domésticos. Deshidratación de Lodos: Proceso mediante el cual se remueve el agua hasta formar una pasta. Difusión: Movimiento de un conjunto de partículas en un medio ambiente, bajo la acción de diferencias de concentración, temperatura, entre otras, tendiendo a igualar sus magnitudes. Digestión Aerobia: Descomposición biológica que presenta la materia orgánica en presencia de oxígeno Digestión Anaerobia: Descomposición biológica de la materia orgánica en ausencia de oxígeno. Digestión: Descomposición biológica de la materia orgánica en presencia de oxígeno. E Efluente: Líquido que sale de un proceso de tratamiento. Electrón: Partícula sub-atómica con carga eléctrica negativa que orbita en subniveles de energía alrededor del núcleo atómico. Escoria: Sustancia vítrea que sobrenada en un baño de metal fundido y que contiene las impurezas, también es un residuo mineral de una combustión o de una fusión. F Filtración: Acción de hacer pasar un fluido por un filtro para separar de éste otro líquido u sólido no deseado. Filtro Anaerobio: Consiste en una columna con varios tipos de medios sólidos empleados para el tratamiento de la materia orgánica carbonácea presentes en las aguas residuales Filtro Percolador: Tanque que contiene un lecho de material grueso, compuesto en la gran mayoría de los casos de materiales sintéticos o piedras de diversas formas, con una alta relación área/volumen, sobre el cual se aplican las aguas residuales por medio de unos brazos distribuidores fijos o móviles. Se utilizan para el tratamiento de tipo aerobio en las aguas residuales. 12

27 Floculación: Transformación reversible de un sistema coloidal bajo la acción de un factor exterior, con formación de pequeños copos. G Gas: Cuerpo que se encuentra en el estado de la materia caracterizado por la fluidez, compresibilidad y expansibilidad. Geología: Ciencia que tiene por objeto la descripción de los materiales que forman el globo terrestre, estudio de las transformaciones de la tierra desde sus orígenes, así como el estudio de los fósiles. Glúcido: Son sustancias orgánicas de fórmula general C n (H 2 O) p, llamados también hidratos de carbono. Glucosa: Glúcido de sabor azucarado de fórmula C 6 H 12 O 6, el cual se puede encontrar en algunas frutas, como la uva, el cambur y entra en la composición de casi todos los glúcidos. Grasa: Sustancia lípidica, untuosa, que funde entre 25 C y 50 C, de origen animal o vegetal H Hidrato de Carbono: Combinación de un cuerpo simple o compuesto con una o varias moléculas de agua. Hidrólisis: Proceso químico en el cual la materia orgánica se desdobla en partículas más pequeñas por la acción del agua. I Inorgánico: Cualquier cuerpo sin procesos metabólicos vitales, como son todos los minerales. L Laguna Aireada: Estanque natural o artificial de tratamiento de aguas residuales el cual se suple el abastecimiento de oxígeno por aireación mecánica o difusión de aire comprimido Laguna Anaerobia: Laguna con alta carga orgánica en la cual se efectúa el tratamiento en ausencia de oxígeno disuelto (molecular), con la producción de gas metano (CH 4 ), y otros gases como el sulfuro de hidrógeno (H 2 S). 13

28 Lodo Biológico: Lodo excedente que se genera en los procesos biológicos de las aguas residuales. Lodos Activados: Proceso de tratamiento biológico de aguas residuales en un ambiente químico aerobio, donde las aguas residuales son aireadas en un tanque que contiene una alta concentración de microorganismos degradadores. Lípido: Sustancia orgánica corrientemente denominada grasa, está formada por ácidos grasos unidos a otros cuerpos, es insoluble en el agua. Lixiviación: Proceso de arrastre por el agua de lluvia de las materias solubles o coloidales, de los horizontes superiores de un suelo a horizontes más profundos. M Membrana Celular: Lámina delgada y flexible, de tejido animal o vegetal, que envuelve ciertos órganos, o bien absorbe, exhala o segrega ciertos fluidos. Mesozoico: Períodos triásico, jurásico y cretácico, correspondiente a la era secundaria. Metales Pesados: Elementos tóxicos que poseen un peso molecular (PM), relativamente alto. Usualmente tienen una densidad superior a 5,0 g/cm 3 como el plomo (Pb), plata (Ag), mercurio (Hg), cadmio (Cd), cobalto (Co), cobre (Cu), hierro (Fe), molibdeno (Mo), níquel (Ni) y el zinc (Zn). Metamorfizado: Transformaciones que sufren las rocas en el interior de la corteza terrestre por efecto de la temperatura y la presión, (metamorfismo). Metanogénesis: Etapa del proceso anaerobio en el cual se genera gas metano (CH 4 ), y gas carbónico (CO 2 ). Moho: Película que se forma en la superficie de algunos metales, microorganismo que se desarrolla formando capas sobre materia orgánica en descomposición. Muestra: Porción de aguas residual que da a conocer las características de la misma. Muestreo Puntual: Muestra de agua residual tomada al azar en un momento determinado para su análisis en situ o en el laboratorio. Muestreo Manual: El que no se realiza con equipos. Puede ser muy costoso y retarda el muestreo a gran escala. O 14

29 Oxígeno: Elemento químico no metálico de número atómico 8, masa atómica 16 y símbolo O, presente en forma gaseosa en la atmósfera terrestre y necesario para la respiración. Oxígeno Disuelto: Concentración media de oxígeno en un líquido, por debajo de la saturación. Normalmente se expresa en mg/l. P ph: Logaritmo, con signo negativo, de la concentración de iones hidrógeno (H 3+ ), expresado en moles por litro, Mol/L. Pretratamiento: Proceso de tratamiento localizado antes del tratamiento primario. Proceso Biológico: Proceso en el cual las bacterias y otros microorganismos asimilan la materia orgánica del desecho, para estabilizar el desecho e incrementar la población de microorganismos (lodos activados, filtros percoladores, digestión entre otros.) R Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente (U.A.S.B.): Proceso continuo de tratamiento anaerobio de aguas residuales en el cual el desecho circula desde la parte inferior del reactor hacia la parte superior del reactor, a través de un manto de lodos o filtro, liberando gas metano y aguas tratadas no aptas para el consumo. S Sedimentación: Proceso físico de clarificación de aguas residuales por efecto de la gravedad. Junto a los sólidos sedimentables precipita materia orgánica putrescente, es decir, en vías de putrefacción. Sólidos no sedimentables: Materia sólida que no sedimenta en un período de una hora, generalmente. Sólidos Sedimentables: Materia sólida que sedimenta en un período de una hora. T Tanque Inhoff: Tanque compuesto de tres cámaras en el cual se realizan los procesos de sedimentación y digestión. Tratamiento Anaerobio: Estabilización de un desecho por acción de microorganismos en ausencia de oxígeno. 15

30 Tratamiento Biológico: Proceso de tratamiento en los cuales se intensifican la acción natural de los microorganismos para estabilizar la materia orgánica presente. Usualmente se utilizan para la remoción de material orgánico presente. Tiempo de Retención de Lodos: Relación entre la masa de microorganismos existentes en el sistema, Kgs, y la masa de microorganismos eliminados, Kgs, eliminados por unidad de tiempo. 16

31 CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO 2.1 Antecedentes La creciente importancia que tiene para la humanidad la conservación de los recursos naturales, ha despertado en muchas regiones del planeta, la búsqueda e implementación de métodos tantos biológicos, físicos y químicos entre otros, con el primordial objetivo de recuperar, estabilizar, cuidar y mantener por siempre los recursos naturales para que los mismos sean utilizados por todos los seres vivos de una manera natural, sobre todo el ser humano debe ser y constituirse de manera global en el principal protector de los recursos que la naturaleza nos permite. Dentro de estos recursos naturales está el agua, como un medio vital para su disponibilidad, consumo y la disposición de verter este recurso una vez sea utilizado bajo controles de saneamiento previos, en éste último punto se encuentra dirigido el presente Trabajo de Grado, el tratamiento de las aguas residuales. En la sociedad actual, se hace imperativo restaurar la calidad de las aguas residuales, como efluentes de las actividades comerciales, domésticas e industriales que en su gran mayoría son dirigidas a medios receptores naturales como el mar, ríos, lagos, cuerpos de aguas cuyas capacidades de neutralizar, minimizar o eliminar organismos patógenos se han venido convirtiendo en un grave problema de relevancia ambiental y de salud pública, desfavorable al medio ambiente donde se localizan estas descargas de aguas contaminadas, conocidas como aguas servidas, aguas residuales y aguas que en algunas ocasiones son denominadas de manera despectivas aguas negras, aunque el color que presenten sea otro. 2.2 Bases Teóricas. Las aguas residuales son materiales derivados de residuos domésticos o de procesos industriales, los cuales por razones de salud pública y por consideraciones de recreación, preservación y estética, no pueden desecharse vertiéndolas sin tratamiento previo en los ríos, lagos, lagunas y mares u otros cuerpos de agua. Los materiales tanto orgánicos como inorgánicos presentes en las aguas residuales pueden eliminarse por métodos variados tales como los 17

32 biológicos, físicos y químicos, donde cada uno de ellos presenta una característica propia para el tratamiento de las aguas residuales Orígenes, aspectos y componentes de las Aguas Residuales. Las aguas residuales pueden ser originadas por:. Desechos humanos y de animales.. Desperdicios orgánicos domésticos.. Corrientes pluviales.. Desechos industriales.. Infiltraciones de aguas subterráneas. Las aguas residuales son líquidos turbios que contienen material sólido en suspensión. Cuando son de reciente formación presentan un color gris, con un olor característico a moho no desagradable, encontrándose en ellas cantidades variables de materia tales como: sustancias fecales, restos de alimentos, basura, papel, plástico, astillas de madera y otros residuos de las actividades cotidianas de los habitantes de una comunidad en general. Con el transcurso del tiempo, el color cambia gradualmente de gris a negro, desarrollándose un olor fuerte y desagradable, constituyéndose éste en su estado final de descomposición. Los síntomas de contaminación del agua son evidentes, incluso para el observador más casual, el agua potable contaminada tiene un sabor no característico, gran cantidad de plantas acuáticas crecen sin control, extensiones acuíferas, playas marinas, ríos y lagos llegan a emitir olores desagradables, la cantidad de peces decrece considerablemente y su carne al momento de ingerirlos presenta mal sabor, también pueden observarse derivados del petróleo flotando en las superficies de las aguas de mares y ríos, sobre todo donde existe mucha actividad comercial y turísticas, provenientes de motores de combustión interna colocados en las embarcaciones de diferentes tamaños y usos. La diversidad de estos eventos adversos antes descritos, indica la complejidad del problema que se debe afrontar y por ende resolver para la realización de este trabajo de investigación, ya que sus orígenes pueden ser atribuidos a muchas fuentes y tipos de contaminantes. 18

33 Los componentes de las aguas residuales dependen del tipo de uso de las aguas potables, aguas de lluvias, aguas crudas, entre otras. De allí se tiene la siguiente clasificación: a) Aguas residuales domésticas, comprenden las aguas residuales provenientes de instalaciones residenciales, comerciales, institucionales y otras similares. b) Aguas residuales industriales, provenientes de actividades industriales. c) Infiltraciones y malos empotramientos, son las aguas que entran a los sistemas cloacales de diversas maneras, provenientes del suelo y aguas de lluvias, las cuales ingresan a las redes de recolección por medio de empotramientos incontrolados, descargas ilegales o conexiones defectuosas. La composición de las aguas residuales en zonas urbanas presentan características diferentes o variables, ello motivado al uso específico que les da la población al agua previamente potabilizada, así como las actividades comerciales, industriales y agropecuarias entre otras, que puedan tener presencia en esas localidades, a continuación se muestra en la Figura 1, la composición aproximada del agua residual de origen doméstico: 19

34 Figura 2. Composición aproximada del agua residual de origen doméstico. Fuente: Las características físicas y la cantidad de constituyentes químicos, físicos y biológicos del agua residual determinan su composición. La determinación de las mismas se denomina caracterización, y se observa en la siguiente Tabla 2: Tabla 2. Caracterización del agua residual y sus fuentes CARACTERIZACIÓN FUENTE Físicas: Color, Olor, Sólidos.Desechos Industriales y Domésticos.Materia Orgánica.Descomposición Bacteriana. Química: Origen Orgánico: Carbohidratos Grasa, Aceites, Pesticidas, Fenoles, Proteínas, Surfactantes entre otros. Origen Inorgánico: Alcalinidad, Cloruros, Metales Pesados, ph, Nitrógeno, Azufre y otros tóxicos. Gases: Sulfuro de Hidrógeno (H 2 S) y Metano (CH 4 )..Descargas Industriales, Domésticas y Agrícolas.Descomposición de las Aguas de origen Doméstico. Biológicas: Animales, Plantas y Microorganismos..Pozos de aguas a cielo Abierto y plantas de Tratamiento, así como Desechos domésticos. Fuente: Caracterización de componentes típicos de las aguas residuales, Las aguas residuales están formadas por un 99% de agua y un 1% de sólidos en suspensión y en solución, sólidos éstos que han sido clasificados en orgánicos e inorgánicos, así como otros contaminantes como metales pesados y compuestos orgánicos refractarios. Basándonos en las Normas para la 20

35 Clasificación y el Control de la Calidad de los Cuerpos de Aguas y Vertidos o Efluentes Líquidos del Decreto Nº 883 del 11 de Octubre de 1995 en su Capítulo II, de la Declaración de la Clasificación de las Aguas en su Artículo 3, se tiene que las aguas se clasifican de la siguiente manera, como se muestra en la Tabla 3: Tabla 3.Clasificación de los cuerpos de agua. Decreto 883 de 11/10/1995 TIPO. CARACTERÍSTICA. SUB TIPO O DESAGREGACIÓN. 1A 1 Aguas destinadas al uso doméstico e industrial, que requiere de agua potable siempre que éstas formen parte de un producto o subproducto destinado al consumo humano o que esté en contacto con él. 1B CARACTERÍSTICA. Aguas desde el punto de vista sanitario, pueden ser condicionadas con la sola adición de desinfectantes. Aguas que pueden ser condicionadas por medios de tratamientos convencionales de coagulación, floculación, sedimentación, filtración y cloración. 1C Aguas que pueden ser condicionadas por medio de procesos de potabilización no convencionales. 2C Aguas para el riego de vegetales destinados al consumo humano. 2 Aguas destinadas a usos agropecuarios. 2B Aguas para riego de vegetales y uso pecuario. 3 Aguas marinas o medios costeros destinados a la cría y explotación de moluscos consumidos en crudo. 21

36 4 Aguas destinadas a balnearios, deportes acuáticos, pesca deportiva, comercial y de subsistencia. No presentan No presentan Fuente: Decreto 883 de 11/10/1995. Cada uno de estos cuerpos de aguas presenta características tanto físicoquímicas como biológicas, con límites y rangos establecidos de acuerdo a sus componentes, para ampliar esta información se puede consultar la Gaceta Oficial Nº del Decreto 883 del 11 de Octubre de Existen muchos tipos de tratamientos de aguas residuales que generalmente se utilizan de manera combinada. Estos tratamientos pueden ser físicos, como la filtración, la sedimentación y la evaporación; químicos, entre los que se puede mencionar la neutralización y la precipitación; y finalmente los biológicos que se dividen a su vez en aerobios (que dependen de organismos que requieren oxígeno para su metabolismo), y los anaerobios (son los organismos que no necesitan del oxígeno para su metabolismo), al primer grupo pertenecen las lagunas aireadas y los lodos activados; y al segundo grupo corresponden los reactores del tipo U. A. S. B (Upflow Anaerobic Gludge Blanket), los Biorreactores Tubulares o de Flujo Ascendente y los Biodigestores. De los diferentes sistemas de tratamiento de aguas residuales de mayor uso, los más utilizados en zonas de temperaturas bajas o templadas son los aerobios, físicos y químicos. La mayoría de estos sistemas se caracterizan por su elevado costo de instalación y mantenimiento, se requieren diferentes insumos especializados, disminuyen la contaminación de las aguas, pero no se utilizan los subproductos generados en el proceso, incurriendo en altos costos para su disposición adecuada, a continuación se muestra la Tabla 4, donde se amplía la información. 22

37 Tabla 4. Clasificación Sistemas de Tratamientos para Aguas Residuales TIPOS DE TRATAMIENTOS QUÍMICO FÍSICO BIOLÓGICO AEROBIO BIOLÓGICO ANAEROBIO Neutralizació n Separación de Sólidos y Líquidos Lodos Activados. Reactores de Flujo Ascendente, U.A.S.B. Precipitación Tamizado Laguna Aerobia. Lagunas Anaerobias. Intercambio de Iones Sedimentación Lagunas Aireadas Digestores Convencionales. Oxidación y Reducción Flotación Lecho Biopercolador Lecho Biopercolador. Solidificación Filtración y Fijación Cloración Centrifugación Cloración Separación por membranas: diálisis, extracción, destilación y expulsión con vapor Lecho Biopercolador Fuente: Conchon y Gijzen, Entre los diversos sistemas mostrados en la tabla anterior 4, los más utilizados en las zonas tropicales son los sistemas biológicos anaerobios, procesos éstos que son efectuados por una cierta variedad de microorganismos que actúan sobre los desechos. Los sistemas de tratamiento anaerobios generan gas metano, el cual puede ser utilizado como combustible; además no consumen energía necesaria para la aireación, recirculación, y la disposición de lodos. Aunque el sistema anaerobio requiere aún de algunos ajustes, su utilidad en los países tropicales es estratégica ya que son de menor costo y permiten recuperar hasta un 90% de la energía de los desechos mediante el biogás. No obstante, 23

38 debido a que el tratamiento anaerobio no es total, en algunas situaciones se hace necesario completarlo con otros medios, integrando otros mecanismos para el tratamiento. En la siguiente tabla 5, se presenta una comparación entre los sistemas anaerobios y aerobios, de la cual se puede inferir que los sistemas anaerobios presentan notables ventajas frente a los sistemas aerobios en relación al consumo de insumos y la generación de energía, lo cual se traduce en beneficios económicos importantes. Tabla 5. Etapas de las Digestiones Aerobias y Anaerobia CONCEPTO TRATAMIENTO AEROBIO TRATAMIENTO ANAEROBIO Reacción Química C 6 H 12 O O 2 6CO 2 + 6H 2 O Destino del Carbono 50% se convierte en Dióxido de Carbono, CO 2, entre un 40% y 50% se incorpora a la Biomasa. Destino de la Energía 60% se almacena en la Biomasa, 40% se pierde en forma de calor. Consumo de Energía Alto consumo, se requiere aireación, nutrientes, recirculación y disposición de lodos. Adición de Nutrientes Requiere de una alta aplicación de nutrientes, en especial Nitrógeno. C 6 H 12 O 6 3CO 2 + 3CH 4 95% se convierte en Biomasa, 5% se convierte en Biomasa Bacterial. 90% es retenida como gas metano, CH 4, entre un 3% a un 5% se pierde como calor, entre un 5% a un 75% se almacena como Biomasa. Nulo, se producen 0,5m 3 de Biogás por cada Kg de DBO removida. DBO= Demanda Biológica de Oxígeno. Mínima necesidad de nutrientes. Tiempo de Arranque Corto. Largo. Avance de Tecnología Tecnología Establecida. Recientemente establecida, requiere de ajustes. Tolerancia de Temperatura, C Amplio rango de Temperatura. Solo temperaturas mayores de 15 C, grados Centígrados o Celsius. Fuente: Madigan, Van Haandel, Díaz Báez,

39 Debido a lo antes expuesto se opta por el sistema anaerobio, por todas las razones antes mencionadas. La remoción de materia orgánica, constituye uno de los objetivos del tratamiento de las aguas residuales, utilizándose en la mayoría de los casos los procesos biológicos. El mecanismo más importante para la remoción de la materia orgánica presente en el agua residual, es el metabolismo bacteriano, el cual consiste en la utilización por parte de las bacterias de la materia orgánica presente como fuente de energía y carbono para producir Biomasa. En este caso, el presente proyecto se basa en el proceso fermentativo como lo es el Tratamiento Anaeróbico, que se presenta en las aguas residuales, es decir, la Digestión Anaeróbica, la descomposición de la materia orgánica e inorgánica en ausencia de oxígeno. Los procesos anaerobios se dividen en cultivos en suspensión y cultivos fijos. Los principales procesos de cultivos en suspensión son los de digestión anaeróbica, en el cual el reactor o digestor convierte la materia orgánica en un hidrocarburo saturado gaseoso como lo es el gas metano, y en gas carbónico principalmente. El tratamiento anaeróbico es viable cuando la concentración del caudal o del influente que ingresa a la planta de tratamiento es de aproximadamente de 1000 gramos de DBO, (Demanda Biológica de Oxigeno), por cada metro cúbico. La digestión se desarrolla en varias etapas, actuando en ellas microorganismos diferentes en cada una de estas etapas, es decir, la degradación anaeróbica de la materia orgánica requiere la intervención de diversos grupos de bacterias facultativas y anaeróbicas estrictas, las cuales utilizan en forma secuencial los productos metabólicos generados por cada grupo. La digestión anaeróbica de la materia orgánica involucra tres grandes grupos tróficos y cuatro pasos de transformación; a continuación se muestra en la siguiente Tabla 6: Tabla 6. Procesos de la Digestión Anaerobia ETAPA PROCESO TIPO GRUPO BACTERIAS TIPO 1 HIDRÓLISIS I HIDROLÍTICAS 2 ACIDOGÉNESIS I FERMENTATIVAS 3 ACETOGÉNESIS II ACETOGÉNICAS 4 METANOGÉNES III METANOGENICAS Fuente: Madigan, Van Haandel, Díaz Báez,

40 Olores causados y sólidos presentes en las Aguas Residuales. Los olores característicos de las aguas residuales son causados por los gases formados en el proceso de descomposición anaerobia. Principales tipos de olores:.olor a moho, típico de las aguas residuales recién formadas..olor a huevo podrido, típico de las aguas residuales sépticas o con cierto tiempo en descomposición, este olor ocurre por la formación de sulfuro de hidrógeno, H 2 S, que proviene de la descomposición de la materia orgánica contenida en los residuos..olores variados, generados por productos orgánicos tales como, productos Sulfurosos, nitrogenados, ácidos orgánicos, vegetales entre otros. Los sólidos presentes en las aguas residuales pueden clasificarse en dos grupos generales según su composición o condición física, es decir, como sólidos suspendidos y sólidos disueltos, incluyendo en cada uno de estos grupos tanto sólidos orgánicos como inorgánicos, tal como se muestra en la siguiente Figura 3, las cantidades de los sólidos presentes se indican en ppm, es decir, partes por millón. 26

41 Orgánicos 90 ppm Sólidos Inorgánicos 30 ppm Sedimentables Sólidos 120 ppm Suspendidos 200 ppm Sólidos Orgánicos 55 ppm Sólidos Coloidales Inorgánicos 25 ppm Totales 80 ppm 600 ppm Sólidos Sólidos Orgánicos 30 ppm Disueltos Coloidales Inorgánicos 10 ppm 400 ppm 40 ppm Sólidos Orgánicos 125 ppm Disueltos Inorgánicos 235 ppm 360 ppm 27

42 Figura 3. Condición física y composición de los sólidos contenidos en las aguas residuales domésticas. (Cifras en partes por millón o ppm). Fuente: Manual de Tratamiento de Aguas Negras. Departamento de Sanidad del Estado de Nueva York, U.S.A., Análisis comunes a las Aguas Residuales Domésticas Los constituyentes comúnmente encontrados en las aguas residuales domésticas, se resumen en la siguiente Tabla 7 Tabla 7. Análisis comunes a las Aguas Residuales Domésticas Constituyente [C], Fuerte [C], Media [C], Débil Sólidos totales: Disueltos totales Fijos Volátiles Suspendidos totales Fijos Volátiles Sólidos sedimentables, ml/l Demanda Bioquímica de Oxígeno, 5 días a 20º C (DBO 5 ) Carbono Orgánico Total (CTO) Demanda Química de Oxígeno (DQO). Nitrógeno : Orgánico Amoniacal Nitritos Nitratos Fósforo: Orgánico Inorgánico Cloruros

43 Alcalinidad como Carbonato de Calcio CaCO Grasas Fuente: 2 [C] = Concentración en miligramos por litro, mg/l Ensayos Físico-Químicos para las Aguas Residuales. Los ensayos experimentales que, generalmente se realizan a las muestras de aguas residuales, se resumen en la siguiente Tabla 8 Tabla 8. Ensayos Físico-Químicos para Aguas Residuales PARÁMETROS Amonio Cloro Libre Demanda de Cloro Compuestos Orgánicos Sustancias Extraíbles con Cloroformo Conductividad Detergentes (Aniónicos) Fósforo Fósforo Total Nitratos Oxidabilidad Demanda Bioquímica de Oxígeno (D.B.O) ph Sólidos Totales Sólidos Totales Fijos Sólidos Suspendidos Volátiles Sólidos Suspendidos Fijos Sólidos Sedimentables Sólidos Filtrables Totales Sólidos Totales Volátiles Sólidos Suspendidos Totales Sólidos Filtrables Fijos Sólidos Filtrables Volátiles MÉTODOS. Espectrometría absorción molecular Espectrometría absorción molecular Espectrometría absorción molecular Cromatografía de gases con espectrometría de masas Extracción y gravimetría Espectrometría Espectrometría absorción molecular Espectrometría absorción molecular Espectrometría absorción molecular Espectrometría absorción molecular Volumetría Redox Digestión y volumetría redox (reflujo abierto y reflujo cerrado) Potenciometría Gravimetría Gravimetría Gravimetría Gravimetría Determinación volumétrica Gravimetría Gravimetría Gravimetría Gravimetría Gravimetría 29

44 Aluminio, Hierro, Manganeso, Cobre, Plomo, Arsénico, Zinc, Níquel, Cadmio y Cromo. Aluminio, Hierro, Manganeso, Cobre, Plomo, Arsénico, Zinc, Níquel, Cadmio y Cromo. Nitrógeno Total Mercurio Sodio Potasio Espectrometría con horno de grafito (análisis por elemento químico de manera individual) Espectrometría llama aire-acetileno, (análisis por elemento químico de manera individual) Espectrometría de absorción molecular Espectrometría de absorción (vapor frío) Emisión de llama Emisión de llama Fuente: Contaminantes de Interés en el Tratamiento de las Aguas Residuales A continuación se resumen los contaminantes presentes en las Aguas Residuales Tabla 9. Contaminantes presentes en las Aguas Residuales Contaminantes. Sólidos Suspendidos. Materia Orgánica Biodegradable. Microorganismos Patógenos. Nutrientes. Contaminantes Importantes. Materia Orgánica Refractaria. Motivo de su Importancia Pueden llevar al desarrollo de depósitos de barro y condiciones anaerobias, los residuos no tratados son vertidos en el ambiente acuático. Compuesta principalmente de proteínas, carbohidratos y grasas, por lo general, se miden en términos de DBO y DQO. Descargada sin tratamiento al medio ambiente, su estabilización biológica puede llevar al consumo de Oxígeno natural y al desarrollo de condiciones sépticas. Existen en las aguas residuales, pueden transmitir enfermedades. Tanto el Nitrógeno como el Fósforo, junto con el Carbono, son nutrientes esenciales para el crecimiento de la vida acuática indeseable. Cuando son lanzados en cantidades excesivas, en el suelo, pueden contaminar también el agua subterránea. Compuestos orgánicos e inorgánicos seleccionados en función de su conocimiento o sospecha de ser cancerígenos, crear mutaciones y elevada toxicidad. Muchos de estos compuestos están presentes en las aguas residuales. Tiende a resistir los métodos convencionales de tratamientos de aguas 30

45 Metales Pesados Sólidos Inorgánicos Disueltos. residuales. Ejemplos típicos incluyen detergentes, pesticidas agrícolas, entre otros. Son normalmente adicionados a los residuos de actividades comerciales e industriales, debiendo ser removidos en caso de una re-utilización del agua Elementos como el Calcio, Sodio y Sulfato son adicionados a los sistemas domésticos de abastecimientos de agua, deben ser removidos. Fuente: López Mendoza Claudia, López Solíz, Omar Anthelino Tesis Efectos causados por los contaminantes presentes en la Aguas Residuales. En la siguiente Tabla 10, se presenta la información sobre los efectos de los contaminantes. Tabla 10. Contaminantes y sus Efectos en las Aguas Residuales Contaminantes. Sólidos Suspendidos Parámetro de Caracterización. Sólidos suspendidos totales Tipo de Efluentes. Domésticos e industriales Sólidos Flotantes Aceites y grasas Domésticos e industriales Materia Orgánica DBO Domésticos e Biodegradable industriales Consecuencias. Depósitos de barro, problemas estéticos, adsorción de contaminantes y protección de patógenos. Problemas estéticos Consumo de oxígeno, mortalidad de peces y condiciones sépticas. Patógenos Coliformes. Domésticos. Enfermedades transmitidas por el agua. Nutrientes. Nitrógeno y Fósforo Domésticos e industriales. Crecimiento excesivo de algas (eutrofización del cuerpo receptor), Toxicidad para los peces (amonio), Enfermedades para los niños (nitratos), 31

46 Compuestos No- Biodegradables Metales Pesados. Pesticidas, detergentes entre otros. Arsénico, Cadmio, Cobre, Mercurio, Níquel y Plomo. Industriales y agrícolas. Industriales no biodegradabilidad y malos olores. Toxicidad, Espumas, Reducción de la transferencia de oxígeno, nobiodegradabilidad y malos olores. Toxicidad alta. Fuente: 9.pdf Gases disueltos en las Aguas Residuales. Las aguas residuales contienen pequeñas y variables concentraciones de gases disueltos. Entre los gases más importantes está el oxígeno, este gas que comúnmente se conoce como oxígeno disuelto, es un componente de suma importancia en las aguas residuales, además del oxígeno disuelto se encuentran otros gases como el bióxido de carbono, CO 2, producto de la descomposición de la materia orgánica, el nitrógeno, N 2, disuelto en la atmósfera; el ácido sulfhídrico, H 2 S, que se forma por la descomposición de los compuestos orgánicos y ciertos compuestos inorgánicos del azufre. Aunque estos gases están presentes en pequeñas cantidades, su función es importante en la descomposición y tratamientos de sólidos de las aguas residuales. Las aguas residuales pueden contener líquidos volátiles, por lo general se trata de líquidos que hierven a menos 100º C (212º F), como por ejemplo la gasolina Composición de las Aguas Residuales Industriales. En cuanto a las aguas residuales industriales, dependiendo de la naturaleza o el tipo de actividad industrial, las aguas residuales pueden contener una amplia cantidad y variedad de contaminantes, es decir, la gran variedad de procesos industriales genera un amplio abanico de efluentes, que requiere en cada caso de una investigación individual y frecuentemente un proceso de tratamiento específico. 32

47 Además es necesario conocer el sistema de organización de los procesos involucrados. Hay cuatro tipos de efluentes industriales a considerar: a) Provenientes de los procesos generales de fabricación. La mayoría de los procesos aumentan la contaminación de los efluentes, por el contacto que tienen con gases, líquidos y sólidos. Los efluentes pueden ser continuos o intermitentes. Algunos sólo se producen algunas veces al año (industrias agropecuarias), para otros sectores industriales tales como química y farmacia entre otros, es difícil analizar los efluentes por los cambios continuos que presentan. b) Específicos. Algunos efluentes son separados de corrientes específicas del proceso tales como: efluentes tóxicos y concentrados, condensados de la producción del papel, líquidos principales de la producción alimentaria. c) Provenientes de servicios generales. d) Intermitentes. Pueden provenir de vertidos accidentales de productos, durante su manejo, manipulación o almacenamiento. Seguidamente, a manera de resumen, se muestran algunos contaminantes en las aguas residuales industriales, los cuales dependen de la naturaleza de la industria, y los efectos derivados, en la siguiente Tabla 11: Tabla 11. Composición de las Aguas Residuales Industriales Contaminante Orgánicos solubles Sólidos suspendidos, SS Orgánicos trazas Metales pesados Turbiedad y color Nutrientes (P y N) Sustancias refractarias Aceites y flotantes Sustancias volátiles Efectos Agotan el oxígeno disuelto Agotan el oxígeno disuelto y emanan gases Imparten olor, sabor y toxicidad Son tóxicos Afecta la estética de los cuerpos receptores Producen eutroficaciòn Resistentes a la biodegradación y tóxicos Insignificantes en la mayoría de los casos Contaminan el aire, (H 2 S) y otros compuestos orgánicos volátiles Fuente: Díaz C. Antecedentes de Tratamiento de Aguas Residuales Desechos Industriales. Los productos de desecho de los procesos fabriles son parte importante de las aguas residuales en una población, y es necesario tomar las precauciones 33

48 necesarias para su control y eliminación. En muchas regiones se implementan sistemas de recolección para la clasificación de los mismos y su correcta disposición para el tratamiento respectivo; ya que estos desechos varían mucho por su tipo y volumen. Muchos desperdicios industriales contienen agentes espumosos o espumantes, detergentes, aceites, lubricantes y otras sustancias químicas que interfieren en la disposición final de las aguas residuales de la comunidad, como también pueden causar daños a las alcantarillas y otras estructuras de la red de aguas residuales. A continuación, se muestra un inventario de los diferentes tipos de organizaciones que tienen actividad propia basada en sus desempeños respectivos en la población de Naiguatá en el estado Vargas, en la Tabla 12. Tabla 12. Inventario de las diversas Organizaciones actuales en la población de Naiguatá Organización Tipo Frecuencia Simple Frecuencia Relativa Frecuencia Relativa Acumulada Sociales 14 0,028 2,83% Educativas 16 0,032 3,23% De Salud 11 0,022 2,22% Políticas 01 0,002 0,20% Culturales 12 0,024 2,42% Religiosas 6 0,012 1,21% Deportivas 4 0,008 0,81% Mercantiles 104 0,210 21,01% No Mercantiles 6 0,012 1,21% Sin Fines de lucro 14 0,028 2,83% Economía informal 307 0,620 62,02% Total 495 1, % Fuente: Elaboración Propia. 03/08/

49 De la tabla inmediatamente anterior, existen varias industrias y comercios que generan desperdicios de alimentos, aceites, lubricantes, detergentes y gasolina entre otros, que son vertidos a las redes de aguas residuales sin control y tratamiento previo antes de que sean expulsados al mar por la estación de bombeo localizada en el sector, motivo por el cual este trabajo de grado nos permite desarrollar y diseñar un proyecto de una planta de tratamiento de aguas residuales, con el fin de minimizar el impacto ambiental en la población Composición Biológica de las Aguas Residuales. Las aguas residuales contienen una gran cantidad de microorganismos vivos, la mayoría de los cuales son sumamente pequeños para ser visibles, excepto bajo el microscopio, Son la parte viva natural de la materia orgánica que se encuentran en las aguas residuales y su presencia es de gran importancia por considerarse un factor de interés para el tratamiento de las aguas residuales, y su éxito, incluyendo la degradación y la descomposición, depende de sus actividades. Los organismos se pueden clasificar de diversos puntos de vistas. Desde el punto de vista de depuración de las aguas, la clasificación trófica es de gran importancia. Los microorganismos necesitan nutrientes para su crecimiento, tales como, carbono, nutrientes inorgánicos, energía y poder reductor. Los microorganismos obtienen la energía y el poder reductor de las reacciones de oxidación del sustrato. Así, cuanto mayor es la demanda química de oxígeno, DQO, mayor es la energía y el poder reductor (electrones), que es capaz de suministrar al sustrato. 35

50 Las reacciones de oxidación del sustrato, por una parte suministran electrones a los transportadores de electrones, transformándolas las formas oxidadas, nicotinamím-adenín-dinucléotido NAD, en las correspondientes formas reducidas (NADH 2 ). Estas formas reducidas aportan los electrones necesarios en el proceso de síntesis celular. Por otra parte cuando los electrones suministrados en las reacciones de oxidación del sustrato pasan, a través de la cadena de transporte de electrones, al aceptor final de electrones se genera una gran cantidad de energía, en forma de ATP (Adenosín-Trifosfato), que se utiliza ampliamente en las reacciones de biosíntesis. A continuación se muestra la Tabla 13, en la cual se hace referencia a la clasificación de los microorganismos. Tabla 13.Clasificación de microorganismos presentes en las Aguas Residuales En función a: Clasificación Observaciones Autótrofos La fuente de Carbono y el dador de electrones Heterótrofos Organismos capaces de sintetizar la materia orgánica a partir de las sustancias minerales. Fuente de carbono: CO 2 Dador de electrones:nh 4 y NO 2 Producen energía y síntesis celular. Precisan de la materia orgánica para su desarrollo y mantenimiento como fuente de carbono y dador de electrones, actúan por vía aerobia, anóxica y anaerobia. 36

51 Del tipo de aceptor de electrones. Aerobios Anaerobios Utilizan oxígeno disuelto u oxígeno libre disuelto en el agua, el proceso de degradación se conoce como descomposición aerobia u oxidación Crecen únicamente en ausencia de oxígeno disuelto, la degradación es conocida como putrefacción, generando olores fuertes y condiciones desagradables Facultativos Utilizan oxígeno u otro aceptor de electrones cuando el oxígeno no está presente Fuente: Elaboración propia Disposición de las Aguas Residuales. Tal como se ha indicado en el antecedente del presente marco teórico, las aguas residuales son aquellas aguas que originalmente fueron tratadas en potables y las cuales se convierten en aguas residuales por las diferentes actividades a las que son sometidas por una comunidad en general. La promoción de la limpieza y la eliminación de residuos perjudiciales al ambiente son de gran importancia en la conservación de los mismos, solo con estas prácticas de limpieza y asepsia total pueden mantenerse el medio ambiente en condiciones aceptables e inocuas. Se hace necesario contar con procedimientos para el tratamiento de las aguas residuales, que estén normalizados y/o regulados en forma adecuada, para poder disponer de las aguas residuales, a fin de proteger la salud de la población y tal como se ha indicado anteriormente preservar el hábitat. 37

52 Todas las aguas residuales deben ser conducidas y transportadas, desde sus orígenes hasta los centros de tratamientos para que sus disposiciones finales sean inofensivas al medio ambiente definido Necesidad de tratamiento de las Aguas Residuales. Es una realidad que el agua en su estado líquido, se convierte en un vehículo de transporte para una diversidad de sustancias con contenidos diversos, los microorganismos también se encuentran y se distribuyen en el agua. Las mayorías de los microorganismos que generan enfermedades se originan en los seres humanos o en residuos fecales de animales. Una gota de residuos fecales contiene millones de microorganismos. En los residuos fecales del ganado puede encontrarse igual cantidad de millones de bacterias tales como: Giardas cysts Esporas de Crytosporidium En los restos fecales del pollo algunas bacterias fecales como la salmonella y campilobacter son comunes. Las aguas residuales no se pueden descargar al medio ambiente sin ser tratadas previamente debido a su potencialidad contaminante hacia los otros ecosistemas. La mayor parte de las aguas residuales se vierten a los ríos, mares, lagos, lagunas así como a los océanos, en algunos casos sin tratamientos físicos, químicos o biológicos con el fin de minimizar el impacto de su potencial contaminación a estos medios acuíferos. El problema de disponer de las aguas residuales fue imponiéndose debido al uso del agua para recoger y arrastrar los productos de desecho de la vida humana. Antes de esto, los volúmenes de desecho, sin que el agua sirviese de vehículo, eran muy pequeños y su eliminación se limitaba a los excrementos familiares o individuales. El primer método consistía en dejar los desechos corporales y las basuras en la superficie de la tierra, en donde eran gradualmente degradados por las bacterias (principalmente del tipo anaerobio). Esto originaba la producción de olores ofensivos. Después, la experiencia demostró que si estos desechos eran enterrados prontamente, se prevenía el desarrollo de tales olores. La siguiente etapa consistió en el desarrollo de los retretes o letrinas enterrados, que es un método de eliminación de los desechos de excrementos que aún se emplea profusamente. 38

53 Con el desarrollo de los suministros de agua a las poblaciones y el uso de agua para arrastrar o transportar los desechos caseros, se hizo necesario encontrar métodos para disponer no solamente de los desechos mismos, sino para el agua como transporte de estos desechos. Se utilizaron para ello los tres métodos posibles; la irrigación, la disposición sub-superficial y la dilución. A medida que fue creciendo la población urbana, con el proporcional aumento del volumen de aguas residuales y desechos orgánicos, resultó que todos los métodos de disposición eran tan poco satisfactorios que se hizo imperativo tomar medidas esenciales para remediarlos y se inició el desarrollo de los métodos de tratamientos de aguas residuales que en la actualidad se conocen Métodos de Tratamientos para las Aguas Residuales. El tratamiento del agua puede dividirse en tres categorías principales: a) La purificación para uso doméstico. b) El tratamiento para aplicaciones industriales especializadas c) El tratamiento de las aguas residuales para hacerlas aptas para su vertido en ambientes que no afecte al hábitat o su reutilización para diferentes fines como, riego, limpieza de espacios adecuados al tipo de agua residual tratada. En este último método, se hace énfasis a los fines del presente informe. 39

54 El desarrollo de métodos para el tratamiento de las aguas residuales, surgió como una respuesta a las demandas sociales en lo referente a la salud pública y a la contaminación ambiental. El propósito del tratamiento de las aguas residuales, previo a su disposición, consiste en separar de ellas la cantidad suficiente de sólidos que permita que los que permanezcan en estas aguas al momento de ser vertidas o descargadas a los cuerpos de aguas receptores (ríos, lagos, lagunas, mares, océanos entre otros), no alteren el equilibrio natural de dicho hábitat, es decir, que el sistema fauna-flora permanezca los más cerca en su equilibrio natural u hábitat. Existe una gran variedad de procesos para el tratamiento de las aguas residuales, de los cuales unos cuantos son económicamente viables de aplicarse en gran medida; los contaminantes presentes en las aguas residuales pueden eliminarse con procesos físicos, químicos y/o biológicos. Estos métodos de tratamiento de aguas suelen clasificarse en: a) Operaciones físicas unitarias b) Procesos químicos unitarios c) Procesos biológicos unitarios Los procesos y operaciones unitarias, necesarios en el tratamiento, se combinan y complementan para dar lugar a cuatro niveles de tratamiento de las aguas residuales, estos niveles son: 1. Pre- tratamiento. 2. Tratamiento Primario. 3. Tratamiento Secundario. 4. Tratamiento Terciario. Seguidamente se muestran los tipos de procesos empleados en el tratamiento de aguas residuales, de manera tabulada, en la siguiente Tabla14. Tabla 14.Tipos de Procesos Empleados en el Tratamiento de Aguas Residuales 40

55 Proceso Tipo Características Ejemplos Métodos de tratamiento que involucran las fuerzas físicas, tales como la gravedad, Físicos diferenciales de cargas eléctricas, concentración, tamaño entre otros. Químicos Biológicos Para llevar a cabo la remoción o transformación de contaminantes, se adicionan reactivos químicos, se efectúan reacciones químicas donde no intervienen microorganismos. Métodos en los cuales se involucra la actividad de microorganismos para la remoción o transformación de contaminantes. Cribado, Floculación, Sedimentación, Flotación, Filtración y la Transferencia de Gases. Coagulación- Floculación- Precipitación, Adsorción Química y desinfección. Aerobio Anóxico Anaerobio. Fuente: Aristizabal Castrillón, Adriana; Bermúdez Agudelo, María Catalina. A continuación, se muestran los tipos de tratamientos y su característica destacada relacionada al uso del mismo y el propósito que se persigue, con la información adicional sobre los dispositivos corrientemente utilizados, según el caso, de manera resumida, en la Tabla 15. Tabla 15.Tipos de Tratamientos utilizados para depurar las Aguas Residuales Tratamiento Tipo Característica Dispositivos Utilizados Protección de equipos en las Rejas de barras o 41

56 Pre-tratamiento o Etapa Preliminar Primario Secundario Terciario plantas de tratamientos de aguas residuales, separación de sólidos de tamaños considerados, así como elementos flotantes y la eliminación de aceites y grasas. Poca actividad biológica, disminuye la velocidad de las aguas residuales para sedimentar los sólidos, separación de la mayoría de los sólidos suspendidos entre un 40 y 60%. Eliminación de sólidos orgánicos en suspensión o solución, mucha dependencia de organismos aerobios y se producen sólidos orgánicos estables. Procesos físicos y químicos para eliminar contaminantes como el fósforo, nitrógeno, metales pesados, virus, minerales, compuestos orgánicos entre otros. Rejillas, desmenuzadores (molinos, cortadoras o trituradoras), Desarenadores y Tanques de Preareación. Tanques Sépticos, Tanques de Doble Acción (tanque Imhoff), Tanques de Sedimentación Simple con Eliminación Mecánica de Lodos. Cuando se utilizan productos químicos emplean unidades auxiliares como Mezcladores, Floculadores y Unidades Alimentadoras de Reactivos. Filtros Goteadores, Tanques de Aeración (lodos activados aeración por contacto), Filtros de Arena Intermitentes, Estanques de Estabilización, Biodiscos, Reactores Biológicos y Lagunas. Estanques en Serie. Fuente: Departamento de Sanidad del Estado de Nueva York Manual de Tratamiento de Aguas Negras. México. Limusa Procesos Biológicos. Los métodos de tratamiento de las aguas residuales así como los procesos con el mismo propósito, fueron mostrados en las tablas inmediatas anteriores del presente capitulo, métodos en los cuales se involucran las actividades de los 42

57 microorganismos para la remoción o transformación de contaminantes son conocidos como procesos biológicos. Estos métodos biológicos son utilizados para la remoción de materia biodegradable (soluble coloidal), del agua residual. Básicamente, los contaminantes presentes en el agua residual son transformados por los microorganismos en materia celular, energía para su metabolismo y en otros compuestos orgánicos e inorgánicos que son liberados al medio ambiente. Los procesos biológicos son divididos en dos grupos: los aerobios y los anaerobios. La diferencia primordial entre estos dos tipos de tratamientos es el aceptor final de electrones, y de ello se derivan las diferencias más importantes que influyen de manera significativa sobre el costo y en consideraciones de tipo técnico, en el campo del tratamiento de las aguas residuales, la contaminación orgánica es evaluada a través de la Demanda Química de Oxígeno (DQO), la cual mide la concentración de la materia orgánica. La forma de apreciar lo que ocurre con la materia orgánica en el tratamiento anaerobio de aguas residuales es comparando su balance de DQO con el tratamiento aerobio, veamos las siguientes Figuras 4 y 5: Figura 4. Balance Anaerobio de la Demanda Química de Oxígeno, DQO. Fuente: IBASA- Tratamientos de Aguas 43

58 Figura 5. Balance Aerobio de la Demanda Química de Oxígeno, DQO. Fuente: IBASA-Tratamientos de Aguas Características de los Procesos Aerobios frente a los Anaerobios. El mecanismo más importante para la remoción de la materia orgánica presente en el agua residual, es el metabolismo bacteriano. El metabolismo bacteriano consiste en la utilización por parte de las bacterias, de la materia orgánica como fuente de energía y carbono para generar biomasa. Cuando la materia orgánica es metabolizada, parte de ella es transformada químicamente a productos finales, en un proceso que es acompañado por la liberación de energía llamado Catabolismo. Otro proceso denominado Anabolismo o Síntesis, ocurre simultáneamente, donde parte de la materia orgánica se transforma en un nuevo material, el Anabolismo es un proceso que consume energía y solamente es viable si el Catabolismo está ocurriendo para proporcionarle la energía necesaria para la síntesis celular. A continuación, se muestran en la Tabla 16 algunas características importantes en los tratamientos aerobios y anaerobios. 44

59 Tabla 16. Características de los Procesos Aerobio y Anaerobio Tratamiento Aerobio C 6 H 12 O O 2 6 CO 2 + 6H 2 O Gº = Kj/mol glucosa Mejor eficacia de eliminación Operatividad comprobada 50% del Carbono C, es convertido en CO 2, 40-50% es incorporado dentro de la biomasa 60% de la energía es almacenada en la nueva biomasa, 40% es transformada en calor Tratamiento Anaerobio C 6 H 12 O 6 3 CO CH 4 Gº = -393 Kj/mol glucosa Menor producción de lodos Menores costes de operación 90% es convertido en biogás; 10% es transformado en biomasa 90% de la energía es retirada como gas metano, 3-5% es transformada en calor, 5-7% es almacenada en biomasa No requiere energía Requiere elevada energía para aireación Limitaciones de cargas orgánicas Acepta altas cargas orgánicas Requiere adición de nutrientes Baja demanda de nutrientes Sensibilidad a economía de escala Demanda baja de área superficial Períodos de arranques cortos Largos períodos de arranques Tecnología establecida Tecnología reciente, aún bajo desarrollo para aplicaciones específicas Ocurren procesos catabólicos oxidativos Requiere la presencia de un oxidante de la materia orgánica El oxidante de la materia orgánica se introduce por la disolución de oxígeno atmosférico No hay presencia de oxígeno ni nitratos Ocurre una simbiosis entre los microorganismos Mayoritariamente actúan bacterias estrictamente anaerobias Utiliza la aireación mecánica El rango adecuado de ph está entre 6 y 8 Temperatura ideal 35-40º Temperatura ideal entre 15-35º Fuente: Elaboración Propia Desarrollo Histórico de la Digestión Anaerobia. 45

60 El proceso anaerobio ocurre en forma espontánea en la naturaleza para degradar la materia orgánica, produciendo, por ejemplo, el gas de los pantanos, el gas natural de yacimientos subterráneos o incluso el gas metabólico producido en el estómago de los rumiantes. En el siglo XVIII, Volta investigó e identificó el gas de los pantanos, Dalton, en 1804, estableció la composición química del metano (CH 4 ). Hasta mediados del siglo XIX no se tuvo certeza de la participación de organismos vivos unicelulares en el proceso, siendo Beauchamp, en 1868, quién estableció la presencia de microorganismos en los procesos de producción de metano. Pasteur descubrió que mediante la temperatura se podía favorecer el desarrollo de los microorganismos más interesantes. Propoff, en 1875, descubrió que la formación de biogás sólo se producía en condiciones anaerobias. En 1884, Pasteur investigó sobre la producción de biogás para la iluminación de las calles (Muñoz Valero et al., 1987). En la primera mitad del siglo XX se realizaron numerosas experiencias a escala de laboratorio y piloto, alcanzando una especial importancia durante la segunda guerra mundial debido a la escasez de combustibles. Con el fin de la guerra y la fácil disponibilidad de combustibles fósiles la mayoría de las instalaciones fueron cesando en su funcionamiento. En la India, a partir de la década de los 60, se impulsó notablemente la tecnología de producción de biogás a partir de estiércol bovino con el doble objetivo del aprovechamiento energético y mantenimiento de las propiedades fertilizantes. En China se ha fomentado, también, desde la década de los 70, la construcción de digestores, mediante programas de ámbito nacional. En los países industrializados la historia de la tecnología de biometanización ha sido diferente y el desarrollo ha estado motivado más por razones medioambientales que por razones energéticas, siendo un método clásico de estabilización de lodos activos residuales de estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas. A partir de la crisis energética del año 1973, y durante la década de los 80, volvió a adquirir importancia energética en exploraciones agropecuarias y agroindustriales. Con la caída de los precios del petróleo, a finales de los años ochenta, el interés por la tecnología de digestión anaerobia volvió a decaer, aunque en algunos países industrializados se han impulsado importantes programas de desarrollo de 46

61 plantas anaerobias a escala industrial, teniendo como objetivos principales la gestión de residuos, principalmente ganaderos, la estabilización e higienización de los mismos, y el fomento de las energías renovables, para disminuir la emisión neta de gases de efecto invernadero. El principal exponente en estos avances es Dinamarca, donde, en 1985, inició un programa de demostración y desarrollo con algunos entes del estado, en un esfuerzo en demostrar el potencial de grandes plantas de digestión anaerobia como productores de energía eléctrica. Así, para el año de 1997 se contabilizaron 19 grandes plantas que tratan conjuntamente residuos de origen industrial, residuos urbanos, lodos de depuración, entre otros, el aumento de esta tecnología a nivel mundial se ha ido incrementando, sobre todo en América Latina y el Caribe El Proceso de Digestión Anaerobia en las Aguas Residuales. La digestión anaerobia es un proceso biológico degradativo en el cual, parte de la materia orgánica contenida en un sustrato es convertida en una mezcla de gases, principalmente metano y dióxido de carbono, mediante la acción de un conjunto de microorganismos en ausencia de aceptores de electrones de carácter inorgánico (O 2, NO 3, SO 4 ). Frente a los procesos aerobios, los tratamientos anaerobios presentan muchas ventajas (ver tabla 16), entre las cuales está la no necesidad de aireación y la generación de un biogás que puede ser recuperado y utilizado en la misma planta con finalidades energéticas, permitiendo en muchos casos la autonomía o autosuficiencia de las plantas de tratamiento. Otro aspecto muy ventajoso es que la generación de lodos es menor, por lo que también se reducen costos en el tratamiento y vertido de fangos El proceso microbiológico y bioquímico de la digestión anaerobia. 47

62 La digestión anaerobia es un proceso muy complejo, tanto por el número de reacciones bioquímicas que tienen lugar, como por la cantidad de microorganismos involucrados en ellas. De hecho muchas de estas reacciones ocurren en forma simultánea. Los estudios bioquímicos y microbiológicos realizados hasta ahora, dividen el proceso de descomposición anaerobia de la materia orgánica en varias fases o etapas: a) Hidrólisis b) Etapa Fermentativa o Acidogénica c) Etapa Acetogénica d) Etapa Metanogénica La primera fase es la hidrólisis de partículas y moléculas complejas (proteínas, hidratos de carbono y lípidos), que son hidrolizados por enzimas extracelulares producidos por los microorganismos acidogénicos o fermentativos. Como resultado se producen compuestos solubles más sencillos (aminoácidos, azucares y ácidos grasos de cadena larga), que son fermentados por las bacterias acidogénicas dando lugar, principalmente, a ácidos grasos de cadena corta, alcoholes, hidrógeno, dióxido de carbono y otros productos intermedios. Los ácidos grasos de cadena corta son transformados en ácido acético, hidrógeno y dióxido de carbono, mediante la acción de microorganismos acetogénicos. Por último, los microorganismos metanogénicos producen metano a partir de acético, H 2 y CO 2. En la siguiente Figuras 6, 7 y 8, se muestran de manera esquemática y respectivamente las distintas fases del proceso de digestión anaerobia. Los microorganismos que intervienen en cada una de ellas y los productos intermedios generados. La Figura 6, corresponde al diagrama de flujo del sustrato, durante la degradación anaerobia, se muestra seguidamente. 48

63 Figura 6. Diagrama de Flujo del Sustrato 49

64 Fuente: Tratamiento Anaerobio de Aguas Residuales Figura 7. Esquema Ruta Degradación Anaerobia. 50

65 Fuente: Hidrólisis (Bacterias Acidogénicas) Fermentación (Bacterias Acidogénicas) Metanogénesis (Bacterias Metanogénicas) Figura 8. Esquema simplificado de las distintas fases del proceso Anaerobio. Fuente: Seco Torrecillas, Aurora Tratamiento Biológico de Aguas Residuales. México. Alfa Omega. U.P. de Valencia. España. 51

66 Descripción de las Fases del Proceso Anaerobio. La biodigestión anaerobia se produce en cuatro etapas, en las que intervienen una gran variedad de bacterias facultativas y anaerobias estrictas, las cuales utilizan en forma secuencial los productos metabólicos generados por cada grupo de bacterias La digestión anaerobia de la materia orgánica involucra tres grandes grupos tróficos y cuatro etapas o fases de transformación, seguidamente se muestra la Tabla 17 como complemento de esta descripción. Tabla 17. Fases, Bacterias y Productos en la Biodigestión Anaerobia Fase del Proceso Anaerobio Bacterias que intervienen/ Grupo N 0 Hidrólisis Hidrolíticas Grupo I Acidogénesis Fermentativas Acidogénicas Grupo I Acetogénesis Homoacéticas Homoacetogénicas Grupo II Metanogénesi s Metanogénicas Acetoclásticas Hidrogenofílicas Grupo III Productos que generan Ácido acético, compuestos monocarbonados, ácidos grasos orgánicos y otros compuestos policarbonados. Hidrógeno Transforman una gran cantidad de compuestos monocarbonados y policarbonados en Ácido acético. Gas metano y Dióxido de carbono. Fuente: Elaboración Propia.. 52

67 Hidrólisis La materia orgánica polimérica no puede ser utilizada directamente por los microorganismos a menos que se hidrolicen en compuestos solubles, que puedan atravesar la membrana celular. La hidrólisis es, por tanto, la degradación de la materia orgánica en su estado natural o cruda. Esta materia orgánica está formada principalmente por polímeros de hidratos de carbono, prótidos y lípidos; y ocurre por la acción de exoenzimas secretadas por las bacterias, tal como se muestra en la siguiente reacción 1.1 C 6 H 10 O 5 NH 3 C 6 H 10 O 5 + NH 3 (1.1) En esta etapa los microorganismos hidrolizan los polímeros orgánicos, proteínas y lípidos en ácidos grasos, monosacáridos y aminoácidos tanto en la materia individual como la disuelta, estos procesos por lo general son más lentos que los de crecimiento biológico Acidogénesis. Durante la Acidogénesis, los productos de la hidrólisis son convertidos en ácidos orgánicos volátiles de cadena corta y alcoholes producto de la acción de endoenzimas, algunos de los ácidos más importantes que se forman son: ácido acético, propiónico y butírico. Solo el ácido acético da origen al 70% de la producción de metano. Las bacterias acetogènicas son las encargadas de la degradación de los ácidos grasos de cadena larga (productos de la primera etapa) como los ácidos palmíticos y esteáricos para su posterior transformación a ácido acético. Las bacterias facultativas involucradas en esta etapa son muy importantes no sólo porque producen los nutrientes, para los productos de metano, sino que además remueven cualquier traza de oxígeno disuelto que quede en el material orgánico motivado a que las bacterias que actúan en la etapa siguiente son anaerobias. Las proporciones entre los productos de la fermentación varían en función del consumo de H 2 por parte de las bacterias que lo utilizan. Este proceso contempla la fermentación de carbohidratos solubles y aminoácidos, cuya finalidad es la producción de ácido acético. 53

68 Fermentación de Carbohidratos Solubles. La ruta de la degradación de la glucosa (C 6 H 12 O 6 ), en los sistemas anaerobios proporciona como principales productos ácidos grasos, H 2 y CO 2. La fermentación de azúcares se realiza por diversos tipos de microorganismos, siguiendo diferentes rutas metabólicas, en función del organismo responsable, y obteniendo productos finales diferentes. Los principales microorganismos son los que producen butírico o butanol, básicamente del genero Clostridium, que convierte la glucosa y algunos aminoácidos en ácido butírico, acético, CO 2 e H 2. Las cantidades o proporciones de los diferentes productos se modifican por la duración y las condiciones de la fermentación, siendo el butírico y el acético los productos de mayor proporción siempre y cuando el ph se mantenga alcalino Fermentación de Aminoácidos. Los productos principales en esta fermentación de aminoácidos y de otras moléculas nitrogenadas son ácidos grasos de cadena corta, succínicos, aminovalérico e H 2. Esta fermentación se considera un proceso rápido y en general, no limita la velocidad de degradación de los compuestos proteínicos. Algunos organismos del género Clostridium pueden fermentar aminoácidos. Siendo los productos finales de la oxidación NH 3, CO 2 y un ácido carboxílico con un átomo de carbono menos que el aminoácido oxidado. Producen n-butírico y ácido isobutírico, isovalérico, caproico, sulfuro de hidrógeno, metilmercaptano, cadaverina, putrescina (en función del tipo de aminoácido de origen), tal como se muestra en la siguiente reacción 1.2 Acidogénesis: Reacción (1.2) C 6 H 10 O 6 + NH 3 C 5 H 7 O 2 N + CH 3 COOH + CH 3 CH 2 COOH + CH 3 CH 2 CH 2 COOH + CO 2 + H 2 O 54

69 Acetogénesis. Mientras que algunos productos de la fermentación pueden ser metabolizados directamente por los organismos metanogénicos (H 2 S y acetato), otros (valeriato, butirato, propionato, algunos aminoácidos, entre otros) necesitan ser transformados en productos más sencillos, acetato e hidrógeno, a través de las bacterias acetogénicas, tal como se muestra en las reacciones 1.3 y Acetogénesis Propiónica. Reacción (1.3) CH 3 CH 2 COOH + NH 3 + H 2 O C 5 H 7 O 2 N + CH 3 COOH + CH 4 + CO Acetogénesis Butírica. Reacción (1.4) CH 3 CH 2 CH 2 COOH + NH 3 + H2O + CO 2 C 5 H 7 O 2 N + CH 3 COOH + CH 4 Existe un tipo especial de microorganismos de tipo acetogénicos, llamados homoacetogénicos, los cuales consumen hidrógeno y dióxido de carbono, y producen acetato. Las principales bacterias son Acetobacterium woodi o Clostridium acetum. Este tipo de bacterias tienen la capacidad de crecer de forma heterotrófica en azúcares, forma contraria a los metanogénicos, siendo más semejantes a los fermentativos que a los metanogénicos, a pesar de que utilizan iguales sustratos Metanogénesis. En esta etapa los ácidos orgánicos simples, los cuales fueron producidos en la etapa anterior, son transformados, por la acción de las bacterias Metanogénicas, en sustratos para la descomposición, estabilización y producción de metano CH 4 y anhídrido carbónico CO 2, tal como se muestra en la reacción

70 Reacción (1.5) CH 3 COOH + NH 3 C 5 H 7 O 2 N + CH 4 + CO 2 + H 2 O Las bacterias metanogénicas generan metano CH 4, a partir de los sustratos monocarbonados o con dos átomos de carbono unidos por un enlace de tipo covalente: acetato, H 2, CO 2, metanol, formato y algunas metilaminas Mecanismo de formación del Metano, CH4. Reacción (1.6), a partir de etanol 2 CH 3 CH 2 OH + CO 2 2 CH 3 COOH + CH 4 Reacción (1.7), a partir de hidrógeno y dióxido de carbono 4 H 2 + CO 2 CH H 2 O El metano CH 4 se produce por la reducción del anhídrido carbónico CO 2, tal como se muestran en las reacciones 1.8 a la 1.14: CO H 2 O 3 CO 2 + CH 4 (1.8) CO H 2 CH H 2 O (1.9) CO + 3 H 2 CH 4 + H 2 O (1.10) C 2 H H 2 O CH 3 COOH + CO 2 + H 2 O (1.11) CO H* CH H 2 O (1.12) 4 C 2 H 5 COOH + 2 H 2 O 4 CH 3 COOH + CO CH 4 (1.13) 56

71 CH 3 COOH CH 4 + CO 2 (1.14) La concentración de hidrógeno en esta etapa del proceso es de gran importancia, debido, a que permite controlar la cantidad de los productos que se generan en las etapas anteriores a la Metanogénesis. Cuando la cantidad de hidrógeno, H 2, aumenta motivado a una sobrecarga orgánica o una variación del tiempo de retención, se tiende a producir metano a partir del ácido propiónico o butírico y no a partir de ácido acético que es el proceso normal de obtención. Los microorganismos metanogénicos requieren de condiciones estrictamente anaerobias. Esta ausencia de oxígeno O 2 requerida, es asegurada por las bacterias acidogénicas que además suministran los nutrientes básicos, motivado a la acción de sus enzimas sobre proteínas y aminoácidos liberando sales de amonio, siendo ésta la única fuente de nitrógeno aceptada por las bacteria productoras de metano CH 4. De tal manera, que podemos afirmar que la mineralización de la materia orgánica por un sistema microbiológico mixto en condiciones fuertemente reductoras se denomina digestión anaerobia. El desarrollo de las bacterias anaerobias se establece cuando las bacterias son incapaces de alimentarse del material orgánico presente en el agua a tratar, por lo que se deben romper los polímeros por medio de enzimas extracelulares a polímeros solubles o monómeros como el azúcar, aminoácidos y grasas superiores. Una vez realizado ese proceso, los monómeros son utilizados por los organismos para realizar sus funciones vitales. La reacción en general se resume de la siguiente manera: En la siguiente Tabla 18, se exponen las bacterias que forman parte de la digestión anaerobia. 57

72 Tabla 18. Clasificación de las Bacterias Anaerobias para el Tratamiento de Aguas Residuales Nombre de las Bacterias Ejemplos y Funciones Características Hidrolíticas Clostridium, Proteus, Bacteroides, Bacillus, Vibrio, Acetovibrio y Staphynococcus. Rompen los enlaces complejos de las proteínas, celulosa, liquína o lípidos en monómeros o moléculas como aminoácidos, glucosa, ácidos grasos y glicerol. Fermentativas Clostridium, Lactobacillus, Escherichia, Acidogénicas Bacillus, Pseudonomas, Desulfovibrio y Sarcina. Convierten azúcares, aminoácidos y lípidos en ácidos orgánicos (propiónico, fórmico, láctico, butírico o succínico), alcoholes (etanol, metanol, glicerol), cetonas, acetonas, acetato, CO 2 e Hidrógeno H 2. Acetogénicas Son bacterias sintróficas (literalmente que comen juntas ), es decir, solo se desarrollan como productoras de hidrógeno H 2 junto a otras bacterias consumidoras de las mismas, entre ellas se tiene: Syntrophobacter Wolini la Acetogénicas cual oxida el Propianato y Syntrophomona Wolfei que oxidan los ácidos grasos con 4 a 8 átomos de carbono en su estructura molecular. Metanógenas o Metanogénicas Gran positivas con Gran negativas las cuales se dividen respectivamente en: a) Metanógenas Hidrogenotroficos utilizan el hidrógeno para la reacción : CO H 2 CH 4 + 2H 2 O b) Metanógenas Acetotróficas que utilizan el ácido acético para la reacción: CH 3 COOH CH 4 + CO 2 Fuente: es.scribd.com Tratamiento Anaerobio para Aguas Residuales. 58

73 Los beneficios y limitaciones del tratamiento anaerobio se muestran en la siguiente Tabla 19. Tabla 19. Beneficios y limitaciones del Tratamiento Anaerobio Beneficios Limitaciones 1. Ahorro considerable de operación, no requiere energía para aireación, se produce energía en forma de metano. 2. El proceso soporta altas cargas hidráulicas y orgánicas, se reducen las etapas de posttratamiento. 3. La tecnología es de simple construcción y operación, tecnología de bajos costes. 4. Los sistemas pueden ser aplicados en cualquier lugar y a cualquier escala, ya que la energía requerida es mínima 5. La producción de lodo en exceso es baja, el lodo está bien estabilizado y es de fácil secado, lo que evita el posttratamiento de lodo. 6. Los nutrientes disponibles Nitrógeno y Fósforo son conservados, lo que proporciona un alto potencial para el regadío y acuicultura. 1. Las bacterias anaerobias (particularmente las metanogénicas) son muy susceptibles de inhibición por un gran número de compuestos. 2. Si no se cuenta con lodo adaptado, el proceso de puesta en marcha es relativamente lento. 3. El efluente procedente de la digestión anaerobia normalmente requiere de un adecuado post-tratamiento para cumplir con los límites del vertido 4. Una cantidad considerable de biogás producido, metano y sulfuro de hidrógeno permanece en el efluente, especialmente para aguas residuales de baja carga. 5. Tecnología establecida en los climas tropicales, actualmente se desarrolla el proceso para ambientes cuyas temperaturas sean inferiores a 20º. Fuente: Ortega Marti, Nuria Estudio del proceso de digestión Anaerobia para optimizar la recuperación de fósforo EDAR S. 59

74 En la siguiente Tabla 20, se pueden observar los distintos factores que afectan el tratamiento de las aguas residuales. Tabla 20. Factores que afectan el tratamiento de las aguas residuales. Factores Efectos Variación de la carga y el flujo de Baja calidad del efluente. agua residual. Operaciones a baja temperatura. Bajo crecimiento bacteriano, baja actividad Metanogénica, hidrólisis baja y aumento de la solubilidad de los gases. -2 Sulfatos (SO 4 ) Inhibición de la etapa Metanogénica, poca producción de gas metano CH 4. Concentración de sólidos totales y sólidos volátiles. Baja hidrólisis y transferencia de materia, reducción de la actividad Metanogénica y la desintegración de gránulos. Inhibe la actividad enzimática. ph Bacterias Tipo: Rango de ph Ideal: Hidrolíticas ph 7,2-7,4 Acidogénicas ph 5,9-6,1 Acetogénicas ph 6,5-7,5 Metanogénicas ph 6,5-7,5 Fuente: Gamiz Aguilar, M Tecnología sostenible para la gestión de Residuos en Ventanilla. Aprovechamiento del Biogás Reactor Anaerobio. Un reactor químico es un equipo en cuyo interior tiene lugar una reacción química, estando éste diseñado para maximizar la conversión y la selectividad de la misma con el menor costo posible. Si la reacción química es catalizada por una enzima o por el organismo que la contiene, se habla de biorreactores, es decir, el reactor anaerobio consiste, en un equipo donde se lleva a cabo un proceso bacteriano que se realiza en ausencia de oxígeno. 60

75 El proceso puede ser la digestión termofílica, en el cual el lodo se fermenta en un tanque a una temperatura de 55ºC o mesofílica, en la cual el proceso transcurre a una temperatura alrededor de los 36ºC. En el reactor anaerobio se genera Biogás, el cual está conformado por una parte elevada de gas metano que puede ser utilizado para la producción de energía en la planta de tratamiento de aguas residuales. La velocidad de carga orgánica máxima de un proceso anaerobio está limitada por el tiempo de retención y por la actividad de los microorganismos implicados en los mecanismos bioquímicos de degradación de la materia orgánica. Puesto que las bacterias formadoras de metano tienen una velocidad de crecimiento baja, la retención de la biomasa activa es la clave de la operación de los reactores anaerobios avanzados, que permitan operar con bajos tiempos de retención hidráulicos (TRH) y elevados tiempos de retención de sólidos (TRS). Todas las técnicas actualmente utilizadas se basan en la propiedad de las bacterias de formar flóculos por unión con otras bacterias, o de adherirse sobre superficies sólidas. En este sentido, las técnicas de retención de los microorganismos, puede conseguirse un comportamiento óptimo mediante: a) Sedimentación interna. b) Sedimentación externa y recirculación. c) Inmovilización sobre superficies sólidas. Con respecto a la actividad de los microorganismos, puede conseguirse un comportamiento óptimo mediante: c.1) Eliminación de depósitos de material inerte. La mayor parte de las aguas residuales contienen sólidos inertes no degradables cuya acumulación en el digestor (reactor biológico), hace descender la concentración de la biomasa activa c.2) Disminución de las limitaciones relacionadas con el fenómeno de difusión. La actividad de los microorganismos puede estar limitada por la difusión del sustrato. La difusión interna, a través de la capa de micro-organismos que forma flóculos o películas adherida, se facilita utilizando espesores de biocapa inferiores a 1 mm. 61

76 c.3) Aplicando el proceso en varias etapas Tipos de Reactores para el tratamiento de aguas residuales. a) Reactores Multietapas con Biomasa no Soportada.. Reactores sin calentamiento y sin mezcla..reactores sin mezcla continua (C.S.T.R.)..Reactor primario + secundario..reactor de contacto..reactor de lecho suspendido (U.A.S.B.). b) Reactores Monoetapa con Biomasa Soportada..Filtro anaerobio..contador biológico rotativo anaerobio (An.R.B.C.)..Reactor de contacto con material de soporte (CASBER)..Reactores híbridos..reactores de lecho móvil:..reactor de lecho expandido (A.A.F.E.B.)...Reactor de lecho fluidizado (A.A.F.F.B.). c) Reactores Multietapas..Reactores en paralelo..reactores en serie..reactores con separación de fases. Observación: Cada uno de los tipos de reactores antes mencionados, tienen y poseen su actividad específica, no especificaremos las propiedades de cada uno de ellos por considerarlo extensivo al marco teórico, para mayor información visite las referencias relacionadas que se mencionan al respecto, en el presente proyecto se ha seleccionado el reactor U.A.S.B., del inglés Upflow Anaerobic 62

77 Slude Blanket, o reactor anaeróbico de flujo ascendente y manto de lodos, por sus características y propiedades que serán descritas más adelante. Seguidamente se muestra en la Tabla 21, algunos soportes utilizados como inmovilizadores de la biomasa y distribuidores de flujos en los reactores anaerobios. Tabla 21. Soportes para la Biomasa en Reactores Anaerobios. Materiales Naturales Materiales Artificiales Fragmentos de arcilla Zeolita. Algas calcáreas. Conchas de mejillones. Anillos y esferas de cerámica. Tubos plásticos y corrugados. Alambre de acero o hilos de plástico. Goma o caucho de automóviles. Piedras comunes. Grava, entre 4-7 cm de tamaño. Bambú. Cascara de corteza de coco. Fuente: Ing. Hernández Gan, José Joaquín Reactores Anaerobios Tipo U.A.S.B. El primer trabajo publicado de un reactor de lecho suspendido data del año de 1910 y se le denominó tanque biolítico, con tiempos hidráulicos de retención (THR) de 8,5 horas. Posteriormente, un nuevo invento se llevó a cabo en el año 1957, que consistió en un lecho suspendido con un separador interno sólidolíquido, seguido de un filtro anaerobio. El reactor U.A.S.B., fue desarrollado en Holanda por el Dr. Gazte Lettinga y sus Colaboradores en la Universidad de Wageningen en Holanda a mediados de los años 70, y se aplicó por primera vez a escala industrial en una industria azucarera en Alemania. La abreviación U.A.S.B., se define como Upflow Anaerobic Slude Blanket o Reactor Anaerobio de Manto de Lodo de Flujo Ascendente, esta tecnología es aplicada especialmente al tratamiento de aguas residuales con alto contenido de materia orgánica. 63

78 Las condiciones de operación y puesta en marcha de un reactor U.A.S.B., se originaron por las investigaciones que realizaron el Dr. Lettinga y sus colaboradores, los cuales descubrieron que el reactor U.A.S.B., podría procesar altas cargas, una vez que el lodo estuviera formado. Sin embargo, también encontraron que los gránulos no se formaban con cualquier tipo de efluentes, a una velocidad apreciable. En general una puesta en marcha del reactor U.A.S.B., en condiciones de temperatura de 20ºC puede llevar entre 2 a 3 semanas. En el peor de los casos, la duración puede extenderse entre 3 y 4 meses. La carga hidráulica de la puesta en marcha es siempre un 50% de la carga hidráulica del diseño, y recién se alcanza el valor de la carga de diseño se puede considerar que se ha finalizado la operación de puesta en marcha. El tiempo de retención hidráulico o TRH, debe ser adecuado para que las bacterias filamentosas y no colonizadoras sean arrastradas fuera del reactor, especialmente durante la puesta en marcha. La alimentación generalmente requiere un ph mayor a 5,5 y una alcalinidad suficiente para mantener un ph estable a lo largo de toda la operación. La temperatura del efluente debe ser mayor a 5ºC para que no afecte e impida la etapa de la Hidrólisis. Para que los organismos sobrevivan, debe mantenerse una proporción de DQO: Nitrógeno: Fósforo de 5:1. Para mantener estos valores pueden agregarse compuestos químicos como el NH 4 H 2 PO 4, KH 2 PO 4, (NH 4 ) 2 CO 2 entre otros. Los sólidos suspendidos (SS) pueden afectar el proceso anaerobio de muchas maneras:.formación de espumas por la presencia de agentes con propiedades espumantes, como grasas y lípidos..obstrucción y retardo en la formación de barros granulares..entrampado de lodo granular en una capa de materia insoluble y consecuente desintegración de los gránulos..arrastre de lodos fuera del reactor..caída de la actividad Metanogénica debido a la acumulación de SS. Por lo tanto, la concentración de SS en la alimentación al reactor no debería exceder los 500 mg/l. En las etapas 2 y 3, de Acidogénesis y Acetogénesis el ph se reduce, y la capacidad de buffer o regulación del efluente debe ser ajustada para una alcalinidad equivalente a mg/l de CaCO 3. 64

79 Para efluentes solubles, la agitación que genera el Biogás producido es suficiente para asegurar un adecuado contacto entre los lodos y el sustrato a tratar. Tensiones hidráulicas en el reactor pueden causar pérdidas y arrastre de los gránulos: es importante el parámetro de la velocidad superficial del líquido en flujo ascendente. Este parámetro debe ser de alrededor de 1m/hora. Velocidades muy altas causan arrastres de los gránulos, pero velocidades muy bajas hacen que se produzca una gran gota de gas, entre los gránulos, que eventualmente puede encapsularlos y luego arrastrarlos. La operación de los reactores U.A.S.B., se basa en la actividad auto-regulada de diferentes grupos de bacterias que degradan la materia orgánica y se desarrollan en forma interactiva, formando un lodo o barro biológicamente activo en el reactor. Dichos grupos bacterianos establecen entre sí relaciones simbióticas de alta eficiencia metabólica bajo la forma de gránulos cuya densidad les permite sedimentar en el digestor. La biomasa permanece en el reactor sin necesidad de soporte adicional. El afluente o influente, es alimentado por la base o fondo del reactor, donde se pone en contacto directo con el lodo; la degradación anaerobia de los sustratos orgánicos ocurre en el lecho del lodo, lugar donde se produce el Biogás, es decir, tanto la acidificación como la Metanogénesis ocurren en el reactor U.A.S.B. El flujo combinado ascendente de las aguas residuales, puede hacer que algunos de los sólidos del lodo alcancen la parte superior del reactor, allí un separador trifásico gas-sólido-líquido, impide la salida de estos sólidos del reactor, separándolos de la fase gaseosa producida y del efluente líquido. El Biogás es captado en la parte inferior de la campana y es conducido a la parte superior del reactor, para luego ser dirigido a un posible almacenamiento. Algunos sólidos son arrastrados con el agua hacia el sedimentador, el cual se encuentra situado encima de la campana de gas, lugar donde estos sólidos sedimentan y regresan al manto de lodo el cual se encuentra ubicado en la parte inferior del reactor. El efluente es dirigido por un canal en la parte superior del reactor, donde se continúa el proceso de tratamiento. En otras palabras, la corriente de aguas residuales se distribuye en el reactor U.A.S.B., a través de la entrada inferior o entrada de afluentes, luego circula en flujo ascendente por medio de un lecho de lodos donde los microorganismos se ponen en contacto con las sustancias a degradar de la corriente. Este lecho de lodo está constituido de microorganismos que generalmente tienden a formar gránulos o pellets con un diámetro entre 0,5 a 2,0 milímetros. Estos gránulos tienen una alta velocidad de sedimentación y gracias a esto pueden resistir el flujo de corriente del sistema, aunque la carga hidráulica sea alta. 65

80 El movimiento ascendente de las burbujas del Biogás producida, causa turbulencia hidráulica, lo cual suministra agitación al reactor, de esta manera la agitación mecánica no es requerida. En la parte superior del reactor la fase líquida es separada de los sólidos y del gas, por un separador de tres fases. Este separador generalmente tiene forma de embudo por donde asciende el gas, con deflectores de flujos previos a la entrada. Esta separación es de suma importancia porque previene que el efluente vuelva a contaminarse. En la figura 8, se muestran los detalles del reactor U.A.S.B Ventajas y Desventajas de un Reactor Tipo U.A.S.B. Seguidamente se muestran estas características del reactor de flujo ascendente y manto de lodo, conocido como reactor U.A.S.B. Tabla 22. Ventajas y Desventajas de un Reactor Tipo U.A.S.B. Ventajas Desventajas a) Baja producción de lodos. b) Bajos requerimientos nutricionales. c) El proceso puede manejarse con altas intermitentes d) Los lodos se conservan (sin alimentación) por largos períodos de tiempo e) Generación de gas metano aprovechable. f) Bajos costos operativos al no necesitar oxígeno. g) Costos de inversión bajos h) La fermentación ácida y metánica, así como la sedimentación se producen en el mismo reactor. i) Plantas compactas. j) No requiere rellenos, se reduce la posibilidad de cortos circuitos, a) Las bacterias anaerobias (particularmente las metanogénicas) se inhiben por un gran número de compuestos. b) El arranque del proceso es lento. c) La aplicación requiere monitoreo. d) Puede requerir ajustes a la salida del efluente. e) Generación de malos olores si no hay control del reactor. 66

81 obstrucciones. k) Bajo consumo de potencia, ya que el reactor no requiere agitación mecánica. l) La retención de la Biomasa es excelente, lo que no amerita el reciclaje del lodo. Fuente: Caicedo Messa, Francisco Javier Diseño Reactor U.A.S.B. Seguidamente se muestra en la siguiente figura 9, un bosquejo de un reactor tipo U.A.S.B. Biogás Fases de 0 O Efluente Separación 0 o o (gas, líquido y sólido) 0 0 O 0 0 O O 0 O Flujo o O 0 Manto de Afluente O lodos O 0 0 O 67

82 Figura 9. Reactor Tipo U.A.S.B. Fuente: Elaboración Propia Parámetros de Seguimiento en un Reactor U.A.S.B. La operación de un reactor U.A.S.B., está fundamentada en el control de varios parámetros o variables. Parámetros que se relacionan con el agua residual, el lodo, el reactor, el contacto del agua residual con el lodo y la forma como esté distribuido el reactor. Dentro de estos parámetros necesarios para el control de la operación del sistema U.A.S.B., tenemos: a) Temperatura b) ph c) Ácidos Grasos Volátiles (AGV) d) Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) e) Demanda Química de Oxígeno (DQO) f) Alcalinidad g) Sólidos Parroquia Naiguatá. De acuerdo con el Instituto Geográfico de Venezuela Simón Bolívar (IGVSB), la extensión del territorio de la parroquia es de 304,4 Km 2, lo cual representa el 68

83 20,30% del total del estado Vargas cuya extensión ya indicada anteriormente es de Km Sectores que conforman la parroquia de Naiguatá y su población actual. La parroquia Naiguatá fue fundada el 04 de octubre de 1710, dándosele el nombre de pueblo de San Francisco de Asís de Naiguatá. Debe su nombre de Naiguatá, al Cacique Naiguatá. Así como la parroquia Naiguatá es una de las once (11), parroquias que conforman el estado Vargas, ésta a su vez, está conformada por quince (15), sectores, de los cuales cinco (5) de estos sectores no están incluidos en el presente diseño y proyecto por estar los mismos lejos de la población de Naiguatá, donde sus aguas residuales generadas se vierten al mar, seguidamente en la Tabla 23, se muestran los sectores incluidos y no incluidos en el sistema de depuración de las aguas residuales: Tabla 23. Sectores incluidos y no incluidos relacionados con el tratamiento de Aguas Residuales en la población de Naiguatá a Parroqui Naiguatá Sectores Incluidos para el tratamiento de las aguas residuales..casco Central(Pueblo Abajo).Barrio San Antonio(Parte Baja I y Parte Alta II).Pueblo Arriba.El Estanque.Cerro Colorado.Las Tucacas.Las Casitas.El Estadium.Longa España Sectores no incluidos para el tratamiento de las aguas residuales.valle Verde(El Tigrillo).Punta Care.Anare.Quebrada Seca.Los Caracas 69

84 Fuente: Instituto Nacional de Estadística (I.N.E.), República Bolivariana de Venezuela. Basados en el XIV Censo Nacional de Población y Vivienda de 2011, con fecha 30 de octubre el número de habitantes es de , el cual representa el 5,1% de la población del estado Vargas, para el Censo de 2001 la población era de representando el 4,9% de la población que conformaba el estado Vargas en dicha fecha. En cuanto a los aspectos ambientales y sociales de la población de Naiguatá, estos se convierten en factores primordiales de estudios para los proyectos que se vayan a realizar en dicha población, dentro de ellos tenemos algunos de ellos que se muestran en la Tabla 24. Tabla 24. Aspectos Ambientales de la parroquia Naiguatá Aspecto Ambiental Características Alturas hasta m.s.n.m Relieve Elevaciones tipos alpinos y plegadas, accidentado Pendientes promedio 40 a 50 %..Temperatura media 28 C con variación entre C en las cumbres del relieve montañoso..precipitaciones promedios 1057,1 mm., anuales en la franja costera Clima.Períodos lluviosos noviembre y diciembre con descargas de un 34,3% de las lluvias anuales, con un repunte de precipitaciones entre los meses de julio y agosto con una descarga de 20,7% del total de lluvias 70

85 Vegetación Hidrografía Amenaza Sísmica Geología anuales..bosque tropófilo entre m.s.n.m*..arbustales xerófilos (cují, dividivi, Araguaney, indio desnudo, ceiba, jabillo, caoba, cedro, samán, apamate, saquísaqui, jobo entre otros. Ríos con caudales considerados tales como el Naiguatá y Uría cuyos caudales han llegado a presentar alto riesgo a la población de Naiguatá, debidos a las construcciones de viviendas en sus linderos. Influencia de la falla de San Sebastián, se encuentra ubicada dentro de la zona 4, que representa alta sismicidad de acuerdo a FUNVISIS. Formación mesozoico metarmofizado Fuente: Informe Geoambiental Estado Vargas * m.s.n.m. (metros sobre el nivel del mar). Dentro de los sociales tenemos la Conexión Vial: La local Dos (02), es el eje vial principal, se denomina Av. Principal de Naiguatá a su paso por la localidad capital se extiende regularmente hacia la población de Camurí Grande y Los Caracas. La estructura urbana en Naiguatá presenta una organización reticular desde la Av. Balneario (línea de costa y colector local) y se extiende hasta la Av. Principal a los 20 m.s.n.m al pie del relieve montañoso, iniciándose los desarrollos no controlados hasta la cota 110 m.s.n.m (vertientes del río Naiguatá y del río Uría). En cuanto al abastecimiento de Agua Potable y la disposición de las Aguas residuales en la población de Naiguatá, se puede mencionar lo siguiente: 71

86 .La fuente primaria de abastecimiento de agua cruda para potabilizarla se realiza del dique sobre el río Naiguatá, trasladando estas aguas hasta la Planta de Tratamiento Naiguatá perteneciente a la Hidrológica Hidrocapital, la cual tiene una capacidad de 500 lt/seg. Seguidamente se muestra en la Figura 10, la planta de tratamiento de agua cruda a potable situada en la población de Naiguatá: Figura 10. Planta de Tratamiento en la población de Naiguatá, Edo. Vargas. Fuente: disposición final de las aguas residuales se realiza mediante los colectores de los sectores que conforman a la población algunos de ellos consolidados, que se conectan a una Estación de Bombeo en la misma población, la cual descarga estas aguas residuales a unos 500 metros mar adentro, los sectores no consolidados que representan un 24% del total de las viviendas, utilizan como colectores al río Naiguatá y los drenajes de las aguas de lluvia, los cuales drenan de manera libre al mar Estructura y Equipos que se proponen para el Diseño de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales. 72

87 El diseño eficiente y económico de una planta de tratamiento de aguas residuales requiere de un cuidadoso estudio basado en aspectos, tales como: el caudal del afluente (m 3 /seg), uso final de las aguas tratadas o efluentes, área disponible para la instalación, la viabilidad económica, características meteorológicas (clima, precipitaciones). En tal sentido, teniendo en mente que la solución tecnológica más adecuada es aquella que optimiza la eficiencia técnica en la forma más simple y menos costosa, la tecnología a emplear debe hacer uso de los recursos humanos y materiales disponibles en nuestro país. Asimismo, es necesario indicar que la selección de los procesos y/o el tipo de planta de tratamiento de aguas residuales a diseñar o proyectar, serán diferentes, ya que cada caso es específico. Sin embargo, el proceso usual o común para el tratamiento de aguas residuales domésticas e industriales se puede dividir en las siguientes etapas: a) Pre-Tratamiento. b) Tratamiento Primario o Físico. c) Tratamiento Secundario o Biológico. d) Tratamiento Terciario que normalmente implica procesos de tratamientos biológicos, físicos y químicos. a) Pre-Tratamiento. Esta etapa no afecta la materia orgánica contenida en el agua residual. La finalidad de este pre-tratamiento, es la eliminación de materias gruesas, cuerpos gruesos y arenosos cuya presencia en el efluente afectaría, perturbaría el tratamiento desde el inicio hasta la etapa final, así como el funcionamiento de los equipos, maquinas e instalaciones de la planta de tratamiento de aguas residuales. En el pre-tratamiento se efectúa un desbaste o cribado, para la eliminación de las sustancias de tamaño excesivo y un tamizado para la eliminación de las partículas en suspensión. Un desarenado, con el fin de eliminar las arenas y otras sustancias sólidas densas en suspensión y un desengrasado para la eliminación de los aceites y grasas presentes en el agua residual, así como elementos flotantes. b) Tratamiento Primario o Físico. 73

88 Este tratamiento que reciben las aguas residuales consiste principalmente en la remoción de sólidos suspendidos floculentos, lo cual se realiza por sedimentación o floculación, en la neutralización de la acidez o la alcalinidad excesiva, así como en la remoción de compuestos inorgánicos mediante la precipitación química. En algunos casos se puede utilizar la coagulación como una forma auxiliar de la sedimentación. Asimismo, se tiene la sedimentación primaria, que es uno de los procesos más utilizados en los sistemas de tratamiento de aguas residuales, como un tratamiento previo al tratamiento biológico, de esta manera se reduce la carga para el tratamiento biológico. El objetivo principal de la sedimentación primaria es el de remover de las aguas residuales todas aquellas fracciones de sólidos que pueden ser sedimentables, además de la carga orgánica asociada con dichos sólidos. La base o criterio práctico de diseño es la carga superficial, la cual usualmente se expresa en términos de m 3 /día/m 2 o m 3 /hr/m 2, que es el resultado de dividir el caudal en m 3 /día o m 3 /hr por la superficie total del tanque de sedimentación en m 2. También se pueden utilizar además de tanques para la sedimentación o la floculación, los tanques Imhoff que son tanques característicos para los tratamientos primarios, incorporando en ellos la digestión de lodos en un compartimiento localizado en la parte inferior del tanque. c) Tratamiento Secundario. Su finalidad es la reducción de la materia orgánica presente en las aguas residuales una vez superadas las fases de pre-tratamiento y tratamiento primario. El tratamiento secundario o biológico ha sido diseñado, tomando como ejemplo el proceso biológico de autodepuración, que ocurre de manera natural. La aplicación de éste en las aguas residuales, previene la contaminación de los cuerpos de agua antes de ser descargadas en ellos. El tratamiento biológico es por tanto una oxidación de la materia orgánica biodegradable con la participación de bacterias, que se efectúa para acelerar un proceso natural y evitar posteriormente la presencia de contaminantes y la ausencia de oxígeno en los cuerpos de agua. La biomasa bacteriana puede estar soportada en un lecho fijo, como superficies inertes (rocas, escoria, material cerámico o plástico), o puede estar suspendida en el agua a tratar, siendo ésta de lecho móvil o de lecho fluidizado. d) Tratamiento Terciario 74

89 Los objetivos del tratamiento terciario son eliminar la carga orgánica remanente de un tratamiento secundario, eliminar microorganismos patógenos, eliminar color y olores indeseables, remover detergentes, fosfatos y nitratos residuales, que ocasionan espuma y eutrofización respectivamente. Dentro de éste tratamiento terciario, las opciones para el presente diseño son: La filtración con medios granulares para remover los sólidos suspendidos mediante el tamizado, sorción y descomposición biológica. Existen varios tipos tales como los filtros de arena lento, rápido, intermitente o recirculante..la oxidación química que se utiliza para la desinfección y control de olor..la adsorción de carbono activado para remover sólidos y material orgánico Proceso Global de Tratamiento para las Aguas Residuales. 75

90 Una vez que sean analizadas todas las características que definen el diseño para la planta de tratamiento de aguas residuales, se muestra a continuación en la Figura 9, las etapas que conformarán dicho tratamiento para las aguas residuales de la población de Naiguatá. Figura 11. Etapas consideradas para el Tratamiento de las Aguas Residuales. Fuente: Elaboración Propia. CAPÍTULO III 76

91 MARCO METODOLÓGICO La metodología del proyecto incluye el tipo de investigación, las técnicas y los procedimientos que serán utilizados para llevar a cabo la investigación, (Fidias G. Arias, 1999). 3.1 Nivel de Investigación. El proyecto para la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales empleando un proceso Biológico-Anaerobio en la población de Naiguatá, ubicada en el Estado Vargas, se realizará con una investigación de tipo Proyectiva, donde se darán a conocer y proponer una solución al vertido final de las aguas residuales generadas en la población antes indicada, lo cual implica explorar, descubrir y proponer alternativas de cambio a la grave situación que representan estos afluentes sobre el río Naiguatá y el medio ambiente costero-marino inmediato a sus costas, la propuesta del diseño no será ejecutada físicamente, solo su diseño reflejará la propuesta. 3.2 Diseño de la Investigación. El diseño de la investigación está referida a la estrategia que adopta el investigador para responder al problema planteado, en respuesta al diseño de la investigación, se adoptará una Investigación Documental o Bibliográfica, la cual estará aunada la Investigación no Experimental, la manipulación y el control de variables no serán consideradas en la misma. 3.3 Población y Muestra. Para el diseño de la planta, el área se determinará de acuerdo a los equipos que sean requeridos para el proceso anaerobio seleccionado, además de ello esta superficie seleccionada tiende a satisfacer el proyecto, por toda la extensión que representa un área de 300 m 2. En la siguientes Figuras 11 y 12, se muestran unas fotos aéreas del lugar donde se desea plasmar el proyecto, así como la ubicación actual de la Estación de Bombeo de Aguas Residuales en la actualidad. 77

92 Figura 12. Terreno para la ubicación de la Planta de Tratamiento de las Aguas Residuales, en la población de Naiguatá, Edo. Vargas. Fuente: Google Earth

93 Figura 13. Vista Aérea de la ubicación actual de la Estación de Bombeo de aguas residuales, en la población de Naiguatá, Edo. Vargas. Fuente: Google Earth

94 El Censo Poblacional y Vivienda efectuado por el Instituto Nacional de Estadística (I.N.E.), el pasado Septiembre del año 2011, constituye una fuente importante de información para los cálculos de proyecciones poblacionales efectuados por este ente gubernamental, así se podrá tener una idea de la exigencias del tratamiento de las aguas residuales generadas en la población de Naiguatá y la capacidad de procesamiento de estos afluentes en la planta de aguas residuales a proyectar. De igual manera, constituye una base de información el consumo de agua potable en la población de Naiguatá, y la relación entre estos consumos de aguas potable y las aguas residuales, así como la vida útil de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales y el crecimiento de la población Muestra. Tal como se indicó anteriormente, las muestras de aguas residuales constituyen el elemento de análisis para el diseño de la planta de aguas residuales, mediante los análisis físico-químicos, tales como Demanda Bioquímica de Oxígeno (D.B.O.), la Demanda Química de Oxígeno (D.Q.O.), como indicadores de la materia orgánica biodegradable y de la cantidad de oxígeno requerido para la oxidación química de la materia orgánica respectivamente, así como el ph, el porcentaje de sólidos contenidos en sus diferentes manifestaciones o tipos, la temperatura, contenido de Nitrógeno y Fosforo entre otros. Todos los datos anteriores, permitirán el desarrollo de diseño de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales, empleando el método biológico-anaerobio. Las muestras de aguas residuales las cuales son consideradas como referencias en las bibliografías a ser consultadas, se considerarán tomadas bajo estricto cumplimiento de la NORMA COVENIN , AGUAS NATURALES, INDUSTRIALES Y RESIDUALES, Guías para las Técnicas de Muestreo de Aguas Residuales. Primera Revisión FONDONORMA, 28 de Mayo de 2002, así como el cumplimiento de alguna otra Norma Nacional e Internacional debidamente evaluada y considerada como una fuente confiable en su todo. 80

95 3.4. Operacionalización de Variables. Tabla 25. Operacionalización de Variables. Problema Objetivos Específicos Determinar el área demográfica para la ubicación de la Planta de Tratamientos de Aguas Residuales. Cuantificar los volúmenes de los efluentes de aguas residuales que se producen en la población en períodos determinados. Proyecto de Planta de Aguas Residuales, empleando un Proceso Biológico- Anaerobio en la población de Naiguatá, Edo. Vargas. Realizar muestreo de aguas residuales que recibe la Estación de Bombeo Determinar los equipos o componentes del proceso de digestión anaerobio. Determinar usos de las aguas residuales tratadas en el proceso. Variables Dimensiones Indicadores Área geográfica para la planta. Volúmenes de aguas residuales Muestras de aguas residuales. Equipos del proceso de digestión anaerobia. Usos de las aguas residuales tratadas. Área demográfica para la planta. Volúmenes de los efluentes de aguas residuales generados en la población. Características Biológicas y Físico-Químicas establecidas como patrones. Equipos del proceso para la digestión anaerobia. Usos posibles de las aguas residuales tratadas y desinfectadas. Terreno o superficie. Volúmenes de los caudales medio y máximo. Determinación de las características en base a valores establecidos. Equipos y componentes apropiados. Riego de jardines y descarga al mar. Fuente: Elaboración Propia. 81

96 3.5. Recursos Necesarios. a) Recursos Humanos: Pobladores u habitantes de la población de Naiguatá, así como trabajadores de la Hidrológica HIDRÓCAPITAL Técnicas de Análisis para el Proyecto de la PTAR. Motivado a que el proyecto contempla el uso de reactores anaerobios tipo U.A.S.B.; es decir, Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente con manto de lodos, (el cual fue desarrollado por el Dr. Lettinga y sus colegas), existen dos maneras para el diseño de un reactor U.A.S.B.; y la elección se realiza de acuerdo a la cantidad de DQO (Demanda Química de Oxígeno), presente en el efluente a tratar, estas dos maneras son: a) Si la carga de DQO es mayor o superior a 5000 mg/l, el diseño del reactor U.A.S.B.; debe estar fundamentado en el Ratio de la Carga Orgánica, (Organic Load Ratio), o LOR. b) Si la carga de DQO en la corriente es menor a 5000 mg/l, los cálculos deben basarse en la velocidad del flujo. 82

97 4.1 Análisis de los Resultados CAPÍTULO IV ANALÍSIS DE LOS RESULTADOS En el Capítulo III, referido al Marco Metodológico se especificó el nivel y el diseño de la investigación. Para proseguir con la consecución del presente Trabajo de Grado, las variables referidas a las condiciones y/o características de las aguas residuales, así como algunos valores de variables meteorológicas que se consideraran para el presente proyecto, son valores establecidos. Estos valores cuyas procedencia u orígenes son de fuentes secundarias, fundamentadas y con reconocimientos a nivel nacional e internacional, son variables con las características más comunes de las aguas residuales, así como de las condiciones meteorológicas de la zona. Generalmente, la mayor parte de las aguas residuales aproximadamente un 92%, son originadas en ámbitos domésticos e industriales, sin dejar de lado las de usos agrícolas y pluviales, estas últimas no dejan de tener importancia por los efectos contaminantes sobre el suelo, sus escurrimientos y el proceso de eutrofización que causan en los medios acuáticos. Los contaminantes presentes en las aguas residuales se clasifican en físicos, químicos y biológicos, los cuales forman una mezcla compleja de compuestos orgánicos e inorgánicos, por lo general no es posible obtener un análisis físico-químico-biológico de estas aguas de manera completa. Motivado a que la concentración así como la composición de las aguas residuales, experimentan variaciones con relación al tiempo, se muestran a continuación en la Tabla 27, las características más comunes que se utilizan para el diseño de plantas de tratamiento para aguas residuales, así como otras condiciones y registros poblacionales de la región: 83

98 Tabla 26. Características de las aguas residuales utilizadas para el proyecto de la PTAR. N 0 Característica (s). Unidad de medida Concentración Débil Media Alta o Fuerte 1 Sólidos totales (ST) mg/l Disueltos, totales (SDI) mg/l Fijos mg/l Volátiles mg/l Sólidos en suspensión (SS) mg/l Fijos mg/l Volátiles mg/l Sólidos sedimentables mg/l Demanda Bioquímica de Oxigeno, mg/l: 5 días, 20 0 C(DBO C) mg/l Carbono orgánico total (COT) mg/l Demanda Química de Oxigeno mg/l (DQO) 12 Nitrógeno( total en la forma N) mg/l Orgánico mg/l Amoníaco libre mg/l Nitritos mg/l Nitratos mg/l Fósforo (total en forma P) mg/l Orgánico mg/l Inorgánico mg/l Cloruros mg/l Sulfatos mg/l Alcalinidad como CaCO 3, mg/l Carbonato de Calcio 23 Grasas y aceites mg/l a Coliformes totales n o / 100 ml 10 6 a 100 a a 10 9 Fuente: Mercalf-Eddy (2003), Wasterwater Treatment, 3ra Edicion, Mac Graw Hill 84

99 4.2. Valores Medios de Variables Meteorológicas para la Cordillera de la Costa. Seguidamente se muestra en la Tabla 28, algunas variables meteorológicas cuya presencia influyen en las cantidades de lluvias en el estado Vargas: Tabla 27. Variables meteorológicas de la Cordillera de La Costa. Sistemas Fisiográficos. Cordillera de la Costa. Precipitación media anual (mm). Evaporación media anual (mm). Evapotranspiración potencial (mm). Temperatura media 0 C Temperatura máxima media C Temperatura mínima media C Humedad relativa media 75 (%). Humedad relativa mínima (%) Humedad relativa máxima (%) Insolación media diaria 5-7 (horas de sol) Radiación media diaria (calorías/cm) Viento: velocidad media 2-5 (Km/hr) Nubosidad (octavos) 4-6 Fuente: MARN-DGCH-Dirección de Hidrología y Meteorología, Ministerio del Poder Popular para el Ambiente,

100 4.3. Datos Poblacionales Del Censo Poblacional y de Vivienda efectuado por el Instituto Nacional de Estadística, (I.N.E.), de la República Bolivariana de Venezuela con fecha 30 de octubre de 2011, aunado a ello las estimaciones y proyecciones a largo plazo efectuadas por el Centro Latinoamericano y Caribeño de Demografía (CELADE), y la Comisión Económica para América Latina y del Caribe (CEPAL), se tiene que para el año de 2011,la población residente para el Estado Vargas era de habitantes, personas más de las registradas en el Censo Poblacional de Esto representa un crecimiento relativo del 18,4% y una tasa de crecimiento geométrica inter-anual de 1,7%. Comparando la cifra registrada para el Censo de 2011 con relación al Censo de 1961, se evidencia que la población se ha incrementado en 2,5 veces, al pasar de a habitantes. Seguidamente se muestra en las tablas 28 y 29 como referencia los registros de población y densidad demográfica para los Censos de 1873 a 2011, así como la distribución porcentual de la población según cada parroquia basadas en los Censos de 2001 y 2011: Tabla 28. Censos Poblacionales (1873 a 2011). República Bolivariana de Venezuela. Censo Población Densidad 1 Hab/Km (7 de Noviembre) , (27 de Abril) , (15 de Enero) , (1 de Enero) , (26 de Febrero) , (26 de Diciembre) , (7 de Diciembre) , (26 de Noviembre) , (26 de Febrero) , (2 de Noviembre) , (20 de Octubre) , (21 de Octubre) , ( 22 de Octubre) , (30 de Octubre) ,8 86

101 Fuente: Instituto Nacional de Estadística I.N.E. Tabla 29. Distribución porcentual de la población, según parroquia. Parroquias Censos Caraballeda 9,3 13,8 Carayaca 10,5 10,8 Caruao 1,8 1,9 Catia La Mar 27,8 24,1 El Junko 1,1 1,3 La Guaira 6,5 5,4 Macuto 4,8 5,8 Maiquetía 10,9 9,0 Naiguatá 4,8 5,2 Urimare 11,4 13,9 Carlos Soublette 11,1 8,8 Total= ,0 100,0 Fuente. Instituto Nacional de Estadística I.N.E. 87

102 4.4 Caudales del Influente y del Efluente de la población. Los caudales de los influentes y de los efluentes tanto para la planta de tratamiento de agua cruda para su conversión en agua potable, así como la generación de aguas residuales generadas por la población y las aguas de lluvias son valores obtenidos de fuentes primarias y secundarias, fundamentadas en valores medidos de manera real. En la siguiente Tabla 30, se muestran estos datos característicos: Tabla 30. Caudales de Influentes y Efluentes de la población de Naiguatá. Agua Tipo. Fuente u Origen Caudal Estimado lt/seg Entrada o alimentación a la Agua Cruda Río Naiguatá planta de tratamiento de agua potable, 500lt/seg Agua Potable Agua de Lluvias o Precipitaciones Pluviales. Planta de Tratamiento de Agua Potable Naiguatá Ciclo Hidrológico Caudal de salida de la Planta de Tratamiento de Agua Potable 400 lt/seg Precipitaciones media anual 600 a mm Observaciones Fuente de materia prima para la filial de la Hidrológica Hidrocapital Producción promedio mensual m 3 = lt = cm 3. Suministro de agua potable a las comunidades de Naiguatá, Camurí Grande, Caraballeda, Macuto, Palmar Este y Palmar Oeste, La Llanada, Tanaguarena. 1 mm de H 2 O de lluvia es igual a 1 litro H 2 O por m 2 1Lt H 2 O LLUVIA = 88

103 1lt/m 2 Fuente: Instituto Nacional de Meteorología e Hidrología República Bolivariana de Venezuela De la tabla anterior, existen dos valores que tienen mucha importancia para el diseño de la PTAR, como lo son el caudal de agua potable que aporta la Planta de Tratamiento de Agua Potable para la población de Naiguatá, así como las precipitaciones, asumiendo como un hecho que el alcantarillado público no debe estar conectado al sistema recolector de las aguas residuales. 4.5 Proyecciones de Población Basadas en el Censo de Seguidamente se muestra en la tabla N 0 31, las proyecciones de habitantes fundamentadas en el Censo de Población del año 2001, realizadas por el Instituto Nacional de Estadísticas, I.N.E. Tabla 31. Proyección de Población, parroquias estado Vargas. Parroquia Superficie (Km 2 ) Población (habitantes) Densidad (hab./m 2 ) Carlos Soublette ,1 Caruao ,9 Catia La Mar ,3 El Junko ,7 La Guaira ,0 Macuto ,6 Maiquetía ,3 Naiguatá * 60,9 Urímare ,1 Carayaca ,2 Fuente: I.N.E. *Número de habitantes como referencia proyecto de planta (PTAR). 89

104 CAPÍTULO V PROPUESTA 5.1 Base de partida para el proyecto. Este apartado es fundamental e importante para el proyecto de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales, así como el funcionamiento y operatividad los cuales estarán basados en las siguientes Normas: a) Norma para la Clasificación y Control de la Calidad de los Cuerpos de Aguas y Vertidos o Efluentes Líquidos. 11 de Octubre de b) Norma Venezolana 2709: 2002 COVENIN, Aguas Naturales, Industriales y Residuales. c) Normas Sanitarias de Calidad de Agua Potable, Gaceta Oficial N , con fecha 13 de Febrero de Localización de la PTAR. La localización de la planta para el tratamiento de las aguas residuales en la población de Naiguatá contemplará los siguientes principios o factores: a) Factores geográficos: basadas en las condiciones naturales del sector, tales como el clima, terreno u espacio disponible, las comunicaciones o vías de acceso. b) Factores institucionales: relacionados con los planes y estrategias de desarrollo por parte del gobierno local. c) Factores sociales: intrínsecos con la adaptación del proyecto al ambiente y a la comunidad en general, entre ellos se deben tener los servicios sociales y servicios públicos existentes en toda comunidad, así como la mano de obra especializada o disponible para su capacitación y desarrollo en la operatividad de la planta. 90

105 d) Factores económicos: referidos a los costos de los suministros e insumos para el funcionamiento, operatividad y mantenimiento del sistema como un todo. De esta manera la localización de la planta de tratamientos de aguas residuales, contribuirá en una mayor medida a que se logre el costo unitario único mínimo, fundamentado en un proyecto de una gran importancia de tipo social. En la Figura 12, en el anexo del presente Trabajo de Grado, se muestra una vista aérea del lugar previsto para la PTAR Cálculos para el proyecto de la PTAR. Los siguientes cálculos basados en los datos obtenidos de las fuentes primarias y secundarias, se utilizarán para el diseño de los equipos e instalaciones que se considerarán necesarias para el funcionamiento y operatividad de la PTAR Análisis Poblacional. Se establecerán las poblaciones presentes y futuras de la población de Naiguatá, con el propósito de calcular el caudal posible de aguas residuales que generará la población y de esta manera poder desarrollar el diseño para la PTAR. Para la determinación de la población futura en el período a considerar para la operatividad de la PTAR se utilizarán tres métodos estadísticos de proyección poblacional, como lo son el geométrico, aritmético y el exponencial, métodos que se enmarcan en las normas establecidas de manera general Cálculos de la población para el proyecto de la PTAR. Partiendo de los siguientes datos obtendremos la población futura estimada: Población Actual (PA)= habitantes para el año 2011 Índice de Crecimiento (i)= 1,7%, Censo Poblacional y Vivienda 2011, I.N.E. Período de Diseño (t)= 25 años Población Flotante Estimada (PFE)= 3%, I.N.E. Población Actual Total (PAT) Población Futura (PFU) Población Anterior (PA)= habitantes, año 2001, I.N.E. Calculando PAT, se tiene: PAT= PA* (PF/100) + PA 91

106 PAT= * (3/100) = habitantes, año 2013, aplicando el método geométrico se tendrá la siguiente cantidad de habitantes: PFU= PAT* (1 + i) t = * (1 + 0,17) 25 = habitantes, año 2038, por el método aritmético se obtendrá: PFU=PAT+ (t 3 -t 2 )*(PAT-PA)/ (t 2 -t 1 )= ( )*( )/( )= habitantes, año Para el método exponencial, la población para el año 2038 será de: PFU = PAT* (e i*t/100 ) = * (e 1,7*25/100 ) = habitantes, de estas cantidades obtenidas, el diseño para la PTAR, se fundamentará en el método geométrico. Los factores que influyen en las estimaciones de una población son muchos, dentro de estos se pueden mencionar a los naturales, económicos, industriales, sociales y políticos entre otros, por lo que los sistemas de predicciones son complejos, De tal manera que se aplican esas formulaciones estadísticas antes mostradas, las cuales pueden presentar ciertas dispersiones. Para el período de diseño y construcción de PTAR, se estima un tiempo de dos años, estimando un período de vida útil de veinticinco años Dotación de agua potable. Las cifras de dotación de agua potable o agua de abastecimiento aportada por la Hidrológica HIDROCAPITAL, son los únicos valores registrados por la misma y que se consideran fiables para poder considerar o suponer un dimensionamiento tanto para la planta potabilizadora de agua HIDROCAPITAL, así como para la futura PTAR en la localidad. Los valores estandarizados para la dotación de agua potable por habitante se encuentran en un rango de 200 a 250 lt/hab/día Caudales para el diseño de la PTAR. A partir de los datos poblacionales proyectados y considerando una dotación de agua potable por habitante-día, de 200 lt, se procederá a calcular los venideros caudales: a) Caudal Medio (Q m ), donde Q m = Población * Dotación (lt/hab/día) /1.000 lts/m 3, para la PTAR tendremos: Q m = hab * 200 lt/hab/día / lts/m 3 Q m = 5832,20 m 3 /día b) Caudal Punta (Q p ), donde Q p = Q m * (1,15 + 2,575/Q m 1/4 ), calculando Q p, tendremos: 92

107 Q p = 5832,20 m 3 /día *(1,15 + 2,575/5832,20 1/4 ) Q p = 8425,5 m 3 /día c) Caudal Máximo (Q máx ), donde Q máx = 1,5 * Q p = ,30 m 3 /día d) Caudal Mínimo (Q min ), es igual a: Q min = 30% de Q m, donde se obtendrá un valor para Q min = 5773,87 m 3 /día. El caudal de diseño Q dis, se definirá como un promedio de los caudales antes obtenidos, por lo tanto Q dis = (Q min + Q m + Q máx )/3= 6677,19 m 3 /día, Q dis = 77,28 lt/seg 5.2. Etapas definidas para el tratamiento de las aguas residuales en la PTAR. El tratamiento o purificación de las aguas residuales generadas en la población de Naiguatá, se realizarán mediante las siguientes etapas: Tabla 32. Etapas definidas para el tratamiento de las aguas residuales. Etapa I Tratamiento Tipo Pretratamiento, mediante procesos físicomecánico. Objetivo Separació n de los constituyen tes de las aguas residuales que puedan interferir en el proceso posterior, dañando los equipos. Equipos a ser requeridos Rejas o cribas Desarenador Sedimentador o separador de aceites y/o grasas, otros sedimentos. Función Separar y disminuir los sólidos de gran tamaño, que flotan, sedimentan o están suspendidos, (telas, grasas, aceites, arena, madera, plástico, vidrio y otros. Destinos residuos Abonos orgánicos, incineración, o depositados en el subsuelo. II Tratamiento Primario Separación de partículas de menor tamaño Sedimentador Conjunto al proceso anterior. Proseguir con la extracción de partículas adversas al proceso. Separación y clasificación de acuerdo 93

108 Fuente: Elaboración Propia. que infieran en el proceso Canal Parshall Medición del caudal de aguas residuales en la PTAR. a sus posibles usos. Tabla 33. Continuación Etapas para el tratamiento de las aguas residuales. Etapa Tratamiento Tipo Objetivo Equipos a ser requeridos Función Destinos residuos III Tratamiento Secundario o Biológico. Desinfección de las aguas residuales. Manejo de Biogás. Reactor tipo U.A.S.B;(Up Flow Anaerobic Slude Blanket), también conocido como reactor R.A.F.A.; Reactor anaeróbico de flujo ascendente y manto de lodo granular. Cilindros de acero inoxidables. Actividad autoregulada de diferentes tipos de bacterias que degradan la materia orgánica para formar un lodo o barro biológicamente activo, retiene la biomasa, no recicla el lodo. Almacenaje del biogás procedente del reactor U.A.S.B. Lodos o barro biológico al tratamiento de lodos, abonos. Usos posibles dentro de la PTAR como fuente de energía, varios. IV Tratamie nto Terciario, proceso Filtración de las aguas residuales, continuar con Filtros rellenos con Carbón Activado Filtración de las aguas residuales, eliminación de Incineración, evaluación 94

109 físico-químico la disminución de elementos químicos como el N,S,NH 4 y P entre otros Granular, (tipo G.A.C.). pequeñas cantidades de elementos como el N, P,S,NH 4 entre otros, evitar la eutrofización. como posibles abonos Fuente: Elaboración Propia Cálculos para los equipos y/o unidades requeridas para la PTAR. Para la etapa del pre-tratamiento y tratamiento primario se requerirán los siguientes elementos o unidades: Canal de entrada de las aguas residuales a la PTAR Tanque para residuos gruesos Cribas o rejillas gruesas Desarenador Cribas o rejillas finas Sedimentador o separador Canal Parshall Tanque de estabilización Reactor tipo U.A.S.B Filtros Carbón Activado Tanque almacenaje de agua residual tratada. Obtención de sus dimensiones: Canal de entrada de las aguas residuales a la PTAR: en la actualidad las aguas residuales generadas en la población son trasladas hasta la estación de bombeo mediante un sistema de tuberías con un diámetro interno de 36, equivalente a 91,44 cm., las cuales confluyen en un colector antes de la estación de bombeo. El dimensionamiento del canal de entrada considerará las siguientes características o condiciones, gasto o caudal, pendiente de inclinación, velocidad permisible de acuerdo al tipo de revestimiento del canal, parámetro de rugosidad 95

110 de Manning y el radio hidráulico. Seguidamente se muestra en las Tablas 34 y 35 algunas de estas características asumidas para la construcción de dicho canal. Tabla 34. Relación de Q y la pendiente S. Caudal Q, m 3 /seg Pendiente S, m/m Q 1,0 m 3 /seg 5*10-4 S 1,5* 10-3 m/m 1,0 m 3 /seg Q 2,0 m 3 /seg S= 3*10-4 m/m Q 2,0 m 3 /seg S= 2,5* 10-4 m/m Fuentes: Ing. Agrónomo Michel Koolhaas, M. Sc., Topografía. Tabla 35. Características del canal, de las aguas residuales a la PTAR. Caudal Q Forma Material n S b y 77,28 lt/seg Trapezoidal 0,07728 m 3 /seg 26,47 pie 3 /seg T b y Hormigón 0,012 1,9 * 10-4 m/m 1,0 m 1,30 m 4712,19 pulg 3 /seg 1 z Fuente: Elaboración Propia. Donde: n= parámetro de rugosidad de Manning 96

111 S= pendiente apropiada según el caudal. b= base del canal en metros, sugerida. y= altura del canal en metros, sugerida. Para la selección de la pendiente S en el diseño de un canal, se debe tener apoyo en una serie de Leyes que son empíricas, mientras menor sea la pendiente S en un canal habrá un mayor caudal o flujo en el mismo. Tomando como base la ecuación de Lacey para establecer S, se tiene: S = f 5/3 / 3340 *Q 1/6, donde f es un factor de limo, el cual se encuentra en el rango de 0,6 f 1,2; Q representa el caudal en m 3 /seg. El valor de S calculado tomando los límites inferior y superior de f, generó los siguientes valores para S: Con f= a 0,6 la S es igual a 1,9*10-4 m/m, y para f= 1,2; la S es igual a 6,2*10-4 m/m. Calculando el área hidráulica del canal por la ecuación A= (b + z*y)*y, se tiene: A= (1,0m+0,00019*1,30m)*1,30m = 1,30 m 2, calculando el radio hidráulico R por la ecuación: R= (b*y + z*y 2 ) / b+ 2y*(z 2 +1) 1/2 = 0,3612 m, obteniendo el tirante T del canal por la expresión: T = 3b + 2*y*z = 5,94 m, calculando la velocidad de las aguas residual en el canal aplicando la ecuación de Manning, se obtiene: V (m/seg) = 1/n* R 2/3 * S 1/2 = n -1 * R 2/3 *S 1/2 V (m/seg) = (0,012) -1 *(0, 3612) 2/3 * (0, 00019) 1/2 V (m/seg) = 0,58 m/seg, para el perímetro mojado P H, se tiene aplicando la relación P H = b + 2*y * (1+z 2 ) 1/2 = 3,60m. Figura 14. Canal Trapezoidal. T 97

112 1 y h z b Fuente: Elaboración Propia. Figura 15. Vista planta del canal trapezoidal. Entrada aguas residuales Salida aguas residuales Al tanque o pozo. b L Fuente: Elaboración Propia Tanque o pozo para retención de residuos gruesos. Éste tanque estará conectado de manera inmediata al canal de entrada de las aguas residuales a la PTAR, recibiendo un caudal de 77,28 m 3 /seg con una velocidad de 0,58 m/seg, tendrá una altura de 0,5 m por debajo del canal de entrada, la forma y dimensiones para este tanque receptor se muestra en la siguiente Figura 16: Figura 16. Tanque residuos gruesos. 98

113 3 m 2 m 2 m Entrada Salida aguas residuales 1,5 m Fuente: Elaboración Propia. al desarenador 0,5 m Rejillas Gruesa 1,5 m Para la tubería que conectará al tanque de residuos gruesos y el desarenador se propone la siguiente tubería: D = diámetro de la tubería, pulgadas = 30 pulg. L = longitud de tubería, m = 3 m = 118,11 pulg. C = capacidad de la tubería, lts. Aplicando la siguiente fórmula para el cálculo hidráulico se tendrá, C = D 2 * 0,7854 * L / 231, galones C = (30 pulg) 2 * 0,7854 * 118,11 pulg /231 C = 361,42 galones * 3,7854 lts/1 gal (U.S.A.) C = 1368,10 lts Rejillas gruesas para el desbaste. El desbaste se realizará por medio de rejillas cribas gruesas, las cuales estarán colocadas en el tanque o pozo de residuos gruesos, perpendicular al flujo de aguas residuales, estas rejillas retienen y separan los cuerpos voluminosos flotantes y en suspensión que arrastra comúnmente las aguas residuales. De esta 99

114 manera se podrán evitar obstrucciones y dificultar la eficiencia en el sistema para los tratamientos posteriores, seguidamente se muestran las características de las rejillas gruesas: Tabla 36. Características de las rejillas gruesas. Tipo Rejilla Gruesa Modo de Limpieza Manual y/o mecánica Forma / Tipo de Material Cilíndrica / Acero Posición Vertical con un ángulo de 90 Longitud/ Espesor 1.0m/ 2,54 cm 0,0254 m Agua Residual V m/seg Q m 3 /seg 0,58 0,07728 Fuente: Elaboración Propia. Calculando el número de rejillas N para el desbaste de residuos gruesos en el tanque, se tiene aplicando la fórmula: N = b + s / a + s Dónde: a = ancho de los barrotes de las rejillas, mm b = ancho del canal o del tanque para colocar las rejillas, mm s = separación útil entre las rejillas, mm 100

115 N = 1000 mm + 15 mm / 25,4 mm + 15 mm N = 25 barras. Calculando las pérdidas de carga h v, para las rejillas gruesas según la fórmula planteada por Kirschmer, se tendrá: h v = β * (s/b) 4/3 * v 2 /2g * Sen α donde; β = factor de forma de la rejilla s = ancho de la barra en m. b = espaciamiento libre entre las barras en m. v = velocidad aguas arriba de las rejillas, m/seg. α = ángulo de inclinación de las rejillas con respecto a la horizontal. Calculando h v, tenemos: h v = 1,79 * (0,0254m/0,015m) 4/3 * (0,58m/seg) 2 /2 * 9,81 m/seg 2 * Sen 90 h v = 0,0619 m = 6,19 cm Las pérdidas por fricción o pérdidas por carga, debido al paso de las aguas residuales, suelen ser menores a 5 cm, en cuanto a las pérdidas por obstrucción pueden llegar a triplicar el valor de h v Desarenador. Es empleado o utilizado con el objetivo de remover partículas con una gravedad específica entre 1,05 y 2,65; valor adimensional por ser una relación entre la 101

116 densidad de una sustancia con el agua. Del caudal del diseño propuesto y la velocidad de flujo se puede obtener de la ecuación de continuidad Q = v*a, las dimensiones del desarenador, efectuando se obtendrá: Q máxh = caudal máximo horario V (m/seg) = velocidad del flujo de aguas residuales. A (m) = área del desarenador Aplicando las conversiones de unidades, tenemos: Para Q: 0,07728 m 3 /seg = 6676,99 m 3 /día Para V: 0,58 m/seg = 50112,0 m/día, calculando A por la ecuación de continuidad se obtiene A = 6676,99 m 3 /día / ,0 m/día = 0,133m 2 Por medio de la ecuación A = 1,5*b 2, se obtendrá el ancho del desarenador con forma rectangular por unidad: b = (0,133 m 2 /1,5) 1/2 = 0,297 m Calculando la altura por la relación h = 1,5*b = 0,44 m, éste desarenador presentará un borde libre asumido de 0,30 m, para obtener la longitud L del desarenador, se debe obtener el tiempo de retención t r por la ecuación: t r = h/v = altura m/ velocidad de sedimentación de las partículas t r = 0,44 m/ 0,02 m/seg= 22,32 seg= 0,37 min, calculando la longitud del desarenador L = t r * v, donde v es la velocidad del flujo, se obtendrá: L = 22,32 seg * 0,58 m/seg = 12,94 m, de acuerdo al texto de Mercalf & Eddy, página 457, la longitud L por efectos de turbulencias, se le debe adicionar 102

117 un 25% de valor obtenido en L, por lo tanto la longitud L tendrá el siguiente valor: L = 12,94 m + 3,23 m = 16,17 m. La pendiente S del desarenador para el diseño propuesto se obtendrá aplicando la ecuación de Manning: V (m/seg) = n -1 * R H 2/3 * S 1/2 donde: V= 0,58 m/seg; n= coeficiente de rugosidad de Manning = 0,012 R H = radio hidráulico, m S= pendiente del canal desarenador Obteniendo el radio hidráulico por la ecuación R H = área/perímetro mojado o su equivalente R H = b*h / b+2h = 0,297m + 0,44m / 0,297m + 2*0,44m = 0,11 m. Para el cálculo de S se tendrá: S = V*n/R H 2/3 = 0,029% = 2,9%. Figura 17. Vista planta Desarenador con dos unidades en paralelo. Fuente: OPS/CEPIS/ /UNATSABAR 103

118 Rejilla fina a la salida del desarenador. Seguidamente se muestran las características de estas rejillas: Tabla 37. Características de las rejillas finas Tipo de rejilla Modo de limpieza Forma Posición Materia Longitud, m Finas Manual Cilíndrica Inclinación 45 con la horizontal Acero inoxidable Espes or, mm 1 m 25,4 mm b, m 0,407 m Fuente: Elaboración Propia. Flujo del agua residual Rejilla fina. 104

119 Al canal Parshall Figura 18. Posición rejilla fina. Fuente: Elaboración Propia. Calculando el número de rejillas finas para el desbaste de residuos finos se tendrá: b = ancho del canal = 0,407 m d = diámetro de cada barra = 1 pulg = 2,54 cm= 25,4 mm s = separación entre barra = 0,5 pulg = 12,7 mm N = número de barras = s+ b / s + d N = 12,7 mm + 407,0 mm / 12,7 mm + 25,4 mm N = 11 barras Separador para aceites y grasas En el tratamiento de las aguas residuales se presentan sustancias livianas en estados sólido y líquido, las cuales deben ser eliminadas para evitar posibles daños a equipos y procesos posteriores en el tratamiento, por lo general esas partículas se mantienen en la superficie de las aguas residuales por poseer una densidad menor, estas partículas suspendidas se presentan de las siguientes formas: Tabla 38. Dispersiones comunes presentes en las aguas residuales. 105

120 Fase de dispersión Medio de dispersión Nombre común Sólida Líquido Suspensión Gaseosa Líquido Espuma Fuente: J. Glynn Henry/ Gary W. Heinke, Ingeniería Ambiental, pág. 145, Editorial Prentice Hall, México, Para efectuar la separación de esas partículas se diseñará un sedimentador con las siguientes características estructurales: Tabla 39. Zonas del sedimentador. Zona Objetivo o función Entrada. Distribución uniforme del flujo de aguas residuales. Sedimentación. Retención de lodos, aceites y grasas. Recolectar el efluente sin crear Salida. perturbaciones en la sedimentación de las partículas depositadas o retenidas. Recolección de residuos. Tolva para la recolección de lodos en el fondo del sedimentador, extracción de aceites y grasas por métodos manuales y/o mecánicos. Fuente: Elaboración Propia. Cálculos para el diseño del sedimentador: 106

121 Asumiendo una velocidad de sedimentación de las partículas de 0,005 m/seg para un diámetro límite de 0,100 cm tendremos: V s = 0,005 m/seg Q diseño = Q d = 0,07728 m/seg A s = área superficial del separador A s = Q/V = 0,07728 m 3 /seg / 0,005 m/seg = 15,45m 2, asumiendo un ancho w del sedimentador de 4 m, se obtiene la zona de sedimentación Z s por la siguiente relación: Z s = A s /w = 15,45 m 2 / 4m = 3,86 m.; la distancia entre la entrada del agua residual y la posición de la pantalla difusora se define asumiendo un valor de 1,0 m donde la longitud total L T, será igual a: L T = 3,86m + 1,0 m = 4,86 m 5,0 m Para la profundidad de igual manera se asumirá una altura h de 4,5 m; calculando la velocidad horizontal V H que tendrá el flujo: V H = 100*Q d / w*h = 100* 0,07728 m 3 /seg / 4,0m * 4,5m = 0,43 m/seg Determinando el tiempo de retención T r = Volumen del sistema/caudal, se tendrá: T r = 5,0 m* 4,0m * 4,5m / 0,07728 m 3 /seg = 2911,49 seg = 0,8 hr, para una pendiente S de 10%, la unidad presentará una altura máxima H igual a: 107

122 H = h + 0,10*h = 4,95 m, en la siguiente figura 18, se muestra dos vistas del sedimentador Aliviadero Zona extracción de lodos Salida Pantalla difusora Aceites y grasas Entrada Vista Planta del Sedimentador 108

123 Zona de entrada Zona de salida AGUAS RESIDUALES Zona de lodos 10% Figura 19. Vista planta y lateral del Separador. Elaboración Propia Canal Parshall Este canal tiene como objetivo, funcionar como una estructura de aforo, midiendo el caudal de las aguas residuales, que es nuestro caso, ingresan a la PTAR, con este medidor de flujo se podrá mejorar los procesos posteriores. Para determinar las dimensiones de este canal Parshall, se mostrarán vistas del canal de Parshall así como las tablas que establecen las dimensiones para el mismo, cuya fuente de 109

124 origen es, J. M. de Azevedo y Guillermo Acosta, Manual de Hidráulica, 6 ta Edición, en el mismo se establecen las condiciones de descarga del flujo a través de un medidor Parshall, para el caso del diseño a desarrollar, se presentará un flujo o descarga libre con una garganta W igual a 6 pulgadas. Punto de medición de la carga H D 2/3 A C Entrada W Salida A E B F G D K N Figura 20. Dimensiones del Canal Parshall. Fuente: Elaboración Propia Tabla 40. Referencias para el medidor Parshall Dimensiones del medidor Parshall W A B C D E F G K N 1 2,5 36,3 35,6 9,3 16,8 22,9 7,6 20,3 1,9 2,9 110

125 3 7,6 46,6 45,7 17,8 25,9 38,1 15,2 30,5 2,5 5,7 6 * 15,2 62,1 61,0 39,4 40,3 45,7 30,5 61,0 7,6 11,4 Valores del exponente n y el coeficiente K W m n K K Unidades métricas Unidades Inglesas 3 0,076 1,547 0,176 0,992 6 * 0,152 1,580 0,381 2,060 Límites de aplicación, medidor Parshall con descarga libre. Caudales Estandarizados W Capacidad (lts/seg) pulg cm m Mínima Máxima 3 7,6 0,076 0,85 53,8 6 * 15,2 0,152 1,52 110,4 *Canal Parshall de diseño Fuente: Elaboración Propia. Dimensiones: W= Tamaño de la garganta A= Longitud pared lateral sección convergente. 111

126 B= Longitud axial de la sección convergente C= Ancho extremo de aguas debajo del canal. D = Ancho extremo aguas arriba del canal. E = Profundidad del canal. F = Longitud de la garganta. G = Longitud de la sección divergente. K= Diferencia de nivel entre el punto más bajo del canal y la cresta. N= Profundidad de la depresión en la garganta debajo de la cresta. Para la PTAR se asumirá tal como fue indicado anteriormente una descarga libre, la única medida de carga H para conocer el caudal, se efectuará en la sección de convergencia, es decir en 2/3 *B, colocando cualquier dispositivo para medir el volumen, mediante la siguiente fórmula se puede calcular H, sabiendo que los valores de K y n para un valor de W de 6 son determinados en la tabla anterior. Q = K * H n, donde K= coeficiente n = exponente, H = 0,666*B= 0,41 Q = 0,381 * (0,41) 1,580 = 0,09194 m 3 /seg Q = 91,94 lt/seg; Este valor obtenido se encuentra dentro del rango de capacidad máximas de flujo, para un canal Parshall con una garganta W de 6 pulgadas, es decir, el valor obtenido cumple con las especificaciones normalizadas. 1,5 lt/seg Q 110,4 lt/seg Tanque estabilización. Las aguas residuales provenientes del canal Parshall se depositarán en un tanque que servirá para estabilizar el caudal de aguas residuales, para luego ser 112

127 enviadas mediante una bomba al reactor U.A.S.B.; ésta bomba transmitirá la energía mecánica necesaria para el traslado de dichas aguas mediante el siguiente sistema: 4m Reactor U.A.S.B. 4m 4m 8 m 12 m Canal Parshall 10 m Tanque 4 3 m Bomba Válvula Estabilización 2 m 20 m Volumen tanque estabilización: a*h*l = 6m * 3m * 8m = 144m 3 Figura 21. Sistema de Traslado de las aguas residuales al reactor U.A.S.B. Fuente: Elaboración Propia. Asumiendo valores para el sistema antes mostrado y utilizando como fuente de información a Crane Technical Pipes 410, propiedades físicas de algunos fluidos y características del flujo en válvulas, accesorios y tuberías, tendremos: 113

128 Tipo de tubería: acero inoxidable sin costuras. Diámetro de la tubería: 6 = 15,24 cm = 0,1524 m Coeficiente K de pérdidas secundarias por accesorios: K entrada = 0,5 K válvula de globo = 5,64 = 5,6 K codo,90 = 0,64; 2 codos de 90. Donde: K i = 8,48 m K salida = 0,998 = 1,0 Densidad estimada del agua residual, 30 C = 1,000 gr/cm 3 = 1000 Kg/m 3 Razón de flujo Para el canal Parshall de 6 330,98 m 3 /hr 91,94 lt/seg 0,09194 m 3 /seg Calculando la potencia de la bomba, aplicando la ecuación de Bernoulli para el sistema antes mostrado: P 1 /ρ*g + V 12 / 2.g + Z 1 h w h L = P 1 /ρ*g + V 22 /2*g + Z 2 Hallando el valor de la pérdida de carga hidrostática h L, empleando la ecuación de Darcy-Weisbach más la sumatoria de las pérdidas por accesorios y la válvula, se tendrá: h L = f. L. V 2 / 2.g.D + K i.v 2 / 2.g Para la longitud de las tuberías L: ( )m = 40 m El valor de la velocidad V = 4Q/A = 4Q/ π.d 2 = 4 * 0,09194 m 3 /seg / π.(0,1524 m) 2 V = 5,0 m/seg Hallando el Número de Reynolds por la ecuación Re = ρ.v.d / μ, resulta: Re = 1000Kg/m 3 * 5,0 m/seg * 0,1524 m 0,813 X -3 Ns/m 2 114

129 Re = 9,37269 X 5, relacionando este Número de Reynolds con la aspereza relativa e/d, empleando el diagrama de Moody para una tubería de acero se obtiene el valor de e/d igual a 0,0003, con estos dos valores y empleando nuevamente el diagrama de Moody, resulta el valor 0,015 para el coeficiente de fricción, calculando las pérdidas h L debidas a válvulas, tuberías y accesorios empleando la ecuación de Darcy-Weisbach más la sumatoria de estas últimas pérdidas, tendremos: h L = ( f*l/d + K i ) V 2 /2*g h L =( 0,015* 40m/0,015m+0,5m+5,7m+2*0,64+1,0m) (5,0m/seg) 2 2*9,81m/seg 2 h L = 60,76 m, callando las pérdidas totales h W =Z 2 -Z 1 + h L, resulta: h W = 12m + 60,76 m = 72,76 m, de esta manera se puede obtener la Potencia de o para la bomba, donde esta potencia se obtendrá por la ecuación: W = ρ*g*q*h W W = 1000Kg/m 3 * 9,81m/seg 2 * 0,0914 m 3 /seg * 72,76m W = 65239,08 watt = 65,249 Kw = 88,73 C.V. = ,40 pie-lb/m W = 887,48 HP. Calculando la presión de salida P s, aplicando la ecuación de Bernoulli, tomando las presiones P 1 y P 2, sobre el nivel del fluido tanto para el tanque como para el reactor, como presión atmosférica: P s / ρ*g + V 1 2 /2*g + Z 1 + h w h L = P 2 /ρ*g + V 2 2 /2*g + Z 2 h W = 0, P 1 = P 2 ; h L = 14,93 m P s = (Z 2 Z 1 V 2 /2*g + h L ) ρ*g, que representa la presión de salida de la bomba. K i = 5,7m + 2* 0,64 m + 1,0 m = 7,98 m L = 20 m + 8 m + 10 m = 38 m; entre el tanque y el reactor. Z 2 Z 1 = 12 m, altura nivel de agua residual, Sustituyendo los valores antes indicados en la ecuación de P s, se tendrá: 115

130 P s = (12m (5,0 m/seg) 2 / 2*9,81 m/seg ,93 m)* 9,81m/seg 2 * 1000Kg/m 3 P s = (12 m + 14,93 m 1,27 m) Kg/seg 2 +m 2 P s = ,60 Kg/seg 2 *m P s = ,60 Pa = 251,72460 KPa Tratamiento Secundario o Biológico Este tratamiento se hará empleando reactores U.A.S.B.; Reactores de manto de lodos y flujo ascendente Reactor U.A.S.B. El reactor anaerobio de flujo ascendente también conocido como R.A.F.A.; considera para su diseño dos variables principales: a) El volumen del reactor b) Sistema de alimentación El volumen del reactor ésta determinado por la carga hidráulica, la velocidad del líquido, en éste caso las aguas residuales y la naturaleza de los desechos. La velocidad del líquido, también definida como la velocidad de ascenso de dichas aguas dentro del reactor desde su entrada al mismo, ésta velocidad tiene valores recomendados para éste tipo de reactor como medida de seguridad operativa las cuales van desde 0,5 m/h a 2,0 m/h, dentro de éste rango se asumirá el menor valor, el cual podrá ser controlado y regulado por la bomba. En cuanto a la naturaleza u origen de los desechos, un 90% son de origen domésticos, quedando un 10% para el sector comercial, industrial y salud en la población. a) El Volumen del Reactor se puede calcular por la siguiente relación matemática : V = TRH * Q, sustituyendo los valores respectivos para TRH y Q, donde: V = volumen del reactor, m 3. TRH = Tiempo de Retención Hidráulico, horas hr. Q = Caudal de alimentación, m 3 /hr 116

131 V = 7 hr * 329 m 3 /hr = 2303,0 m 3 Este volumen de 2303,0 m 3, será distribuido en dos reactores, los cuales estarán conectados a un tercer reactor de reserva en un circuito en paralelo, por lo tanto el volumen obtenido para cada reactor será de 1151,50 m 3, con una velocidad de ascenso V a, de 0,5 m/h, con estos dos valores se puede obtener la altura h del reactor por la relación h = TRH * V a, por lo que resulta h= 4,0 m. El área del reactor A r, se calcula aplicando la ecuación h = TRH * Q / A r, despejando A r y sustituyendo valores se obtiene. A r = 7hr * 329,0 m 3 /hr 4 m = 575,8 m 2, para un reactor de acero inoxidable de forma cilíndrica tendremos calculando su radio por la expresión V = π * r 2 * h, donde V es el volumen, r el radio y h la altura, despejando r y sustituyendo valores se obtiene: r = (V / π * h) ½, r = (1151,50 m 3 π * 4 m) 1/2, r = 9,57 m, Calculando el diámetro por la relación: D = (V / 0,7854 * h) 1/2, D = ( 1151,50 m 3 / π * 4 m) 1/2 D = 19,4 m. El área superficial estimada es S, aplicando la ecuación S = 6,2832 * r * h S = 6,2832 * 9,57 m * 4 m = m

132 Salida del Biogás Separador de Fases Salida Efluente Deflector Manto de lodos Afluente Válvula Bomba 118

133 Elaboración Propia. Figura 22. Reactor Tipo U.A.S.B. Fuente: Características de reactor U.A.S.B. Seguidamente se muestran las características del diseño de los reactores para el tratamiento de las aguas residuales: Tabla 41. Diseño Reactor U.A.S.B., (Reactor Monoetapa). Característica Medida del elemento. Volumen, V. 1151, 50 m 3 Velocidad, v. 0, 5 m/h Caudal efluente estimado. 115, 23 m 3 /h Diámetro, d. 19, 4 m Radio, r. 9, 57 m Altura manto de lodos. 0,3% * h; 1,2 m. Altura Total, A T. 6, 0 m Ángulo inclinación deflectores, α 45 α 60 Producción de Biogás estimada. 5,67 m 3 /día Otras. Material estructural. Acero inoxidable. Forma geométrica. Cilíndrica. Mono-etapa, reacciones Número de Etapas. de acidogénesis hasta la metanogénesis en el mismo reactor U.A.S.B. Fuente: Elaboración Propia Breve Descripción del proceso en el reactor U.A.S.B. En la Figura 21, se muestra un diagrama esquemático de un reactor tipo U.A.S.B. Este reactor está constituido por una entrada para el afluente en su parte inferior, un manto de lodos también llamado lecho de lodos, un separador trifásico que presenta forma de campana, deflectores, un decantador para la salida del efluente y un sistema de recolección de gas en la parte superior, conocido como biogás por su naturaleza. El agua residual o afluente, fluye de manera ascendente, pasa a través del manto de lodos donde la materia orgánica disuelta con el agua es transformada en 119

134 biogás, el cual tiende a fluir de manera vertical lográndose una mezcla apropiada de lodo y agua, evitando de esta manera el uso o la necesidad de cualquier tipo de mezclado mecánico. El biogás que se forma es colectado por medio de un separador de tres fases, mientras que la mezcla de lodo y agua fluyen por el sedimentador, el cual se encuentra en la parte más alta del reactor, aquí la biomasa es retenida de tal manera que el efecto de la gravedad lleva a estos elementos al compartimiento de reacción. Es importante señalar que el sistema de recolección del Biogás, (así como el reactor en su conjunto fue diseñado y construido por el Dr. Gatze Lettinga y sus colaboradores), presenta la particularidad de que cuando se generen obstrucciones en dicho sistema de colección, específicamente en lo que llaman cajón de biogás, se produzca un incremento de la presión produciendo una disminución en el nivel del agua, facilitando que el gas escape, sin causar daños al sistema en general Estimaciones de las concentraciones de algunos parámetros a la salida del reactor U.A.S.B. Las aguas residuales y la Biodegradabilidad son dos conceptos estrechamente relacionados, es conocido el hecho de que gran parte de las sustancias que son transportadas por estas aguas, ya sean de forma disueltas, en suspensión o de forma coloidal, es materia orgánica, la cual en una gran proporción es biodegradable. La biodegradabilidad de estas sustancias es una propiedad que permite que estas aguas residuales puedan ser depuradas por medio de microorganismos, los cuales utilizan estas sustancias como una fuente de energía para su metabolismo y reproducción, es su alimento per se. Es esta depuración de las aguas residuales lo que va generando una mayor disponibilidad de este recurso natural llamado agua con constituyentes menos nocivos al medio ambiente, evitando de esa manera contaminación. Hay sustancias que la biodegradabilidad no tiene efectos, estas sustancias se constituyen en limitantes para esta propiedad, por lo que hay que instalar o establecer mecanismos de depuración bien sean físicos o químicos para poder disminuir la contaminación. La concentración de contaminantes en las aguas residuales, cuyos orígenes sean domésticas, comerciales, industriales, pluviales, entre otras, se pueden estimar en base a la contribución per cápita, si se conoce el uso del agua, en el presente Proyecto de Grado, estos valores son de hecho estimaciones, basándonos en las características de las aguas residuales domésticas generadas 120

135 por una persona u habitante de acuerdo a la fuente Metcalf-Eddy, (1991), la cual se muestra en la siguiente Tabla 42: Tabla 42. Características de las aguas residuales generadas per cápita DBQO 5 DQO SS SD CO P 1 P 2 N 1 N 2 T gr/día.hab ,6 4, Lb/día.hab 0,17 0,28 0,20 0,40 0,12 0,003 0,009 0,035 0 C[ mg/lt] Fuente: Metcalf-Eddy,(1991). C[mg/lt] Concentración en miligramos por litro. SS= Sólidos Suspendidos, N 1 = Nitrógeno por Kjeldahal (orgánico+nh 3 ),como N. SD = Sólidos Disueltos. N 2 = Nitrógeno de Nitratos como N. COT= Carbono Orgánico Total, estimado suponiendo DBQO 5 /COT = 1,4 P 1 = Fósforo de residuos de origen humano. P 2 = Fósforo total en detergentes a base de PO 4, como Fósforo Empleando la Tabla 42, gramos/ día por habitante, para cada uno de los parámetros indicados en la misma y utilizando el Q de diseño igual a 7896,96 m 3 / día y un coeficiente de punta de 1,58, tendremos: Tabla 43. Parámetros Estimados para DQO, DBO 5, PT, NKT Y SS. Parámetro Propiedad Formula Valor obtenido DQO DQO = DQO h * Población / Q 472,66 gr/m 3 DQO DQO MÁX DQO MÁX = DQO * 1,58 718,44 gr/m 3 C d,dqo C d,dqo = DQO MÁX * 1, ,49 Kg/día DBO 5 Q DBO 5 DBO 5 = DBO 5,h * Población / 280,64 gr/m 3 DBO 5,MÁX DBO 5,MÁX = DBO 5 * 1,58 443,41 gr/m 3 121

136 C d,dqo5 C d,dbo5 = DBO 5,MÁX * 1, ,59 Kg/día P T P T,MÁX P T,MÁX = P T * 1,58 23,34 gr/m 3 P T P T = P2 * Población / Q 14,77 gr/m 3 C d,pt C d,pt = P TM,MÁX * 1,58 36,87 gr/m 3 NKT NKT = N 1 * Población / Q 59,08 gr/m 3 NKT NKT MÁX NKT MÁX = NKT * 1,58 93,35 gr/m 3 C d,nkt C d,nkt = NKTMÁX * 1,58 737,19 Kg/día SS SS = SS h * Población / Q 332,34 gr/m 3 SS SS MÁX SS MÁX = SS * 1,58 525,10 gr/m 3 C d.ss C d,ss = SS MÁX * 1, ,69 Kg/día Fuente: Elaboración Propia. Las relaciones entre el DBO 5 y el DQO, es decir, DBO 5 / DQO, para cada caso anterior son iguales a 0,61 ; valor que confirma la necesidad de tratamiento biológico para el diseño o proyecto planteado. Donde: DQO h = DQO por habitante en gr/m 3 DBO 5,h = DBO 5 por habitante en gr/m 3. P T = Fósforo Total en gr/m 3. NKT = Nitrógeno Total Kjeldahl en gr/m 3. SS = Sólidos en Suspensión en gr/m 3. C d = Carga diaria en Kg/día. Basados en las Normas Oficiales para la Clasificación y el Control de la Calidad de los Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos; en su Capítulo III Del Control de los Vertidos Líquidos, en su Secciones I y II, De la Actividades Sujetas a Control y De la Clasificación de los Constituyentes en los Vertidos Líquidos respectivamente, se tiene que las sustancias o parámetros que seguidamente se indican, están sujetos a rangos o limitaciones en sus contenidos para poder ser descargados en los medios o cuerpos receptores: - Materia orgánica carbonacéa, expresada en términos de DBO 5 y la DQO. - Compuestos inorgánicos del Fósforo y Fósforo elemental. - Compuestos orgánicos no tóxicos del Fósforo. - Compuestos orgánicos e inorgánicos del Nitrógeno. 122

137 - Detergentes. - Dispersantes, entre otros. En la siguiente Tabla 44, se muestra en resumen los valores estimados de algunos de estos parámetros, así como el porcentaje de eliminación de los mismos y el límite máximo de aceptación de la concentración permitida en los mismos, antes de ser vertidos a los cuerpos de aguas: Tabla 44. Valores estimados de parámetros y sus disposiciones legales. Parámetro Valor estimado antes del tratamiento biológico, U.A.S.B. gr/m 3 Porcentaje de eliminación estimado a la salida del reactor U.A.S.B. gr/m 3 80% 90% D.Q.O. 472,66 94,53 47,26 350,0 D.B.O 5 280,64 56, ,0 S.S. 332,34 66,46 33,23 80,0 Fósforo Total 14,77 2,85 1,47 10,0 Nitrógeno Total,Kjeldahl,NKT. 59,08 11,81 5,80 10,0 Nitrógeno + Nitratos 93,35 18,67 9,33 40,0 Fuente: Elaboración Propia. Límite máximo permitido para ser vertido al cuerpo receptor. mg/lt Los valores de los parámetros mostrados anteriormente requieren de un tercer tratamiento, por lo que el presente Trabajo de Grado lo contemplará Producción estimada del gas Metano, CH 4. La cantidad de carga orgánica en las aguas residuales es un indicador de la cantidad de gas metano que podrá generar por volumen de líquido tratado, para así proveer cantidades relativamente altas de energía. La cantidad de metano, CH 4, producida por unidad de la Demanda Química de Oxígeno es de 0,35 lt de CH 4 por gramo de DQO en condiciones normales de temperatura y presión, es 123

138 decir, 0 C y 1 atm. Para determinar la cantidad de metano en otras condiciones dadas de temperatura y presión, se emplea la Ley Universal de los Gases, de esta manera se podrá conocer el volumen que ocupa el gas en dichas condiciones: V = n * R * T / P Donde: V = volumen ocupado por el gas, lt. n = moles de gas presentes, mol. R = constante universal de los gases, R = 0,0821 atm.lt/k.mol 287 J/ Kg. K 8, 3144 J/ K.mol P = presión absoluta, atm. T = temperatura en grados Kelvin, K. Calculando el volumen para una temperatura de 35 C, (308,15K), se tendrá: V = 1 mol * (0,0821 atm.lt/k.mol) * 308,15 K / 1 atm = 25, 29 lt. Motivado a que la demanda química de oxígeno de 1 mol de CH 4, es igual a 64 gr, se estima que la cantidad de metano, CH 4, producida por una unidad de DQO, la cual es convertida bajo condiciones anaerobias a 35 C, será igual a: (25, 29 lt) / (64 gr DQO / mol CH 4 ) = 0,40 lt CH 4 / gr DQO 124

139 5.4.6 Factor de conversión de DQO para el gas Metano, CH 4. La DQO equivalente del gas metano, puede ser calculada utilizando factores normalizados de conversión de gr de Demanda Química de Oxígeno, DQO, a mililitros de gas metano, estos factores se muestran en la Tabla 45. Tabla 45. Factor de Conversión de DQO para el gas Metano, CH 4. Temperatura, C 1 gr de DQO/lt = ml de CH 4, registrado. CH 4 Seco CH 4 Húmedo Fuente: UNIVALLE, Biogás. 125

140 El Biogás está constituido por una mezcla de gases combustibles, tales como metano, dióxido de carbono y pequeñas cantidades de sulfuro de hidrógeno, nitrógeno, hidrógeno y monóxido de carbono. Su composición depende del tipo de materia orgánica utilizada para su producción y de las condiciones en que es procesado. Seguidamente se muestran algunas tablas referidas a las propiedades químicas y físicas del Biogás, así como algunas comparaciones con otros combustibles: Tabla 46. Composición aproximada del Biogás. Gas Fórmula Química % Estimado Metano CH Dióxido de Carbono CO Hidrógeno H Oxígeno O 2 0,1-1 Nitrógeno N 2 0,5-10 Monóxido de Carbono CO 0-0,1 Sulfuro de Hidrógeno H 2 S 1-5 Vapor de agua H 2 O (VAPOR) Variable Fuente: Fundación Pesenca, Tabla 47. Propiedades del Biogás. Propiedades Físicas del Biogás Presión 8-18 cm.c.a Presión Crítica 42 atm 82 bar Poder Calorífico Kcal / m Mj / m 3 5,96 Kwh / m 3 Gravedad Específica 0,86 Velocidad de llama 40 cm / seg Grado de Inflamación 6-12 % volumen de aire 126

141 Temperatura de Inflamación 600 C Temperatura Crítica -82,5 C Densidad 1,2 Kg / m 3 Fuente: L. Fry, Tabla 48. Biogás y su comparación con otros combustibles. El Biogás presenta un alto rendimiento para el uso en cocinas, motores entre otros. Dado su alto poder calorífico, se le puede comparar con otros combustibles, sabiendo que un 1 m 3 de Biogás es equivalente a: Combustible Butano Carbón Gas Gasol Diesel Electricidad Madera ina 1 m 3 de Biogás equivale a 0,43 lt 1,4 Kg 1,5 m 3 0,8 lt 0,52 lt 4,7 Kwh 1,5 Kg Fuente: Barnett, Tabla 49. Poder Calorífico de algunos combustibles, ( 1m 3, 0 C, 1 atm). Combustible Kcal KJ Monóxido de Carbono, CO Hidrógeno,H Metano, CH Etino, C 2 H Fuente: Barnett, Tabla 50. Unidades de Calor, Energía, Trabajo, Presión y Volumen. Unidad Equivalencia Kilowatio-hora, Kwh 3,6*10 6 J = 3,4128*10 3 Btu = 8,6057*10 5 cal Caloría, cal 4,184 J = 3,97*10-3 Btu = 1,162*10-6 Kwh Joule, J 9,484*10-4 Btu = 0,2390 cal = 2,773*10-7 Kwh Unidad Británica de Energía, Btu 2,52*10 2 cal = 1.055*10 3 J = 2,930*10-4 Kwh Kilowatio, Kw 14,33 cal/min = 56,89 Btu/min = 1,341 HP Kilocaloría/metro cúbico, Kcal/m 3 0,112 Btu/pie 3 (32 F 30 pulg Hg) Caloría/gramo, cal/gr 1,8 Btu/lb = 4,184 J/gr Metro cúbico, m 3 35,31 pie 3 = 264,2 gal U.S.A. = 1000 lt Fuente: Manual Fórmulas de Ingeniería, Rafael García Díaz, Tratamiento Terciario. 127

142 La finalidad de los tratamientos terciarios, es la eliminación de la carga orgánica residual así como aquellas otras sustancias contaminantes que no fueron eliminadas en los tratamientos anteriores, tales como nutrientes, fósforo y nitrógeno entre otros. Por lo general estos métodos de tratamientos son de naturaleza biológica o físico-química, donde el proceso que toma más relevancia e importancia es el proceso unitario físico-químico. Dentro de ellos se pueden se pueden mencionar, las resinas de intercambio íonico, la ultrafiltración, ósmosis inversa, electrodesinfeccíon, membranas de cerámicas y la adsorción con carbón activado entre otros procesos de filtración. Para el presente Trabajo de Grado, se propondrá para la culminación del tratamiento de las aguas residuales en éste tercer proceso de depuración a la filtración con arena y Carbón Activado Granular o G.C.A., empacados en columnas verticales de filtrados, formando una batería de filtración, similar a la siguiente figura: Batería de Filtros Bomba Arena C.A.G. C.A.G. Bíota (al Mar) Agua Tratada Agua Tratada Tanque de Almacenamiento C.A.G. = Carbón Activado Granular 128

143 Figura 23. Sistema de Filtración mediante Arena y Carbón Activado Granular, C.A.G. Fuente: Elaboración Propia. Una vez que las aguas residuales han sido tratadas en los reactores U.A.S.B.; es enviada a los filtros, donde previamente mediante una bomba a baja presión, las mismas son dirigidas al filtro de arena, entrando por su parte superior, donde habrá arena con una granulometría variada, seguidamente saldrá por la parte inferior de este filtro para luego ingresar por la parte superior de cada filtro de carbón activado granular, donde el primer filtro de carbón activado granular tendrá un radio mayor al carbón activado localizado en el segundo y último filtro, esto facilitará la filtración y su eficiencia, una vez que se ha efectuado este recorrido, el agua será almacenada en un tanque con un tiempo corto, las mismas podrán ser utilizadas para riego de plantas no frutales, limpieza de calles entre otras necesidades, el resto será un flujo continuo que será vertido al ambiente marino inmediato, cumpliendo las Normas establecidas para ello. Durante el filtrado, el lecho de cada filtro va acumulando residuos de sustancias orgánicas e inorgánicas no deseadas, por lo que será necesario efectuar cada cierto período un retro-lavado. La temperatura de la corriente en el flujo a la entrada de los filtros debe mantenerse entre 10 C a los 32 C, esto facilitará la función sobre todo para el carbón activado granular. 5.6 Distribución de la PLANTA de Tratamiento de Aguas Residuales, P.T.A.R. Diagrama General de Relación de Actividades. Seguidamente se muestra la distribución que tendrá el proyecto de planta, las áreas que estarán involucradas, estas áreas presentan una distribución característica para reducir los movimientos y tiempos que serán requeridos para la mayor eficiencia y tener siempre presente la seguridad e higiene para todos y todas las personas que tendrán responsabilidades en la planta, así como el proceso de tratamiento de las aguas residuales, zonas verdes y contemplar futuras expansiones a la P.T.A.R. La distribución estará fundamentada en el método de distribución Sistemática de las Instalaciones de la Planta, SLP, (Systematic Layout Planning), basado en la construcción de un diagrama que relaciona las actividades empleando dos códigos: 129

144 Primer código: es un código de cercanía que está representado por letras y por líneas, donde cada letra o número de línea, representará la necesidad que dos áreas ubicadas cerca o lejos una de la otra basada en la actividad u relación entre ellas, para el presente proyecto solo se utilizarán las letras. Segundo código: es un código de razones o justificaciones de la cercanía o alejamiento entre dos áreas involucradas. Tabla 51. Código de Razones. Número Razón o justificación 1 Por Control 2 Por Higiene 3 Por Proceso 4 Por Conveniencia 5 Por Seguridad Tabla 52. Código de Proximidad. Letra A E I O U X XX Orden de Proximidad Absolutamente necesaria Especialmente importante Importante Ordinaria o normal Un importante Indeseable Muy indeseable Fuente: Evaluación de Proyectos.Gabriel Bacca Urbina, 2006,5ta Edición.Mc Graw Hill, México. 130

145 131

146 Figura 24. Diagrama de Actividades del Área de Planta 132

147 Fuente: Elaboración Propia. 133

148 Canal Entrada Tanque Desarenador Separado Canal Parshall C Tanque Estabilización Residuos. Ca Filtros Reactor D Filtros Residuos S T Tanque Reactor Agua Residual Tratada Cl 2 Usos Varios. Biogás Descarga al Ambiente Marino. Figura 25. Diagrama de Flujo de la PTAR Fuente: Elaboración Propia. 134

149 En la Figura 25, los elementos ubicados en la parte izquierda señalados con las letras: C, Ca, D, S, T y Cl 2 corresponden a un Canal de Derivación que funcionará en aquellos momentos en que se puedan presentar dificultades para la operatividad del tratamiento con los reactores U.A.S.B., u otros elementos del sistema de tratamiento de las aguas residuales en la PTAR, seguidamente se definen los elementos antes señalados para el canal de derivación: - C: Compuerta - Ca: Canal de entrada de las aguas residuales con rejilla gruesa. - D: Desarenador - S: Separador de aceites y grasas. - T: Tanque de estabilización de flujo - Cl 2 : Cloración. Seguidamente, se muestra en la Figura 26, el plano de distribución de planta, para la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales: Los números 1, 2, 3, 4 y 5 indican:. 1 Caseta de Vigilancia entrada a la PTAR.. 2 Oficina Administrativa.. 3 Jefatura de Planta.. 4 Talleres Electro-Mecánicos.. 5 Almacén Suministros. 135

150 Figura 26. Plano de distribución de planta Entrada aguas residuales Acceso PTAR C Residuos 1 Ca Lodos 2 D 3 S T Cl 2 Agua tratada para usos varios. Biogás 4 Casilla de Vigilancia 136

151 5 Laboratorio Control de Calidad Descarga al cuerpo receptor (mar). CAPÍTULO VI EVALUACIÓN ECONÓMICA El estudio de la Evaluación Económica constituye la parte final de la secuencia del análisis de factibilidad para un proyecto determinado. Es bien conocido que el dinero disminuye su valor real en el transcurso del tiempo, a una tasa aproximadamente igual al nivel o tasa de inflación para un determinado momento, lo que nos indica que el método de análisis que será aplicado para efectuar la evaluación económica del presente proyecto, deberá tomar en consideración el cambio que experimenta el valor real del dinero en el tiempo, así como identificar, cuantificar y valorar los costos y beneficios sociales del proyecto. Debemos indicar que el presente proyecto que constituye el desarrollo del Trabajo de Grado, está dirigido principalmente a solventar un problema de salud pública y al saneamiento ambiental de un ecosistema que cada día que transcurre hay afectación de manera directa sobre los seres vivos, tanto personas, así como la fauna y la flora de los cuerpos de aguas receptores y del ambiente circundante. 6. Identificación, cuantificación y valoración de los costos. Seguidamente se muestran los costos de inversión para la PTAR. 6.1 Costos de inversión. Los costos de inversión, incluyen los costos de adquisición e instalación de cada uno de los componentes para la PTAR, seguidamente se muestran algunos de ellos evaluados de manera individual y otros de manera general, ello motivado a evitar la saturación de contenidos con valores generados por los mismos. Estos costos se encuentran fundamentados y han sido tomados de una fuente secundaria como lo es APV SOFTWARE C.A.; empresa Venezolana que emite en su página de internet, Web. APV. SOFTWARE, costos referidos a edificaciones, 137

152 mano de obra directa, materiales y equipos varios, así como otros elementos de costos en el sector de construcción en el campo de la ingeniería. Reiterando lo antes manifestado, debido a que la construcción de este proyecto de PTAR, es en sí un proyecto de gran importancia para la población de Naiguatá, desde el punto de vista de salud pública y de conservación y preservación del ambiente, el mismo no tiene una finalidad comercial, aún y cuando pueda el proyecto generar ingresos por la venta al público de tres elementos que se obtendrán por el proceso en sí, tales como, el agua residual tratada, la cual puede ser utilizada para riego de plantas y/o arboles no alimenticios o frutales, limpieza de calles, aceras y baños entre otros, el lodo que bien puede ser tratado y empleado como nutriente en el sector o campo agrícolas, y el biogás como un elemento para la cocción como sustituto del gas doméstico o fuente de energía alternativa. Se hará necesario establecer un tiempo o período determinado, para la recuperación de la gran inversión que se requerirá en la construcción y puesta en marcha de esta futura planta de tratamiento de aguas residuales para la población de Naiguatá Costos estimados para el proyecto de la PTAR. Fuente: APV. SOFTWARE C.A.; Fecha de emisión 7 septiembre de a- Terreno o superficie requerida para la PTAR. b- Canal de entrada para las aguas residuales a la PTAR. c- Tanque para residuos gruesos, cribas o rejillas gruesas. d- Desarenador. e- Cribas o rejillas finas. 138

153 f- Sedimentador o separador de aceites y grasas. g- Tanque de estabilización. h- Reactores U.A.S.B. i- Filtros de Carbón Activado y de Arena. j- Tanque almacenaje aguas residuales tratadas k- Tubería de descarga de aguas residuales al cuerpo receptor marino. l- Canal de Derivación o Canal de Emergencia. m- Edificaciones. n- Personal para la operatividad de la PTAR. o- Otros costos, (Electricidad, consumo agua potable y mantenimiento de la PTAR) Costos estimados para el proyecto de la PTAR. Los costos para la realización del presente proyecto, estarán basados en las siguientes fuentes: a) Banco Central de Venezuela. b) SENIAT,(Servicio Nacional de Administración Aduanera y Tributaria) c) INPC, Instituto Nacional de Precios al Consumidor. d) APV. SOFTWARE, C.A. (Precios Unitarios Generadores de Obras Civiles), Septiembre Índice de Inflación en Venezuela. Seguidamente se muestran en la Tabla 53, la inflación en Venezuela durante los últimos veintiocho años, indicador de la economía nacional durante el período , será la base de partida para la estimación de costos para los próximos cinco años,

154 Tabla 53. Índice de Inflación en Venezuela, ( ). Año Inflación,% Año Inflación,% , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,0 Fuente: Banco Central de Venezuela, Enero Elaboración Propia Figura 27. Grafica Índice de Inflación-Tiempo, ( ) Tomando como indicador la inflación para los últimos cinco años, , para de esa manera aplicar el software estadístico SPSS-IBM-19, de manera de obtener la recta de regresión lineal la cual nos permitirá pronosticar el índice inflación para los próximos cinco años, , y tomando la media geométrica como factor de multiplicación para los costos directos e indirectos, así como los precios de ventas para los futuros productos a generar en la PTAR, tendremos: Tabla 54. Índices de inflación referenciales para proyección. Año Período Inflación,% , , , ,5 140

155 ,7 Fuente: Banco Central de Venezuela, Enero Elaboración Propia Resultados obtenidos de la aplicación del software estadístico IBM SPSS 19. Figura 28. Variables estadísticas Inflación Tiempo GET FILE='C:\Users\Carlos\Documents\datos del proyecto.sav'. DATASET NAME Conjunto_de_datos1 WINDOW=FRONT. REGRESSION /DESCRIPTIVES MEAN STDDEV CORR SIG N /MISSING LISTWISE /STATISTICS COEFF OUTS CI(95) BCOV R ANOVA COLLIN TOL CHANGE ZPP /CRITERIA=PIN(.05) POUT(.10) /NOORIGIN /DEPENDENT INFLACION /METHOD=ENTER PERIODO /RESIDUALS DURBIN HISTOGRAM(ZRESID) NORMPROB(ZRESID). 141

156 Regresión 142

157 Notas Resultados creados 15-feb :43:45 Comentarios Entrada Datos C:\Users\Carlos\Documents\datos del proyecto.sav Conjunto de datos activo Conjunto_de_datos1 Filtro <ninguno> Peso <ninguno> Segmentar archivo <ninguno> Núm. de filas del archivo de 5 trabajo Tratamiento de los datos perdidos Definición de perdidos Los valores perdidos definidos por el usuario se tratarán como perdidos. Casos utilizados Los estadísticos se basan en los casos sin valores perdidos para ninguna variable de las utilizadas. Sintaxis REGRESSION /DESCRIPTIVES MEAN STDDEV CORR SIG N /MISSING LISTWISE /STATISTICS COEFF OUTS CI(95) BCOV R ANOVA COLLIN TOL CHANGE ZPP /CRITERIA=PIN(.05) POUT(.10) /NOORIGIN /DEPENDENT INFLACION /METHOD=ENTER PERIODO /RESIDUALS DURBIN HISTOGRAM(ZRESID) NORMPROB(ZRESID). Recursos Tiempo de procesador 00 00:00:01,606 Tiempo transcurrido 00 00:00:02,145 Memoria necesaria Memoria adicional requerida para los diagramas de residuos 1356 bytes 656 bytes [Conjunto_de_datos1] C:\Users\Carlos\Documents\datos del proyecto.sav 143

158 Estadísticos descriptivos Media Desviación típica N INFLACION 31, , PERIODO 3,0000 1, Correlaciones INFLACION PERIODO Correlación de Pearson INFLACION 1,000,548 PERIODO,548 1,000 Sig. (unilateral) INFLACION.,170 PERIODO,170. N INFLACION 5 5 PERIODO 5 5 Variables introducidas/eliminadas b Variables Variables Modelo introducidas eliminadas Método 1 PERIODO a. Introducir a. Todas las variables solicitadas introducidas. b. Variable dependiente: INFLACION 144

159 Resumen del modelo b Error típ. Estadísticos de cambio R cuadrado de la Cambio en R Modelo R R cuadrado corregida estimación cuadrado Cambio en F gl1 gl 1,548 a,300,066 12,19140,300 1,285 1 a. Variables predictoras: (Constante), PERIODO b. Variable dependiente: INFLACION ANOVA b Modelo Suma de cuadrados gl Media cuadrática F Sig. 1 Regresión 190, ,969 1,285,339 a Residual 445, ,630 Total 636,860 4 a. Variables predictoras: (Constante), PERIODO b. Variable dependiente: INFLACION 145

160 Coeficientes no estandarizados Coeficientes tipificados Coeficientes a Intervalo de confianza de 95,0% para B Correlac B e t Límite Límite Orden Modelo B Error típ. a Sig. inferior superior cero Parci 1 (Constante ) 17,990 12,786 1,407,254-22,702 58,682 PERIODO 4,370 3,855,548 1,134,339-7,899 16,639,548 a. Variable dependiente: INFLACION Correlaciones de los coeficientesa Modelo PERIODO 1 Correlacio nes Covarianz as PERIODO PERIODO 146

161 Coeficientes a Coeficientes no Coeficientes Intervalo de confianza de estandarizados tipificados 95,0% para B Correlac Sig. B e t Límite Límite Orden Modelo B Error típ. a inferior superior cero Parci 1 (Constante ) 17,990 12,786 1,407,254-22,702 58,682 PERIODO 4,370 3,855,548 1,134,339-7,899 16,639,548 a. Variable dependiente: INFLACION Correlaciones de los coeficientesa Modelo PERIODO a. Variable dependiente: INFLACION 147

162

163 Diagnósticos de colinealidad a Modelo Dimensión Autovalores Índice de condición Proporciones de la varianza (Constante) PERIODO 1 1 1,905 1,000,05,05 2,095 4,467,95,95 a. Variable dependiente: INFLACION Estadísticos sobre los residuos a Mínimo Máximo Media Desviación típica N Valor pronosticado 22, , ,1000 6, Residual -15, ,86000, , Valor pronosticado tip. -1,265 1,265,000 1,000 5 Residuo típ. -1,310 1,055,000,866 5 a. Variable dependiente: INFLACION 1

164 Gráficos 2

165 De acuerdo al análisis estadístico efectuado, SPSS-IBM-19, se obtiene la recta de regresión lineal que se muestra a continuación: Y = 17, ,370 * X Para Y = inflación en el tiempo X X = período considerado, Aplicando la ecuación anterior para los cinco próximos años tendremos: 3