ESTUDIO DE LA REMOCIÓN DE CONTAMINANTES QUÍMICOS Y MICROBIOLÓGICOS EN AGUAS DEL RÍO CHOQUEYAPU RESUMEN Espinoza Graciela 1, Briançon Maria Eufemia 2, Astorga Edwin 3 Trabajo de investigación realizado en el laboratorio del Instituto de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, para obtener la remoción de contaminantes químicos y microbiológicos en muestras de aguas residuales provenientes del río Choqueyapu (obtenidas a la altura del puente Lipari), donde se emplearon diferentes coagulantes inorgánicos como ser,, y una combinación de y en diferentes concentraciones. Se aplicó la Prueba de Jarras con cada uno de los coagulantes mencionados y se obtuvieron las dosis adecuadas para una buena remoción. Asimismo, se efectuaron los análisis físico-químicos y microbiológicos en las muestras de aguas que fueron sometidas a dichas pruebas, y se obtuvieron remociones mayores a: 93% en turbiedad, 97% en Hierro, 46% en Manganeso, 81% en materia orgánica como DQO, 27% en Nitrógeno Total, 82% en Coliformes Totales y 91% en Coliformes Termorresistentes. ANTECEDENTES Las aguas superficiales contienen sustancias en suspensión y disueltas, las cuales pueden ser orgánicas e inorgánicas. Las materias en suspensión pueden tener un tamaño y densidad tal que pueden eliminarse del agua por simple sedimentación, pero algunas partículas son de un tamaño tan pequeño y tienen una carga eléctrica superficial que las hace repelerse continuamente, impidiendo su aglomeración y formación de una partícula más pesada y poder así sedimentar. La coagulación, en el proceso de tratamiento del agua, tiene por objeto agrupar estas partículas coloidales dispersas en el agua en otras más voluminosas y pesadas que puedan ser separadas más fácilmente del agua. Generalmente se aplica como coagulantes el o el, de forma que los cationes trivalentes de o de Hierro, neutralicen las cargas eléctricas negativas que suelen rodear a las partículas coloidales dispersas en el agua. PROBLEMÁTICA Es de conocimiento de la población de la ciudad de La Paz, la problemática de la contaminación del río Choqueyapu convertido en una cloaca pública, con elevados niveles de materia orgánica, nutrientes y metales. 1 Lic. Química Docente Investigadora del IIS-UMSA. 2 Lic. Bioquímica Docente Investigadora del IIS-UMSA. 3 Ing. Civil Especialista. Docente Investigador del IIS-UMSA. Las urbanizaciones, comercios, industrias, centros hospitalarios, etc., vierten sus residuos, sin ningún tratamiento, a lo largo de este río, el cual se ha convertido en una alcantarilla abierta que lleva los residuos aguas abajo. Los estudios sobre las aguas del río Choqueyapu y de sus principales tributarios (Orkojahuira, Cotahuma, Irpavi, Achumani y Huayñajahuira), indican que la calidad del agua de estos ríos es similar a la que se observa en los afluentes a las plantas de tratamiento de aguas residuales, más que a las aguas de otros ríos. Las actividades agrícolas, ganaderas y mineras son escasas en las cabeceras de los ríos por lo que su influencia en la calidad de las aguas en el área urbana es mínima. OBJETIVOS Aplicar y evaluar la eficiencia de los coagulantes, y, en el tratamiento de las aguas del río Choqueyapu. Determinar la dosis de coagulante que produce la más rápida desestabilización de las partículas coloidales, que permita la formación de un floc pesado y compacto, y que pueda ser fácilmente retenido en los sedimentadores. METODOLOGÍA 1. El estudio se llevó a cabo entre los años 2005 y 2006. Se efectuaron dos muestreos de agua en el río Choqueyapu, a la altura del puente Lipari, en época de lluvias (15 de marzo
de 2006) y en época seca (7 de Septiembre de 2006), esto con la finalidad de comparar y relacionar los resultados obtenidos en dos épocas del año diferentes. Fig. 1: Punto de muestreo en el río Choqueyapu, a la altura del puente Lipari 2. En las muestras de agua cruda se efectuó la determinación de parámetros de calidad físicos, químicos y bacteriológicos, con el fin de caracterizarla (tablas 1 y 2). 3. Se realizó las Pruebas de Jarras en las muestras de agua obtenidas, empleando como coagulantes:, hexahidratado,, y una combinación de y Cal Apagada, con el fin de determinar la dosis óptima de coagulante. Fig. 2: Equipo de Prueba de Jarras, con las muestras de agua del río Choqueyapu 4. Posteriormente se determinaron los siguientes parámetros: Turbiedad,, Hierro, Manganeso, Cobre, Plomo, Zinc, Demanda Química de Oxígeno, Nitrógeno Total, Fósforo Total, Coliformes Totales y Termorresistentes. 5. Se analizaron los resultados obtenidos. RESULTADOS Calidad del agua cruda N de muestra IIS 68 / 06 Turbiedad UTN 138 Sólidos totales mg/l 2302,00 Sólidos suspendidos mg/l 1964,00 Sólidos disueltos mg/l 338,00 7,88 Conductividad μs/cm 46 Hierro Total mg Fe/L 45,25 Manganeso mg Mn/L 0,79 Cobre mg Cu/L 0,07 Plomo mg Pb/L 0,09 Zinc mg Zn/L 0,35 Sulfatos mg SO 4-2 /L 79,95 Nitratos mg NO 3-2 /L 1,50 s mg Cl - /L 26,80 D.B.O. mg O 2/L 22,00 D.Q.O. mg O 2/L 52,00 Nitrógeno Total mg N T-Kj-N/L 16,80 Fósforo Total mg P/L 0,41 Coliformes Totales UFC/100 ml 9,2 10 8 Coliformes Termorresistentes UFC/100 ml 1,6 10 6 Tabla 1: Calidad del agua cruda en la época de lluvia (15 de marzo de 2006) N de muestra IIS 525 / 06 Turbiedad UTN 368,00 Sólidos totales mg/l 1028,00 Sólidos suspendidos mg/l 566,00 Sólidos disueltos mg/l 462,00 8,08 Conductividad μs/cm 846,00 Hierro Total mg Fe/L 9,80 Manganeso mg Mn/L 0,45 Cobre mg Cu/L < 0,05 Plomo mg Pb/L 0,20 Zinc mg Zn/L 0,37 Sulfatos mg SO 4-2 /L 157,43 Nitratos mg NO 3-2 /L 3,32 s mg Cl - /L 42,60 D.B.O. mg O 2/L 58,00 D.Q.O. mg O 2/L 15 Nitrógeno Total mg N T-Kj-N/L 30,80 Fósforo Total mg P/L 0,41 Coliformes Totales UFC/100 ml 1,0 10 7 Coliformes Termorresistentes UFC/100 ml 3,5 10 6 Tabla 2: Calidad del agua cruda en la época seca (7 de marzo de 2006)
Hierro - Manganeso Coli Total y Termorresistente (UFC/100 ml) Turbiedad (UTN) DQO - Nitrógeno - Fósforo Resultados de las Pruebas de Jarras En la tabla 3 y en las figuras 2, 3, 4 y 5, se presenta como ejemplo, los resultados obtenidos en las Pruebas de Jarras de la muestra correspondiente a la época de lluvia, utilizando como coagulante, con dosis de 10, 20, 40, 60, 80 y 100 mg/l. Vaso 1 2 3 4 5 6 N de muestra IIS 79/06 80/06 81/06 82/06 83/06 84/06 Dosis de mg/l 1 2 4 6 8 10 Turbiedad UTN 58,20 28,40 7,92 3,84 5,02 11,80 7,63 7,52 7,24 7,08 6,92 6,78 Hierro Total mg Fe/L 0,32 0,18 0,11 0,09 0,09 0,13 Manganeso mg Mn/L 0,25 0,24 0,24 0,24 0,25 0,27 Cobre mg Cu/L < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 Zinc mg Zn/L < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 D.Q.O. mg O 2 /L 8,00 6,00 4,00 4,00 4,00 4,00 Nitrógeno Total mg N T-Kj -N/L 16,80 15,40 12,40 11,20 13,40 15,40 Fósforo Total mg P/L < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 Coliformes Totales UFC/100 ml 1,9 10 7 1,0 10 7 9,7 10 5 3,0 10 5 2,0 10 5 8,0 10 5 Coliformes Termorresistentes UFC/100 ml 4,8 10 5 2,9 10 5 3,0 10 4 1,0 10 4 1,3 10 4 8,0 10 4 Volumen lodos 30 minutos ml/2 L 2 2 2 2 2 2 Tabla 3: Resultados de la Prueba de Jarras empleando, en época de lluvias 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 Dosis de 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 Dosis de Turbiedad DQO Nitrógeno Fósforo Fig. 2: Variación de turbiedad y utilizando Sulfato de en época de lluvias Fig. 4: Variación de D.Q.O., Nitrógeno y Fósforo utilizando en época de lluvias 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 Dosis de 1,0E+08 1,0E+07 1,0E+06 1,0E+05 1,0E+04 1,0E+03 1,0E+02 1,0E+01 1,0E+00 Dosis de Hierro Manganeso Coli Total Coli Termorresistente Fig. 3: Variación de Hierro y Manganeso utilizando en época de lluvias Fig. 5: Variación de Coliformes Totales y Termorresistentes utilizando en época de lluvias
Hierro - Manganeso Coli Total y Termorresistente (UFC/100 ml) Turbiedad (UTN) DQO - Nitrógeno Mejores resultados en época de lluvia A continuación, en la tabla 4 y en las figuras 6, 7, 8 y 9, se presenta un resumen de los mejores resultados obtenidos con los coagulantes, y sus porcentajes de remoción, en la muestra correspondiente a la época de lluvia. Coagulante + N de muestra IIS 82/06 88/06 94/06 82/06 Dosis de Coagulante mg/l 6 12 ---- 6 Dosis de mg/l ---- ---- 20 10 Turbiedad UTN 3,84 99,7% 1,62 99,9% 58,40 95,8% 4,86 99,7% 7,08 6,40 9,84 9,32 Hierro Total mg Fe/L 0,09 99,8% 0,38 99,2% 0,28 99,4% 0,06 99,9% Manganeso mg Mn/L 0,24 69,6% 0,35 55,7% 0,11 86,1% 0,10 87,3% Cobre mg Cu/L < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 Zinc mg Zn/L < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 D.Q.O. mg O 2 /L 4,00 92,3% 4,00 92,3% < 2,00 98,1% 8,00 84,6% Nitrógeno Total mg N T-Kj -N/L 11,20 33,3% 10,40 38,1% 12,20 27,4% 11,20 33,3% Fósforo Total mg P/L < 0,01 < 0,01 < 0,01 < 0,01 Coliformes Totales UFC/100 ml 3,0 10 5 99,9% 5,0 10 3 99,9% 4,2 10 3 99,9% 5,9 10 2 99,9% Coliformes Termorresistentes UFC/100 ml 1,0 10 4 99,4% 4,0 10 2 99,9% 4,0 10 2 99,9% 4,5 10 1 99,9% Volumen lodos 30 minutos ml/2 L 2 19,00 3 28,00 Tabla 4: Resultados de las mejores dosis con diferentes coagulantes en época de lluvias 7 14,00 6 12,00 5 1 4 8,00 3 6,00 2 4,00 1 2,00 de de Turbiedad DQO Nitrógeno Fig. 6: Valores óptimos de Turbiedad y a partir de las Pruebas de Jarras en época de lluvias Fig. 8: Valores óptimos de D.Q.O. y Nitrógeno Total a partir de las Pruebas de Jarras en época de lluvias 0,40 1,0E+06 0,35 0,30 0,25 1,0E+05 1,0E+04 0,20 1,0E+03 0,15 0,10 0,05 1,0E+02 1,0E+01 de 1,0E+00 de Hierro Manganeso Coli Total Coli Termorresistente Fig. 7: Valores óptimos de Hierro y Manganeso a partir de las Pruebas de Jarras en época de lluvias Fig. 9: Valores óptimos de Coli Total y Termorresistente a partir de las Pruebas de Jarras en época de lluvias
Hierro - Manganeso Coli Total y Termorresistente (UFC/100 ml) Turbiedad (UTN) DQO - Nitrógeno Mejores resultados en época seca A continuación, en la tabla 5 y en las figuras 10, 11, 12 y 13, se presenta un resumen de los mejores resultados obtenidos con los coagulantes, y sus porcentajes de remoción, en la muestra correspondiente a la época seca. Coagulante + N de muestra IIS 530/06 538/06 545/06 551/06 Dosis de Coagulante mg/l 6 12 ---- 6 Dosis de mg/l ---- ---- 50 10 Turbiedad UTN 4,28 98,8% 1,46 99,6% 22,60 93,9% 4,32 98,8% 7,26 6,76 10,83 9,24 Hierro Total mg Fe/L < 0,05 99,8% 0,27 97,2% 0,05 99,5% < 0,05 99,8% Manganeso mg Mn/L 0,23 48,9% 0,24 46,7% 0,05 88,9% 0,12 73,3% Cobre mg Cu/L < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 Zinc mg Zn/L < 0,05 < 0,05 < 0,05 < 0,05 D.Q.O. mg O 2 /L 28,00 81,3% 1 93,3% 16,00 89,3% 1 93,3% Nitrógeno Total mg N T-Kj -N/L 21,00 31,8% 21,00 31,8% 21,00 31,8% 16,80 45,5% Fósforo Total mg P/L 0,03 < 0,01 < 0,01 < 0,01 Coliformes Totales UFC/100 ml 1,8 10 6 82,0% 1,0 10 6 90,0% 3,1 10 5 96,9% 8,8 10 4 99,1% Coliformes Termorresistentes UFC/100 ml 3,1 10 5 91,1% 6,5 10 4 98,1% 4,4 10 4 98,7% 5,4 10 3 99,8% Volumen lodos 30 minutos ml/2 L 2 18,00 2 19,00 Tabla 5: Resultados de las mejores dosis con diferentes coagulantes en época seca 25,00 3 2 25,00 15,00 1 2 15,00 1 5,00 5,00 de de Turbiedad DQO Nitrógeno Fig. 10: Valores óptimos de Turbiedad y a partir de las Pruebas de Jarras en época seca 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 Fig. 12: Valores óptimos de D.Q.O. y Nitrógeno Total a partir de las Pruebas de Jarras en época seca 1,0E+07 1,0E+06 1,0E+05 1,0E+04 1,0E+03 1,0E+02 1,0E+01 de 1,0E+00 de Hierro Manganeso Coli Total Coli Termorresistente Fig. 11: Valores óptimos de Hierro y Manganeso a partir de las Pruebas de Jarras en época seca Fig. 13: Valores óptimos de Coli Total y Termorresistente a partir de las Pruebas de Jarras en época seca
Fig. 14: Equipo de Prueba de Jarras CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES En lo que respecta a la eficacia que tiene la Prueba de Jarras con diferentes coagulantes como ser,,, y una combinación de Cal Apagada con se concluyó lo siguiente. Para muestras de aguas residuales, como en nuestro caso las aguas del río Choqueyapu altura puente Lipari, se tuvo buenos resultados en cuanto a remociones de Turbiedad, Metales Pesados y Demanda Química de Oxígeno, tanto en época de lluvias como seca. Respecto al Nitrógeno Total y Fósforo Total concluimos indicando que la remoción no es significativa en muestras de agua residual tanto en época de lluvias como seca. En lo que respecta a la contaminación microbiológica, se obtuvo buena remoción utilizando la combinación de con. Se puede observar que en general se tienen buenas eficiencias de remoción con los diferentes coagulantes, y cada uno de ellos tiene ciertas ventajas sobre los otros. Cuando se utiliza, por ejemplo, el contenido de Hierro en las muestras se incrementa a mayor dosis aplicada. Sin embargo, en las muestras de agua residual en las dos épocas y con la mejor dosificación que recae en 120 mg/l no superan los 0,38 mg/l de Fe después de la prueba. Las mejores dosificaciones en época de lluvias con los diferentes coagulantes son: 60 mg/l de ; 120 mg/l de hexahidratado; 200 mg/l de Cal apagada y en la combinación de Cal Apagada y es de 100 y 60 mg/l respectivamente. Las mejores dosificaciones en época seca con los diferentes coagulantes son: 60 mg/l de ; 120 mg/l de hexahidratado; 500 mg/l de y en la combinación de Cal Apagada y es de 100 y 60 mg/l respectivamente. Fig. 15: Detalle del sistema de toma de muestras REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS AISA Aguas del Illimani SA Estudio de Factibilidad Saneamiento del Río La Paz, 2001. CEPIS Tratamiento: Filtración Rápida Manual II Criterios de Selección, 1992. Díaz, José. Análisis complementario del curso receptor del río Choqueyapu, determinación de la calidad del agua, 1997. GITEC. Plan Maestro de los Sistemas de Alcantarillado Sanitario de la ciudad de La Paz, 1982. JICA. Estudio para el Control de la Contaminación de los ríos de la ciudad de La Paz, 1993. Metcalf & Hedí. Tratamiento y depuración de aguas residuales. Labor, S.A. Barcelona, España, 1981. Romero Jairo. Calidad de Agua 2da. Edición Alfa Omega, México. 1999.