Modelo de Lodos Activados en El Valle Del Mantaro

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

TF.SIS ~

~

MODELO DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES LODOS ACTIVADOS CONVENCIONAL EN EL VALLE DEL MANTARO

PRESENTADO POR EL BACHILLER:

RAMOS VARGAS, Crlstlan Armando PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE: INGENIERO CIVIL

HUANCAYO·PERÚ 201.

PRESENTACIÓN

Página

11

ÍNDICE MIEMBROS DEL JURADO •..••••.•••.•••.•••••••••••••••••••••••.•••.••••••••••.••••.•••••.••.•..•.•••••••••••••V AGRADECIMIENTOS •.•••.•.•••••••..•.••..•••••.•..•..•••••••••..••••••••••.••.••.•..••.••••••••.•.•.•••..•....•• VI DEDICATORIA ••••••••.••••.•••••.•••••.•••••.•••••.•••••••••••••••••••••.•••••.•••••••••••••••••••••••••.••..••••.• VIl ,

INDICE DE FIGURAS •••••••••••••••••••••••••.••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.•••••••••••••••••••••.••••.VIII

INDICE DE TABLA.S ••••••••••••••••••••••••••••••.•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.•••••••• X ,

INDJCE DE ILUSTRACIONES •••••••••••••••••.•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.•••••••••••••••••••• XII

INDICE DE PLANOS •••••••.••••••••••••••••••••••.••.••••••••.•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• XIII LISTA DE SIMBOLOS Y ABREVIATURAS ............................................................... XIV LISTA DE SIGLAS Y ACRÓNIMOS ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.••••••••.••••• XVI

RESUMEN ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••.•••••••••••••••••••••••••••••••••..••••••••••••.•••••••••.•• XVII INTRODUCCIÓN •••••••••••••.••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• XVIII CAPÍTULO 1 PLA.NTEAMIENTO DE LA. INVESTIGACIÓN 1.1.

1.2.

1.3.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ••.•.•••.••.•••••.•••••••••••••••.••••.•.••••.•.•.••.••••..• 22

1.1.1.

PROBLEMA GENERAL ...................................................................... 22

1.1.2.

PROBLEMA ESPECÍFICOS ................................................................. 22

OBJETIVO ••.••.••.•••••••.•••••.••••••.••••.•••••••..••••••.••.••..••••..•••.•..•.••••.•••.•••.••.••..•••• 22

1.2.1.

OBJETIVO GENERAL ........................................................................ 22

1.2.2.

OBJETIVO ESPECÍFICOS ................................................................... 22

JUSTIFICACIONES ...•..••..•..•••••.•••••••.••.•••.••••...••.•..••..••..••.••.•••.••...•..••••.•••..•• 23

1.3.1. JUSTIFICACION DE LA METODOLOGIA ............................................ 23 1.3.2. 1.4.

1.5.

OBJETIVOS DE LA METODOLOGIA .................................................. 23

FORMULA.CJÓN DE LA HIPÓTESIS ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 24

1.4.1.

HIPÓTESIS GENERAL........................................................................ 24

1.4.2.

HIPÓTESIS ESPECÍFICAS ................................................................... 24

VARIABLES .••...••••••..•••••••.•.••••••••••.•••.••.••.••.•..••.••••••.••.••••.•••••.••••••.•••.•.••..•.. 24

1.5.1.

VARIABLE INDEPENDIENTES .....................•..................................... 24

1.5.2.

VARIABLES DEPENDIENTES ............................................................. 25

Bach. Cristian A. Ramos Vargas

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PRESENTACIÓN 1.6.

Página

ID

ORGANIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN .................................................... 25

1.6.1.

DELIMITACIÓN GEOGRÁFICA DE INVESTIGACIÓN .......................... 25

1.6.2.

LIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN ............................................ 26

1.6.3.

VIGENCIA DE LA INVESTIGACIÓN .................................................... 27 CAPfTULO 11 MARCO TEÓRICO

2.1.

2.2.

2.3.

2.4.

2.5.

ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACION .................................................... 29

2.1.1.

ANTECEDENTES NACIONALES ......................................................... 29

2.1.2.

ANTECEDENTES INTERNACIONALES ............................................... 29

AGUA RESIDUAL (AR) ............................................................................... 30

2.2.1.

CLASIFICACIÓN DE AGUAS RESIDUALES (OEFA- MINAM, 2014) .... 30

2.2.2.

COMPOSICION DEL AGUA RESIDUAL.. ............................................ 32

2.2.3.

EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA RESIDUAL. ...................... 35

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES .................................................... 36

2.3.1.

ANTECEDENTE HISTÓRICO .............................................................. 37

2.3.2.

TIEMPO DE RETENCIÓN HIDRÁULICO ............................................. 38

2.3.3.

MÉTODOS DE TRATAMIENTO ......................................................... 38

2.3.4.

CLASIFICACIÓN DEL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ......... 39

NORMATIVA Y FISCALIZACIÓN AMBIENTAL. ............................................. 87

2.4.1.

ESTRATEGIA AMBIENTAL ................................................................ 87

2.4.2.

NORMATIVA EN EL PERÚ ................................................................ 91

2.4.3.

FISCALIZACIÓN AMBIENTAL. ........................................................... 92

PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS Y/0

MUNICIPALES (PTAR) ........................................................................................... 98 2.5.1.

DIRECTRICES DE DISEÑO PARA LAS PLANTAS DE TRATAMIENTO .. 98

2.5.2.

CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS PROCESOS DE

TRATAMIENTO ..................................................................................................... 101 2.5.3.

PLANTAS DE TRATAMIENTO EN EL PERÚ ...................................... 102

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PRESENTACIÓN 2.5.4.

Página

¡m

COSTOS DE INVERSIÓN, OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LAS

PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES TÍPICAS DE LIMA ............. 107 CAPÍTULO 111 METODOLOG(A 3.1.

DESCRIPCIÓN DE AREA DE INVESTIGACIÓN ............................................ 110

3.1.1.

GEOGRAFÍA DEL VALLE DEL MANTARO ........................................ 110

3.1.2.

PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS SOCIOECONÓMICAS .................. 113

1

3.2.

METOD0 ................................................................................................ 114

3.3.

PROCEDIMIENTO DE INVESTIGACIÓN ..................................................... 114

3.4.

INSTRUMENTOS Y HERRAMIENTAS ........................................................ 118

3.5.

EVALUACIÓN DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

EXISTENTES ....................................................................................................... 118

3.6.

PARAMETROS DE COMPARACIÓN .......................................................... 119

3.7.

DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN ...................................................... 119

3.7.1.

DISTRITO DE HUANCÁN ................................................................ 119

3.7.2.

DISTRITO DE TRES DE DICIEMBRE ................................................. 122

3.7.3.

DISTRITO DE VIQUES ..................................................................... 122

3.7.4.

PROVINCIA DE JAUJA .................................................................... 123

3.7.5.

PROVINCIA DE CONCEPCIÓN ........................................................ 125

3.7.6.

PROVINCIA DE HUANCAYO ........................................................... 127

3.8.

CARACTERIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES EN EL VALLE DEL MANTARO 128

3.9.

SELECCIÓN DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ....... 132

3.9.1. EFICIENCIA REMOCIONAL. ............................................................... 132 3.9.2. COSTO DE INVERSIÓN ...................................................................... 133 3.9.3. COSTO DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO ................................... 136 3.10.

MODELO ADOPTADO ........................................................................... 137

PRIMER CASO.- COMPLEMENTO A UN SISTEMA DE TRATAMIENTO EXISTENTE ......................................................................................................................137 _SEGUNDO CASO.- UNA NUEVA PLANTA DE TRATAMIENTO ............................... 141

Bach. Cristian A. Ramos Vargas

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CAPÍTULO IV RESULTADOS 4.1. RESULTADO 01: DIAGNÓSTICO SITUACIONAL DE PLANTAS DE TRATAMIENTO EN EL VALLE DEL MANTAR0 ............................................................................... 147

4.2. RESULTADO 02: MODELO OPTIMIZADO ..................................................... 149 4.3. RESULTADO 03: METODOLOGÍA DE PLANTEAMIENTO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO AGUAS RESIDUALES DE LODOS ACTIVADOS ••••••••••••••••••••••••••••••• lSS CAPÍTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1. CONCLUSIONES ........................................................................................... 159 5.2. RECOMENDACIONES ................................................................................... 161 BIBLIOGRAFÍA.................................................................................................... 163 ANEXOS ............................................................................................................. 168

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IV

MIEMBROS DEL JURADO

M. SC. Betty Condori Quispe Jurado Titular

M. SC. Richard Reymundo Gamarra Jurado Titular

M. SC. Ronald Santana Tapia Jurado Titular

Lic. Roberto Ángeles Vásquez Jurado Suplente

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AGRADECIMIENTOS A los catedráticos de la Facultad de Ingeniería Civil de mi alma máter por su apoyo incondicional y su trabajo constante que se refleja en recompensa en el siguiente trabajo de investigación. Al profesor y amigo asesor de tesis Msc. Ing. Abel Alberto Muñiz Paucarmayta, por la dedicación e interés que mostro para seguir adelante, así como supo guiar como si un barco, encontrar el rumbo y la dirección de este, y así aclarando el camino del sendero de mi investigación. Agradecimiento al Ing. Donald Enrique Berrios Martínez junto con el EPS Municipal Mantaro S.A. - Zonal Concepción por el apoyo moral, y permiso a poder monitorear la planta de tratamiento de aguas residuales de la ciudad de Concepción. Agradecimiento al Municipio de Provincial de Jauja, así también al Municipio Distrital de Huancán por la autorización de monitoreo de la planta de tratamiento de aguas residuales de su jurisdicción. A los Ing. Bladimir Vega Aybar e Ing. Jorge Pascual Vega Aybar por el tiempo tomado en mis preguntas para absolver dudas sobre el tema. Al Ing. Fernando Nicolai Calderón por el apoyo brindado en el transcurso de mi tesis, y reconociendo de su calidad de persona a la vez su profesionalismo, ya que . es un orgullo haber laborado a su lado pudiendo cumplir muchas expectativas. )

A EPS Sedam Huancayo S.A., que mostraron gran preocupación por el tema y por brindarme información solicitada. Agradeciendo a los antecesores de esta investigación, que con gran empeño desempeñaron una preocupación por el tema de esta materia, que como finalidad busca continuar el espíritu de la investigación, y así poder aportar conocimientos que son brindados a nuestra sociedad y así lograr una conciencia de preservación y cuidado del medio ambiente. Agradezco a mis amigos que me incentivaron y apoyaron en el tema de investigación, Flavio Vásquez, Miker Roca, Keny U ceda y Mari ene Huamaní.

Bach. CristianA Ramos Vargas

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DEDICATORIA

A Dios. Mis padres y a mis hermanos,

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¡vm

ÍNDICE DE FIG{fRAS Figura 2.1: Ubicación del valle del Montara ...................................................................................... 26 Figura 2.2: Fuentes de Generación de aguas residuales ..................................................................... 32 Figura 2.3: Esquema de línea de procesos en el tratamiento de aguas residuales .............................. 36 Figura 2.4: Sedimentador primario empleado en tratamiento de agua residual ................................ 44 Figura 2.5: Esquema de un Tanque séptico........................................................................................ 46 Figura 2. 6: Compartimientos de un Tanque lmhoff ........................................................................... 47 Figura 2.7: Diferencia de eficiencia de sistema aeróbico y anaerobio ................................................ 51 Agura 2.8: Esquema de Laguna aireadas .......................................................................................... 53 Figura 2.9: Esquema de una LOE ....................................................................................................... 54 Figura 2.10: Tipos de Lagunas de Estabilización ................................................................................ 55 Figura 2.11: Esquema de funcionamiento de Biodisco ....................................................................... 57 Figura 2.12: Reactores biológicos rotativos de contacto .................................................................... 57 Figura 2.13: Esquema de un filtro percolador .................................................................................... 58 Figura 2.14: Reactor UASB de flujo ascendente ................................................................................. 60 Figura 2.15: Esquema de lodos activados .......................................................................................... 61 Figura 2.16: Sistema mecanizado de tratamiento de agua residual- proceso de lodo activado ......... 62 Figura 2.17: Crecimiento relativo de microorganismos...................................................................... 64 Figura 2.18: Curva de crecimiento Bacteriano típica en el tiempo ..................................................... 65 Figura 2.19: Variación de Sustrato y Biomasa con el tiempo ............................................................. 66 Figura 2.20: Modelo de lodos Activados- Balance de masa .............................................................. 66 Figura 2.21: Balance de masa ........................................................................................................... 67 Figura 2.22: Sedimentación Zonal ..................................................................................................... 69 Figura 2.23: Modelo de un Sedimentador secundario o clarificador. ................................................. 70 Figura 2.24: Parámetros que definen las variantes del proceso convencional de LA . ......................... 72 Figura 2.25: Proceso convencional de Lodos Activados...................................................................... 74 Figura 2.26: Lodos activados de aireación con alimentación escalonada ........................................... 75 Figura 2.27: Lodos activados de mezcla completa ............................................................................. 75 Figura 2.28: Esquema general de lodos activados por de estabilización por contacto........................ 77 Figura 2.29: Metas prioritarias a/2021 Objetivos del Milenio del Plan Nacional de Acción Ambientai-

PLANNA Perú 2011-2021 ................................................................................................................... 89 Figura 2.30: Entidades relacionadas a la Fiscalización Ambiental- Primer escenario ........................ 94 Figura 2.31: Entidades relacionadas a la Fiscalización Ambiental- Segundo escenario ..................... 96

Figura 2.32: Ciclo de manejo de las aguas residuales municipales ..................................................... 98 Figura 2.33: Perfil Longitudinal de emisario submarino- Taboada .................................................. 103 Figura 3.34: Delimitación del Valle del Mantaro .............................................................................. 111 Figura 3.35: Aporte al PBI de principales actividades económiocas en el Departamento de Junín .... 113

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Figura 2.36: Resultados de principales parámetros físico-químicos de aguas residuales domésticas en el Valle del Montara........................................................................................................................ 130 Figura 4.38: PTARs en funcionamiento en el valle del Manta ro ....................................................... 147 Figura 4.39: Tecnologías de plantas de tratamientos de aguas residuales en el Valle del Montara .147 Figura 4.40: Estado de lagunas de estabilización en el Valle del Manta ro ....................................... 148 Figura 4.41: Esquema del Modelo Lodos activados convencional en Warivi/ca- Distrito de Huancán

....................................................................................................................................................... 149 Figura 4.42: Plano de planta de aplicación del modelo lodos activados en Warivilca - Huancán ...... 152 Figura 4.43: Corte A-A ..................................................................................................................... 153 Figura 4.44: Corte 8-B .......................................................................1 ............................................. 153

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ÍNDICE DE TABLAS Tabla 2.1: Provincias componentes del valle del río Mantaro con sus respectivos distritos ................ 25 Tabla 2.2: Características de las aguas residuales y fuentes de origen ............................................... 31 Tabla 2.3: Constituyentes de aguas residuales típicas ....................................................................... 33 Tabla 2.4: Composición típica de tres clases de aguas residuales domésticas .................................... 35 Tabla 2.5: Desarrollo histórico en el tratamiento de aguas residuales ............................................... 37 Tabla 2.6: Opciones de procesos de tratamiento de aguas residuales ............................................... 40 Tabla 2.7: Eficiencia de los procesos de tratamiento de aguas residuales .......................................... 41 Tabla 2.8: Objetivo y parámetros de los procesos de pretratamiento ................................................ 42 Tabla 2.9: Diferencia de tratamento aeróbio y anaerobio ................................................................. 51 Tabla 2.10: Ventajas y desventajas en lagunas de estabilización ....................................................... 55 Tabla 2.11: Información tfpica para sedimentadores secundarios ..................................................... 69 Tabla 2.12: Ventajas y desventajas en Lodos Activados..................................................................... 71 Tabla 2.13: Valores referenciales que recomienda la OS. 090 (RNE, 2006} ......................................... 78 Tabla 2.14: Parámetros a considerar para diseño de lodos activados, según OS. 090 (RNE, 2006) ..... 79 Tabla 2.15: Valores comunes de coeficientes cinéticos para aguas residuales ordinarias .................. 81 Tabla 2.16: Procesos de tratamiento avanzado y eficiencia remocional ............................................ 84 Tabla 2.17: Característica de los Lodos.............................................................................................. 86 Tabla 2.18: Instituciones Participantes de Proyecto SWITCH- Lima .................................................... 88 Tabla 2.19: Meta 1 -Agua- Plan Nacional de Acción ,Ambiental....................................................... 90 Tabla 2.20: Límites Máximos Permisibles para Efluentes de PTAR Domésticas o Municipales ............ 92 Tabla 2.21: Elementos a considerar para selección de PTAR ............................................................ 102 Tabla 2.22: Costos de Inversión de seis plantas de tratamiento evaluadas en Lima (US$) ................ 107 Tabla 3.23: Calculo de Lagunas de Estabilización de la provincia de Jauja ....................................... 124 Tabla 3.24: Vertimientos de agua residual de la ciudad de Huancayo ............................................. 127 Tabla 3.25: Caracterización de aguas residuales en la Cuidad de Huancayo .................................... 128 Tabla 3.26: Resultados de caracterización de aguas residuales en el Valle del Mantaro .................. 129 Tabla 3.27: Resultados de caracterización media de agua residual del Valle del Mantaro ............... 131 Tabla 3.28: Caracterización Optima para el valle del Mantaro ........................................................ 131 Tabla 3.29: Resultados de eficiencia remocional de plantas seleccionadas de aguas residuales ...... 133 Tabla 3.30: Costos de Inversión de cuatro plantas de tratamiento evaluadas en el Valle del Manta ro (US$) ............................................................................................................................................... 134 Tabla 3.31: Costos de Inversión de cuatro plantas de el Valle del Mantaro según la tecnología de tratamiento .................................................................................................................................... 135 Tabla 3.32: Costos de inversión según costo habitante (US$) .. ........................................................ 135 Tabla 4.33: Costos de operación y mantenemineto de lodos activados- Concepción ....................... 136 Tabla 4.34: Diagnóstico General Situacional de PTARs del Valle del Mantaro .................................. 147

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Tabla 4.35: Parámetros para diseño para una planta de lodos activados convenciona/................... 149 Tabla 4.36: Resultado de modelo de lodos activados convencional en Warivilca- Huancán ............ 151 Tabla 4.37: Resultado de Efluente ................................................................................................... 151

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Página !Xll ÍNDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 2.1: Colocación de difusores de aire en tanque de aireación............................................. 73 Ilustración 2.2: Funcionamiento de difusores de aire de burbuja fina ................................................ 73 Ilustración 2.3: Lodos activados- Zanjas de oxidación ...................................................................... 78 Ilustración 2.4: PTAR Taboada (Tratamiento preliminar avanzado) ................................................. 103 Jlustración 2.5: Planta de tratamiento Hochschild Mining Chalhuanca- Apurímac ......................... 105 1/ustración 2.6: Tratamiento de Aguas Industriales del Complejo Metalúrgico de La Oroya ............. 106 Ilustración 3.7: Tanque Séptico del distrito de Huancán .................................................................. 119 Ilustración 3.8: Tanque lmhoff Warivilca del distrito de Huancán .................................................... 120 Ilustración 3.9: PTAR Laguna de Oxidación- Huancán .................................................................... 121 Ilustración 3.10: PTAR Laguna de Oxidación- Tres de Diciembre .................................................... 122 Ilustración 3.11: Laguna de Oxidación- Viques ............................................................................... 122 Ilustración 3.12: PTAR Laguna de Oxidación -Jauja......................................................................... 123 Ilustración 3.13: PTAR Lodos activados convencional- Concepción ................................................. 125 Ilustración 4.14: Esquema de modelo anexado a un tanque séptico ................................................ 138 Ilustración 4.15: Esquema de funcionamiento anexado tanque séptico ........................................... 138 Ilustración 4.16: Esquema de modelo anexado a tanque lmhof/. ..................................................... 139 Ilustración 4.17: Esquema de funcionamiento anexado tanque lmhof/. ........................................... 139 Ilustración 4.18: Esquema de sistema de cloración por contacto ..................................................... 140 Ilustración 4.19: Esquema del diagrama del modelo de lodos activados .......................................... 141 Ilustración 4.20: Esquema de un modelo de lodos activados para poblaciones grandes .................. 142 Ilustración 4.21: Modelo de un Bioreactor de Lodos Activados ........................................................ 142 Ilustración 4.22: Proceso biológico con incorporación de aire en el bioreactor ............................ .... 143 Ilustración 4.23: Modelo de clarificador en el proceso de lodos activados ....................................... 143 Ilustración 4.24: Modelo de funcionamiento de Clarificador en lodo activado con sistema .............. 143 Ilustración 4.25: Tanque de c/oración por contacto ......................................................................... 144 Ilustración 4.26: Tabletas de cloro........................................................................................... ........ 144

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ÍNDICE DE PLANOS Plano 3.1: Plano As built de la planta de tratamiento de laguna de estabilización del Distrito de Huancán. Fuente: Consorcio Señor de la Picota, 2011 .............................................................................. 170 Plano 3.2: Plano As built de la planta de tratamiento laguna de estabilización de la Provincia de Jauja. Fuente: Superconcreto del Perú S.A., 2012.......................................................................................171 Plano 3.3: Plano As built de la planta de tratamiento lodos activados de la ciudad de Concepción

Fuente: Consorcio Adler, 2012 ......................................................................................................................172

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lXIV

LISTA DE SIMBOLOS Y ABREVIATURAS AF

Afluente

AN

Agua Negras

AP

Agua potable

AR

Agua residual

ARD

Agua residual doméstica

e

Carbono

CF

Coliformes Fecales (NMP/100ml)

co2

Dióxido de carbono

COT

Carbono Orgánico Total

CSN

Concreto Sólido Normalizado

CT DBO DN

Coliformes Totales (NMP/100ml)

DQO

Demanda Química de Oxigeno, (mg/l)

ECA

Estándares Calidad Ambiental

EDAR

Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales

EF

Efluente

F

Alimento

F/M

Relación alimento microorganismo

G HD HDPE IVl

Aguas Grises

LDE

lagunas de estabilización

Demanda Bioquímica de Oxigeno, (mg/l) Diámetro Nominal (mm)

Hierro dúctil Polietileno de alta densidad Índice de Volumen de lodos

lMP

Límites Máximos Permisibles

MCRT

Tiempo de residencia media celular

N

Nitrógeno

O& M

Operación y mantenimiento

{l},D

Diámetro (m; mm; pulg.)

02

Oxígeno

OD

Oxígeno Disuelto, (mg/l)

ODM p

Objetivos del milenio

Pl

Aguas pluviales

PTAI

Planta de Tratamiento de Aguas Industriales

PTAR

Planta de Tratamiento de Aguas Residuales

Fósforo

PVC

Policloruro de vinilo

Q

Caudal, (l/s; m3/s)

RAFA

Reactor Anaeróbico de Flujo Ascendente

SDT

Sólidos Disueltos Totales

SSlM

Sólidos suspendidos del licor mezclado

SST

Sólidos Suspendidos Totales, (mg/l)

ssv

Sólidos Suspendidos Volátiles

Bach. Cristian A Ramos Vargas

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Página

ST

Sólidos Totales, (mg/l)

TRH

Tiempo de residencia o retención hidráulica

Bach. Cristian A. Ramos Vargas

¡xv

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Página lXVI LISTA DE SIGLAS/Y ACRÓNIMOS

INIA: ANA

Instituto Nacional de Innovación Agraria Autoridad Nacional del Agua, Política y Estrategia Nacional de Recursos Hídricos del Perú.

CE PIS

Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y ciencias del ambiente

CE PLAN

Centro Nacional de Planeamiento Estratégico

CONA M

Consejo Nacional del Ambiente

DIGESA

Dirección General de Salud Ambiental

EFA

Entidad de Fiscalización Ambiental

EPS

Empresas Prestadoras de Servicios de Saneamiento

FAO

Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación

FONAM

Fondo Nacional del Ambiente

IGP IHEUNESCO

Instituto Geofísico del Perú

INDECOPI

lnstitute for Water Education Instituto Nacional de Defensa de la Competencia y de la Protección de la Propiedad Intelectual

INIA

Instituto Nacional de Innovación Agraria

IPES

Promoción del Desarrollo Sostenible

MINAG

Ministerio de Agricultura

MINAM

Ministerio del Ambiente

MINEM

Ministerio de Energía y Minas

MINSA

Ministerio de Salud

MVCS

Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento

OEFA

Organismo de Evaluación y Fiscalización Ambiental

OES

Operadores Especializados

OPS

Organización Panamericana de la Salud

PBI

Producto Bruto Interno

PNA

Política Nacional del Ambiente

PNUD

Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo

RNE

Reglamento Nacional de Edificaciones

RNE

Reglamento Nacional de Edificaciones

SINEFA

Sistema Nacional de Evaluación y Fiscalización Ambiental

SUNASS

Superintendencia Nacional de Servicios de Saneamiento

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PRESENTACIÓN RESUMEN

Se realiza el estudio de investigación en base a la problemática de salud, sino también en el medio ambiente y una falta de control operacional por las entidades prestadoras de agua. Partiendo del problema principal del tratamiento de aguas residuales domésticas o municipales en el valle del Mantaro cumplen con los estándares establecidos por el MINAM, esto mediante el diagnóstico de las plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR), así proponiendo el modelo de tratamientos de Iodos activados convencional para el área de estudio en jurisdicción mediante el diagnóstico obtenido como primera fase de la investigación, de finalidad aplicada y empleando una metodología hipotética deductiva, de carácter cualitativo basado en lo recopilado de campo, documentado, experiencias, doctrinales, así obteniéndose alcances: exploratorio, descriptivo y explicativo, dándonos resultados que el 57% de las plantas de las plantas de tratamientos de aguas residuales estudiadas son lagunas de estabilización y el resto otros sistemas (tanque séptico, Imhoff, Lodos activados) de estas lagunas el 25% están en funcionamiento y el resto inoperativa. En consecuencia resultando que ningún sistema de laguna de estabilización cumple con los estándares establecidos por el MINAM en el valle, es por ello que se presenta un sistema biológico de tratamiento de lodos activados convencional como parte de solución estableciéndose un modelo aplicado en un sistema de tratamiento existente en Warivilca ubicado en el distrito de Huancán confirmándose así tratamiento del mismo sistema diagnosticado de la Provincia de Concepción (ambos dentro de la jurisdicción del valle) y así cumpliendo los estándares medio ambientales, y al final alcanzando la metodología de planteamiento del mismo, que es un tratamiento eficiente que no contamina los el medio ambiente. (acequias, lagos, ríos, etc.)

Bach. Cristian A. Ramos Vargas

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PRESENTACIÓN

INTRODUCCIÓN La siguiente investigación está basada a la 6ta Edición de la nonna AP A y alcanza lo necesario para los intrépidos que quisieran incursionar y conocer el área de tratamiento de aguas residuales y medio ambiente, en el contenido a continuación se vierte todo lo concerniente al tratamiento de aguas residuales y detalla los distintos niveles de tratamientos así como los proyectos distintos en el Perú, respecto a este, se . realizó un estudio exhaustivo del diagnóstico de las principales plantas del valle del Mantaro y así se pudo plantear un sistema de planta de tratamiento modelo de lodos activados convencional. La investigación surge en la búsqueda de la respuesta de que si el tratamiento de aguas residuales domésticas o municipales en el valle Mantaro cumple con los estándares medioambientales establecidos del MINAM. Así se inicia búsqueda de la esencia, en el fenómeno que conlleva al estudio del tratamiento de aguas residuales y medio ambiente llevado desde una realidad de sentido común hasta el sentido amplio, así pudiendo absolver el problema planteado que se muestra en el primer capítulo, siendo este importante ya que es un dilema que existe en el valle en la actualidad, que es la contaminación de aguas, realizadas netamente por el ser humano así reflejándose estos en sus actividades socio económicas , es por aquello que se aborda el tema de tratamiento de aguas residuales. En el caso de Huancayo, muy cerca de las lagunas de oxidación Sapallanga, se encuentran zonas de cultivo, canales y población, expuestas a enfennedades, malos olores y contacto de los animales, por ejemplo las vacas beben del agua residual mal tratada de las lagunas de oxidación (Arce Jáuregui, 2013). Es por aquello que se tiene como objetivo el proponer un modelo de tratamiento de lodos activados en el valle del Mantaro que cumpla los estándares medioambientales. En el segundo capítulo se emprende los pilares que sostienen la investigación, para el desarrollo de la misma, así dado que el tratamiento del agua residual es la conversión del agua servida proveniente del uso de las aguas de abastecimiento, en un efluente final aceptable a las condiciones del ambiente y la disposición adecuada de los lodos obtenidos durante el proceso de purificación. Dándose este en una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) cuya función es remover los contaminantes físicos, químicos y bacteriológicos evidenciando que cumpla la eficiencia de remocional. Bach. Cristian A. Ramos Vargas

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Con fines de la reducción de los compuestos orgánicos presente en el agua residual se da efectivamente en un tratamiento secundario o biológico, acondicionada previamente mediante tratamiento primario. Este proceso reduce o convierte la materia orgánica finamente dividida y/o disuelta, en sólidos sedimentables floculentos que puedan ser separados por sedimentación en tanques de decantación. Se metaboliza la carga orgánica que ingresa a esta, mediante los microorganismos que se reproducen en este, que pueden ser aeróbicos como anaerobios, estos parámetros son controlados haciendo una evaluación de calidad de agua residual para aguas domésticas o municipales mediante los parámetros fisicoquímicos de DBO, DQO, pH, SST, nutrientes, etc. y bacteriológicos: coliformes totales, fecales, etc. Dentro del tratamiento de lodos activados que es un tratamiento secundario que contiene un tanque de aireación (bioreactor) y un sedimentador secundario (clarificador), en el pnmero se cultiva microorganismos donde es aireado otorgándole oxígeno a estos para que se puedan desarrollar (nacer, crecer, reproducirse y morir) alimentarse y así poder degradar la materia orgánica que ingresa al tratamiento, convirtiéndolos en flóculos, dándose en un proceso convencional en un tiempo de retención hidráulica de 6 a 8hrs, y así pudiendo sedimentaria en un tanque clarificador, el cual puede emitir el agua clarificada a un cuerpo receptor que puede ser el río, previamente dándole un tratamiento de desinfección. Y los lodos sedimentados del clarificador ser recirculados ya contienen aún parte de materia orgánica y microorganismos volviendo así al bioreactor retroalimentando el sistema de tratamiento. Es así que la ONU establece Objetivos del Milenio (ODM) y compromete a los dirigentes mundiales a luchar contra la pobreza, el hambre, la enfermedad, el analfabetismo, degradación del medio ambiente, y en el Perú lo adaptan con el plan Bicentenario al 2021, y el MINAM con el Plan Nacional de Acción Ambiental (PLANAA) donde para el 2021 el 100% de las aguas residuales urbanas son tratadas y el 50% de éstas, son reusadas. Y el 30% de las aguas del ámbito rural son tratadas y reusadas. Así también se toman directrices, nonnativas de entes fiscalizadoras del medio ambiente como el Organismo de Evaluación y Fiscalización Ambiental (OEFA) del MINAM como LMP y ECAs y de las Entidades de Fiscalización Ambiental EFAs: ANA, MVCS (VMA), SUNASS, EPS, DIGESA, etc. Bach. Cristian A Ramos Vargas

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En el tercer capítulo se desarrolla la metodología de investigación y se evalúa las plantas de tratamiento respecto al funcionamiento, obteniéndose el diagnóstico situacional, donde se procedió a la caracterización de aguas residuales que vierten al río Mantaro, también se tomó muestras de afluentes y efluentes de plantas de tratamientos de aguas residuales existentes en el valle evaluándose la eficiencia remocional, costo de inversión, así como el costo de inversión habitante, costos de operación y mantenimiento. A este se añade el modelo adoptado que se propone de manera esquemática ya que se desarrolla y analiza, el cual puede adaptar a un sistema existente o como realizar un nuevo proyecto. En el cuarto capítulo se enmarca los resultados que cubren los objetivos de la presente investigación, resultando que del total de muestras de plantas el28.6% están operativas y un 71.4% inoperativas esto se debe a una gran causa, de no existir un control de operación y mantenimiento, de todas estas plantas la mayoría de 57.1% que son lagunas de estabilización y el resto son otros sistemas. Ya determinandose que aguas residuales caracterizadas reflejan las actividades socioeconomicas como manufactura y agricultura en el valle del Mantaro, a partir de este se propone un modelo de solución de tratamiento de aguas residuales lodos activados aplicado en el distrito de Huancán en la zona de Warivilca, anexando a una unidad primaria existente (tanque Imhoff) así dándole más importancia y eficiencia al sistema, sosteniéndose en base empírica y experimental conjunto a la planta de tratamiento de la provincia de Concepción, que demuestran que son sistemas eficientes y que cumplen estándares ambientales. Estos sistemas antecedidos por un pre tratamiento, tratamiento primario y precedido por un sistema de desinfección (cloración), y en los lodos el manejo mediante una digestión aeróbia y un lecho de secado, con la eficiencia remocional que cumple los parámetros fisico químicos y bacteriológicos establecidos por el Decreto Supremo 003-2010-MINAM, notándose que es viable con el costo de inversión habitante, también ahorrando espacio superficial de terreno y el costo de operación y mantenimiento que puede ser graduable en el tiempo. Adicional a este obteniéndose parámetros recomendables para diseños y pre diseños de plantas de tratamiento de aguas residuales para el valle del Mantaro.

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CAPITULO I: Planteamiento de la Investigación

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CAPÍTULO I Planteamiento de la Investigación

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CAPITULO 1: Planteamiento de la Investigación

1.1.

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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1.1. PROBLEMA GENERAL ¿El Tratamiento de Aguas Residuales Domésticas o Municipales en el Valle del Mantaro alcanza los estándares de soluciones medio ambientales establecida por el Ministerio del Ambiente (MINAM)?

1.1.2. PROBLEMA ESPECÍFICOS a) ¿Cómo influye las características Socio-económicas en el tratamiento de aguas residuales en el Valle del Mantaro? b) ¿Cómo interviene el clima en el proceso de tratamiento de aguas residuales en el Valle del Mantaro? e) ¿Cuál es la metodología para el planteamiento de una Planta de Tratamiento Aguas Residuales en el Valle del Mantaro?

1.2.

OBJETIVO

1.2.1. OBJETIVO GENERAL Proponer un modelo de tratamiento de aguas residuales tratadas en el _valle del Mantaro empleando el Sistema de Lodos Activados.

1.2.2. OBJETIVO ESPECÍFICOS a) Realizar el estudio comparativo del desenvolvimiento actual de los sistemas de tratamientos de aguas residuales más comunes en el Valle del Mantaro, identificando si este cumple con los Límites Máximos Permisibles (LMP) y Estándares de Calidad Ambiental (ECA) para los efluentes de Plantas de Tratamiento de Aguas residuales Domesticas o Municipales, establecida por el Ministerio del Ambiente (MINAM), y tomando la respuesta de expectativas por la población ante su sistema de tratamiento. b) Proponer un sistema de solución de tratamiento de aguas residuales Aeróbico de Lodos Activados Convencional para el clima de Valle de Mantaro ante otros sistemas comunes existentes.

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CAPITULO I: Planteamiento de la Investigación

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e) Establecer la metodología de planteamiento de una Planta de Tratamiento Aguas Residuales de Lodos Activados presentado las ventajas y desventajas ante otros sistemas conocidos en el medio.

1.3.

JUSTIFICACIONES

1.3.1. JUSTIFICACION DE LA METODOLOGIA La metodología se justifica porque plantea un modelo de tratamiento de aguas residuales de planta adaptable en el VaJle del Mantaro ya que adquiere nuevos procedimientos en base al análisis técnico de performance actual existente y por ende de ser de carácter de innovación tecnológico.

1.3.2. OBJETIVOS DE LA METODOLOGIA Como objetivo la investigación busca una solución a la realidad actual y no criticar o cuestionar en ningún sentido, ya que está orientada a la retroalimentación y mejora continua, y así lograr proyectos sostenibles y eficaces. Y así adquirir conocimiento de experiencias de obras el cual ostentara una optimización y efectivo desenvolvimiento de plantas de tratamiento a nivel de proyección o planteamiento de proyectos, así como la construcción de plantas de tratamiento de aguas residuales, como de lodos activados y/u otras alternativas aplicadas en la carrera de la ingeniería. También esta investigación se enfoca al desarrollo sostenible y de carácter medioambiental donde el realizar proyectos íntegros desde su fonnulación y ejecución brinden un nivel de serviciabilidad y performance hacia la población.

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CAPITULO I: Planteamiento de la Investigación 1.4.

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FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS

1.4.1. HIPÓTESIS GENERAL El tratamiento de aguas residuales Domesticas o Municipales del Valle del Mantaro en su mayoría cumplen los estándares medioambientales y la propuesta de Lodos Activados optimiza estándares establecidos por el Ministerio del Ambiente (MINAM). 1.4.2. HIPÓTESIS ESPECÍFICAS a)

En el aspecto socio-económico existe la disconformidad de diversas plantas de tratamiento en el Valle del Mantaro, se origina por algunos sistemas han colapsado, por falta de mantenimiento, los malos olores generados y las enfermedades transmitidos por insectos.

b) Por el clima templado y variante en el Valle del Mantaro puede establecer que algunos sistemas funcionan en óptimas condiciones, solo que no existe un manejo adecuado con la operación y mantenimiento. e)

Según el estudio y la metodología en consideración para la elección de la planta de tratamiento de aguas residuales Lodos Activados presenta ventajas ante otros sistemas para el valle del Mantaro, y así solucionando una problemática común en la población, y alcanzando niveles de biodegradar las aguas residuales y la utilización del efluente tratado.

1.5.

VARIABLES

1.5.1. VARIABLE INDEPENDIENTES •

Variable Independiente General •

X = Propuesta de un modelo

Indicadores: X1 = Características Socio - económicas. X2 = El clima en el proceso de tratamiento. X3 = Metodología de planteamiento del sistema

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1.5.2. VARIABLES DEPENDIENTES •

Variable Dependiente General

•

Y= Tratamientos de aguas residuales Domesticas o Municipales que cumplen soluciones medio ambientales. Y= / (Xt, Xz, XJ)

1.6.

ORGANIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN La investigación fue realizada en respuesta al estado actual del tratamiento del

agua residual en el Valle del Mantaro, y posterior a este alcanzar una solución de sistema de Lodos Activados.

1.6.1. DELIMITACIÓN GEOGRÁFICA DE INVESTIGACIÓN Es un valle geográfico fluvial atravesado por el río Mantaro y sus numerosos afluentes que bajan de ambas márgenes. Las provincias que componen el valle son Jauja, Concepción, Huancayo y Chupaca (Garay, 0., Ochoa, A, 2010, pág. 12).

Tabla 2.1: Provincias componentes del valle del río Mantaro con sus respectivos distritos

JAUJA

1 CONCEPCIÓN 1

CHUPACA

HUANCAYO 1

Acolla Apata Ataura El Mantaro

Molinos Muqui Muquiyauyo Paca

Concepción Manzanares Matahuasi Mito

Huamali

Pancán

Nueve de Julio

Huaripampa

San Lorenzo

Orcotuna

Huertas

San Pedro de Ch.

S. R. Ocopa

Jauja Julcán

Sausa Sincos

Huancayo Huayucachi

L. o. {Huancani}

Tunanmarca

Pilcomayo

Marco Yauli Masma Yauyos Fuente: Garay, 0., Ochoa, A, 2010.

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Ahuac Chongos bajo Chupaca Huachac Huamancaca Chico San Juan de Yscos Tres de Diciembre

Chilca Cullhuas Chupuro El Tambo

Quilcas San Agustín San Jerónimo Saño

Huacrapuquio

Sapallanga

Hualhuas

Sicaya

Huancán

Viques

Pucará Quichuay

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El valle cuenta con 55 distritos en las 4 provincias y tiene una población aproximada de 700 000 habitantes y a una altura promedia de 3 300msnm (MlNAG, 2008).

El valle del rio Mantaro se encuentra ubicado en el centro del Perú, Región Junín, entre las cordilleras occidental y central de los Aiules (antes llamado valle de Jauja). (Garay, 0., Ochoa, A., 2010, pág. 12) Figura 2.1: Ubicación del valle del Mantaro

OCEANO PACIFICO

CUENCA DEL MANTARO

Fuente: (Instituto Geofisico del Perú, 2010)

1.6.2. LIMITACIONES DE LA INVESTIGACIÓN Respecto a la investigación se encontró límites: •

Limitación Espacial: El Valle del Mantaro es extenso territorialmente se toma muestras de las principales plantas de tratamientos existentes y una base de antecedentes de investigación.

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CAPITULO I: Planteamiento de la Investigación •

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Limitación Económica: Por el costo de los análisis de aguas residuales en

laboratorios especializados. •

Limitación Conceptual: La investigación está orientado hacia el tratamiento de

aguas residuales, sistema de tratamiento biológico aerobio, lodos activados convencional.

1.6.3. VIGENCIA DE LA INVESTIGACIÓN La investigación alcanzada será vigente unos 20 años, como base para mejoras de proyectos e investigaciones futuras.

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CAPÍTULO 11 Marco Teórico

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2.1.

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ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACJON

2.1.1. ANTECEDENTES NACIONALES Cano Vásquez, G. C. (2000). Recuperación de aguas servidas domésticas

mediante el proceso de lodos activados. Tesis para optar el título profesional de Ingeniero Sanitario, Facultad de Ingeniería Ambiental de la Universidad Nacional de Ingeniería. Lima, Perú, alcanzando así el tratamiento de aguas residuales en el proceso de lodos activados mediante el proceso biológico de los microorganismos en laboratorio, y la evolución de los lodos en días, así alcanzado parámetros, control del proceso. Arce Jáuregui, L. F. (2013). Urbanizaciones Sostenibles: Descentralización del

Tratamiento de Aguas Residuales Residenciales. Tesis para optar el Título de Ingeniero Civil, Pontificia Universidad Católica del Perú, Lima, Perú, en que alcanza que en el Perú no se ha logrado solucionar el tema de la obstrucción del ciclo correcto de utilización del agua, debido a que el agua debe pasar por procesos de tratamiento después de ser empleada, para finalmente destinarla por efluentes adecuados hacia sus orígenes. En algunos lugares se han centrado solo en almacenar aguas residuales domésticas que producen no solo problemas de salud, sino también en el medio ambiente y una falta de control operacional por las entidades prestadoras de agua, donde se alcanza la situación real del Perú en el tema de saneamiento donde se plantean soluciones no solo tendrán como fondo principal el uso racional del agua sino brindar calidad de vida en urbanizaciones sostenibles a las personas.

2.1.2. ANTECEDENTES INTERNACIONALES Aragón Cruz, (2009) para optar el grado de Doctor en Ciencias del Mar y Ambientales sustento en la Universidad de Cádiz de España, la tesis de:

"Optimización del proceso de lodos activos para reducir la generación de fangos residuales"; donde en la puesta en marcha del sistema de lodos activos a escala de laboratorio, se produce una sucesión de poblaciones típica y común a cualquier sistema biológico de depuración. Los cambios en las condiciones de operación del sistema piloto donde se ha llevado a cabo la fase experimental de este estudio, se traducen en variaciones de la comunidad microbiana que, a su vez, se identifican a través de la presencia o ausencia de poblaciones bioindicadoras.

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2.2.

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AGUA RESIDUAL (AR) "Son aquellas aguas cuyas características originales han sido modificadas por actividades humanas y que por su calidad requieren un tratamiento previo, antes de ser reusadas, vertidas a un cuerpo natural de agua o descargadas al sistema de alcantarillado". (Organismo de Evaluación y Fiscalización Ambiental- OEFA- MlNAM, 2014, pág. 2)

2.2.1. CLASIFICACIÓN DE AGUAS RESIDUALES (OEFA - MINAM, 2014) Principalmente se clasifican en:

• Aguas residuales industriales: Son aquellas que resultan del desarrollo de un proceso productivo, incluyéndose a las provenientes de la actividad minera, agrícola, energética, agroindustrial, entre otras.

• Aguas residuales domésticas (ARD): Son aquellas de origen residencial y comercial que contienen desechos fisiológicos, entre otros, provenientes de la actividad humana, y deben ser dispuestas adecuadamente. (AN+AG).

• Aguas residuales municipales: También denominadas aguas servidas, son aquellas aguas residuales domésticas que pueden estar mezcladas con aguas de drenaje pluvial o con aguas residuales de origen industrial previamente tratadas, para ser admitidas en los sistemas de alcantarillado de tipo combinado. (AN+AG+PL)

• Agua residual tratada: Aguas servidas sometidas a tratamiento de remoción de los contaminantes, a través de métodos biológicos o fisicoquímicos en donde el efluente del sistema de tratamiento cumple los parámetros medioambientales (Cuidoelagua.org, 2014). Adicionalmente Cuidoelagua.org, 2014 denomina a las Aguas Residuales en base al contenido de contaminantes que porta, se conocen como:

• Aguas negras (AN): Son aguas residuales provenientes de inodoros, es decir, aquellas que transportan excrementos humanos y orina, ricas en sólidos suspendidos, nitrógeno y coliformes fecales.

• Aguas grises (AG): son aguas residuales provenientes de tinas, duchas, lavamanos y lavadoras, que aportan sólidos suspendidos, fosfatos, grasas y coliformes fecales, excluyendo las de los inodoros. Bach. Cristian A Ramos Vargas

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• Aguas pluviales (PL): También llamadas de lluvia, son aguas originadas a partir

de la precipitación atmosférica. Tabla 2.2: Características de las aguas residuales y fuentes de origen Sólidos Temperatura Color

Características Físicas Suministro de agua, residuos industriales y domésticos Residuos industriales y domésticos Residuos industriales y domésticos

;;;;;d~eRresiduos Orgánicos Proteínas Carbohidratos Aceites y grasas Tensoactivos Fenoles Pesticidas Inorgánicos pH Cloruros Nitrógeno Fósforo Azufre Tóxicos Metales pesados Gases Oxígeno Hidrógeno sulfurado Metano Virus Bacterias Protozoarios Nematodos Fuente: Rojas, 2002.

Residuos comerciales y domésticos Residuos comerciales y domésticos Residuos comerciales, industriales y domésticos Residuos industriales y domésticos Residuos industriales Residuos agrícolas Residuos industriales Suministro de agua, residuos industriales e infiltraciones Residuos agrícolas y domésticos Residuos agrícolas, industriales y domésticos Suministro de agua y residuos industriales Residuos industriales Residuos industriales Suministro de agua e infiltraciones Residuos domésticos Residuos domésticos Características Biológicas Residuos domésticos Residuos domésticos Residuos domésticos Residuos domésticos

Las aguas residuales son recolectadas por el sistema de alcantarillado que lo conduce a la planta de tratamiento de aguas residuales o al punto de disposición final. El caudal de agua residual no siempre tiene un régimen regular durante el día. En el caso de sistemas separativos de alcantarillado, el caudal de agua residual desciende significativamente durante la noche y dependiendo del tamaño de la población servida, el caudal máximo puede alcanzar hasta tres veces el caudal medio diario (Rojas, 2002, pág. 5).

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Figura 2.2: Fuentes de Generación de aguas residuales

•

i

'

.___

"También llamado Aguas pluviales

AGUAS NEGRAS _:______, F;íl--,"7'"1"7""">':77,.........,.,=-,v,¡ También llamado Desecho Doméstico

3

•

AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS

2

/

o

8

d/

12

.. Por medio de 1 Alcantarillado Combinado •

Por medio de Alcantarillado Separativo

AGUAS SERVIDAS O MUNICIPALES Cuando el agua de lluvia se mezcla con el agua residual

A LA PLANTA DE TRATAMIENTO

Fuente: Rojas, 2002. 2.2.2. COMPOSICION DEL AGUA RESIDUAL

(Rojas, 2002, pág. 5) La composición de las aguas residuales es muy variable en razón de los diversos factores que lo afectan. Entre estos se tiene el consumo promedio de agua por habitante y por día que afecta su concentración (cantidad) y los hábitos alimenticios de la población que caracteriza su composición química (calidad). En general, las aguas residuales contienen aproximadamente un 99.9% de agua y el resto está constituido por materia sólida. Los residuos sólidos están conformados por materia mineral y materia orgánica. Bach. Cristian A. Ramos Vargas

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Tabla 2.3: Constituyentes de aguas residuales típicas AGUA · GASES COMPONENTES POTABLE SOLIDOS DISUELTOS BIOLÓGICOS O. 1% (por peso) 02 C02 Suspendidos Bacterias 99.9% Disueltos H2S Micro y Macrooganismos Coloidales N2 Virus Sedimentables Fuente: Gonzales Camarena, GC. & Orihuela Villavicencio, C.K., 2006.

2.2.2.1. PROPIEDADES FÍSICAS DE AGUAS SERVIDAS • Sólidos Totales (ST): El residuo de evaporación y secado de aquella cuando ha sido sometido a 103-105°C (Gonzales Camarena, C.C. & Orihuela Villavicencio,

C.K., 2006). Y en su mayoría lo comprenden: o

Sólidos Sedimentables: son una medida del volumen de sólidos asentados al fondo de un cono Imhoff, en un periodo de una hora, y representan la cantidad de lodo removible por sedimentación simple.

o Sólidos Suspendidos Totales (SST): Fracción de ST retenido sobre un filtro con un tamaño de poro específico medido después de que ha sido secado a una temperatura específica. o Sólidos Suspendidos Volátiles (SSV): Estos sólidos pueden ser volatizados e incinerados cuando los SST son calcinados (500+-50°C). o Sólidos Disueltos Totales (SDT): Presentan el material soluble que comprende de coloides y sólidos disueltos que pasaron a través del filtro de SST, el cual requiere usualmente, para su remoción, oxidación biológica o coagulación y sedimentación. • Temperatura: Es uno de los parámetros fisicos más importantes en el agua, pues por lo general influye en el retardo o aceleración de la actividad biológica, la absorción de oxígeno, la precipitación de compuestos, la formación de depósitos, la desinfección y los procesos de mezcla, floculación, sedimentación y filtración. 2.2.2.2. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE AGUAS SERVIDAS Y según (Gutierrez C., 2011, págs. 8-10) descríbelos componentes: • Materia orgánica: También llamada carga orgánica de las aguas residuales es una combinación de carbono, hidrogeno, oxígeno y nitrógeno (CHON).

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Concentraciones grandes de materia orgánica, en aguas residuales, se miden mediante la DBO, DQO y COT.

• Proteínas: Son compuestos de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno de estructura química compleja e inestable, sujetos a muchas formas de descomposición, constituyen un componente esencial del protoplasma celular y de la dieta de todo animal.

• Carbohidratos: Grupo de compuestos de carbono, hidrogeno y oxígeno, en los cuales el hidrógeno y el oxígeno están en la misma relación con el agua. Incluye azúcares, almidones, celulosa y hemicelulosa. Desde el punto de vista de trazabilidad el carbohidrato más importante es la celulosa, por ser el más resistente en procesos aerobios, aunque se destruye fácilmente como resultado de la actividad de varios hongos. Se encuentran en el agua servida en un porcentaje alrededor de 25 a 50%.

• Aceites y grasas: compuestos de carbono, hidrogeno y oxígeno que flotan en el agua residual, causan problemas de mantenimiento, e interfieren con la actividad biológica pues son dificil de biodegradar. Se encuentran en el agua servida con un porcentaje alrededor de 10%.

• Materia inorgánica: Presencia de metales pesados provenientes de tóxicos inorgánicos.

• Oxígeno disuelto (OD): Gas de baja solubilidad, requerido para la vida acuática aerobia. La solubilidad del oxígeno en aguas dulces varía entre 7 mg/1 a 35C0 y 14.6 mg/L aoco para presión de una atmosfera. • pH: Medida de la concentración del ion hidrogeno en el agua. Para descarga de

efluentes de tratamiento secundario se estipula un PH de 6,0 a 9,0; para procesos biológicos de nitrificación.

• Contenido de nutrientes (nitrógeno [N] y fósforo [P]): "Estos compuestos, conjuntamente con la materia carbonácea o DB05 indican si las aguas residuales tienen la adecuada proporción de nutrientes como para facilitar la degradación de la materia orgánica presente en las aguas residuales" (Rojas, 2002, pág. 7): o Nitrógeno (N): Nutriente para crecimiento de protistas y plantas. Las formas de interés en aguas residuales son las de nitrógeno orgánico, nitrógeno amoniacal, nitrógeno de nitritos y nitratos.

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o Fósforo (P): Como el N esencial para crecimiento de protistas y plantas. • Azufre (S): Ion sulfato se requiere para síntesis de proteínas. 2.2.3. EVALUACIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA RESIDUAL El diseño y manejo de las plantas de tratamiento de aguas residuales requieren de una evaluación de la calidad de las aguas residuales. Los principales parámetros a ser evaluados a este respecto son (Rojas, 2002):

Tabla 2.4: Composición típica de tres clases de aguas residuales domésticas Concentración mg/1

Constituyente Alto

Sólidos totales Disuelto Fijos Volátiles En suspensión Fijos Volátiles Sólidos sedimentables ml/1-h DBO (5 días, 20°C) DQO Nitrógeno total (como N) Orgánico {como N} Amoniacal {como N) Fósforo total (como P) Cloruros (CI) Alcalinidad (como CaC03) Grasas Calcio (como Ca) Magnesio (como Mg) Sodio (como Na) Fuente: Rojas, 2002.

1200 850 525 325 350 75 275 20 300 570 85 35 50 20 100 200 150 110 10 100

Medio

700 500 300 200 200 50 150 10 200 380 40 15 25 10 50 100 100 50 9 50

Bajo

350 250 145 105 100 30 70 5 100 190 20 8 12

6 30 50 50 10 8 23

• Sólidos Suspendidos Totales (SST): Están compuestos por partículas orgánicas o inorgánicas fácilmente separables del líquido por sedimentación, filtración o centrifugación.

• Demanda Química de Oxígeno (DQO): Es la cantidad de oxígeno necesaria para la oxidación química (destrucción) de la materia orgánica. Esta prueba proporciona un medio indirecto de la concentración de materia orgánica en el agua residual. (Rojas, 2002, pág. 7)

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• Demanda Bioquímica de Oxígeno en cinco días (DB05): Es la cantidad de materia orgánica fácilmente biodegradable durante cinco días y a 20°C y corresponde a la cantidad de oxígeno necesaria para oxidar biológicamente la materia orgánica. La relación DQO/DB05 proporciona una indicación de la biodegradabilidad de las aguas residuales. (Rojas, 2002, pág. 7)

• Contenido de nutrientes (nitrógeno [N] y fósforo [P]): Facilitar la degradación de la materia orgánica presente en las aguas residuales. (Rojas, 2002, pág. 7).

• Contenido de gérmenes: Está conformado por estreptococos, coliformes totales y coliformes fecales, Salmonellas, Ascaris, Trichuris, Amebas, etc. Su presencia permite evaluar el peligro a la salud debido a la contaminación biológica.

• Metales pesados: La presencia en las aguas residuales de metales pesados tales como plomo, cadmio, selenio, cromo, cobre, etc., pueden ser contraproducentes para su adecuado tratamiento, al afectar a la biomasa encargada de la estabilización de la materia orgánica.

2.3.

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES (Rojas, 2002, pág. 4) El tratamiento de aguas residuales es la

"conversión del agua residual proveniente del uso de las aguas de abastecimiento, en un efluente final aceptable a las condiciones del ambiente (estético, organoléptico y de salud pública) y la disposición adecuada de los sólidos (lodos) obtenidos durante el proceso de purificación". Figura 2.3: Esquema de línea de procesos en el tratamiento de aguas residuales

LINEA OE AGUA

LINEA DE FANGOS

Fuente: Wikilibros, 2014 Bach. Cristian A. Ramos Vargas

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2.3.1. ANTECEDENTE HISTÓRICO (Rojas, 2002, pág. 3) "El tratamiento de las aguas residuales es

relativamente reciente. Su inicio data de fines de 1800. Esto se desarrolló como consecuencia de la relación entre contaminación de los cursos y cuerpos de agua y las enfermedades de origen hídrico. " En el cuadro siguiente se presenta un resumen del desarrollo histórico del tratamiento de las aguas residuales:

Tabla 2.5: Desarrollo histórico en el tratamiento de aguas residuales FECHA A. c.

1550 1700 1762 1860 1865 1868 1870 1876 1882 1884

DESARROLLO Irrigación con aguas residuales- Atenas Uso de aguas residuales en agricultura - Alemania Uso de aguas residuales en agricultura- Reino Unido Precipitación química de aguas residuales- Reino Unido Dispositivo de Mauras. Tratamiento anaerobio de sólidos de aguas residuales Experimentos sobre microbiología de digestión de lodos- Reino Unido Investigaciones sobre filtración intermitente de aguas residuales- Reino Unido Filtración en arena de aguas residuales - Reino Unido Primeras fosas sépticas - USA Experimentos sobre aeración de alcantarillas - Reino Unido Introducción de las rejas de desbaste- USA

1887

Estación experimental de Lawrence para el estudio de agua y aguas residuales. Massachusetts- USA

1887 1889 1891

Primera planta de precipitación química - USA 1889 Filtración en lechos de contacto- Massachusetts, USA 1891 Digestión de lodos- Alemania

1895

Recolección de metano de fosas sépticas y su empleo en alumbrado - Reino Unido

1898 1904 1904 1904 1906 1908 1911 1911 1914 1916 1925

Molinete hidráulico para filtros percoladores - Reino Unido Empleo de desarenadores - USA Fosa séptica Travis de dos pisos - Reino Unido Tanque lmhoff - Alemania Cloración de aguas residuales- USA ley de Chick - USA Aplicación de tanques lmhoff- USA Digestión separada de lodos - USA Tratamiento de aguas residuales por lodos activados - Reino Unido Primera planta municipal de lodos activados - USA Aeración por contacto - USA

Fuente: Rojas, 2002. En Inglaterra, después de la epidemia del cólera de mitad del siglo XIX, se inició la construcción de los sistemas de alcantarillado, pero el tratamiento de aguas Bach. Cristian A Ramos Vargas

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residuales recibió pequeña atención. Debido a lo pequeño de sus ríos en longitud y caudal, la contaminación del agua, pronta se convirtió en un problema. Al principio, el tratamiento estuvo dirigido a evitar problemas con la industria y agricultura más que a los problemas de salud (Rojas, 2002). A fin de evitar estos problemas se idearon y llevaron a la práctica nuevos métodos de tratamiento intensivo. De este modo, se estudió la precipitación química, digestión de fangos, filtración intermitente en arena, filtración en lechos de contacto, aeración de aguas residuales y finalmente en 1912 se desarrolló del proceso de lodos activados (Rojas, 2002).

2.3.2. TIEMPO DE RETENCIÓN HIDRÁULICO También llamado tiempo o periodo de retención que es el tiempo medio teórico que permanece las partículas de líquido en un proceso de tratamiento. (Lava & Márquez, 2011 ).

TRH=V Q

•

TRH ó 9 =tiempo de retención hidráulica (h)

•

V= volumen (m3)

•

Q = caudal (m 3/h)

[2.1]

2.3.3. MÉTODOS DE TRATAMIENTO Actualmente existe la tendencia de agrupar los métodos de tratamiento en dos grandes grupos e independientemente de la eficiencia remocional de la carga orgánica: operaciones unitarias y procesos unitarios. En el primer caso predomina la aplicación de principios fisicos y en el segundo la actividad química o biológica. (Rojas, 2002) La selección del proceso de tratamiento depende del uso al cual se le destinará al efluente tratado, la naturaleza del agua residual, la compatibilidad de las distintas operaciones y procesos, los medios disponibles de evacuación de los contaminantes finales y la posibilidad económica de las distintas combinaciones. (Rojas, 2002)

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2.3.4. CLASIFICACIÓN DEL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Por motivos de practicidad y por la costumbre existente en Latinoamérica y el Caribe, se definen las etapas de tratamiento de la manera siguiente (Rojas, 2002):

» » » »

Tratamiento preliminar. Tratamiento primario. Tratamiento secundario. Tratamiento avanzado o terciario.

)>

Desinfección.

»

Disposición de 1odos.

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CAPITULO 11: Marco Teórico

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Eficiencia de los Procesos de Tratamiento También llamada eficiencia de remoción, esta tabla se puede ver que la norma OS. 090 "Planta de Tratamiento de Aguas Residuales" del Reglamento Nacional de Edificaciones (RNE) 2006 no ha cambiado respecto a la anterior edición de 1997, está norma se fundamenta por investigaciones desde años de 1983, 1992, por lo cual en un marco de investigación adjunto a esta lo alcanzado por Rojas en el 2002.

Tabla 2. 7: Eficiencia de los procesos de tratamiento de aguas residuales

Cloración crudo o sedimentado

5·10

2·20

25-30-40 20-35 50·85 40·70

40-70

5·10 15·30

Tratamiento maria

nas aireadas Zanjas de oxidación Lagunas de estabilización (e)

0-1

0-1

0-1

0-2 0-2 1-2 1-2 1-6

0-1 0-1 0-1 0-1 1-4

0-1 1-2 0-1

70·90

55-70-95 50-80 55-70-95 50-90-95 50-80 50-70-90-92 (e) 80-90 70-95 80-95 70-85 (e)

2-4

Primarias 75-85 60·70 85·95 Secundarias 90·95 80·10 85·95 Terciaria 85·95 60·70 85·95 0-1 1-2 0-2 80-95 80-95 Biofiltros 1-2 1-3 0-1 Desinfección Fuente: (Feachem et-al., 1983; Mara et-al, 1992; Yáñez, 1992, citado en Vega Aibar, 2012); Rojas, 2002; OS. 090 del RNE, 2006, adaptado por tesista.

Nota: (a) Precedidos de tratamiento primario y seguidos de sedimentación secundaria. (b) Incluye laguna secundaria. (e) Depende del tipo de lagunas. (d) Seguidas de sedimentación. (e) dependiendo del número de lagunas y otros factores como: temperatura, periodo de retención y forma de lagunas . ../ 1 ciclo de log = 90% remoción; ./ 2 ciclos = 99% ./ 3 ciclos= 99.9%, etc.

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CAPITULO II: Marco Teórico Ecuación:

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E= Co

-ce

X

100

Co •

E = Eficiencia de remoción (%)

•

Co = Concentración en el influente

•

Ce = Concentración en el efluente

[2.2]

2.3.4.1. Tratamiento Preliminar: Está destinado a la preparación o acondicionamiento de las aguas residuales con el objetivo específico de proteger las instalaciones, el funcionamiento de las obras de tratamiento y eliminar o reducir las partículas sólidas que podrían causar problemas en los procesos físicos o biológicos. (Aragón Cruz, 2009) Estos tratamientos previos incluyen sistemas de rejas de desbaste de gruesos y finos, tamices y cámaras de desarenadores, desengrasado. A veces, al final del pretratamiento se realiza un tratamiento químico con la adición de coagulantes, normalmente sales de Fe3+ y Al 3+, antes de pasar a la decantación primaria (Aragón Cruz, 2009). Tabla 2.8: Objetivo y parámetros de los procesos de pretratamiento 1

PROCESO

1

OBJETIVO

'

Eliminación de sólidos gruesos:

Rejas o desbaste

Tamices

Desarenado res

Preaeración

PARÁMETRO Libre entre barrotes:

Separación 1O- 25 mm

Desbaste grueso, esp. barr. 6-12 mm

Separación 50 - 100 mm

Retiene paso superior: Separación de sólidos minucioso a 0.2mm(Chapa perforada o Macrotamizado: retiene materia en enrejado metálico) suspensión, flotante o semiflotante.

100 micras (tela metálica, o plástica)

Desmenuzamiento de sólidos Separa partículas superiores Eliminación de arenas y gravilla, para preservación de equipos o bombas de la a 200 micras. abrasión. Eliminación de aceites y grasas

Desaicetado y desengrasad ores

1 1

Desbaste fino, espesor barr. 6-12 mm

Microtamízado: Elimina material. en suspensión muy pequeña

Trituradores

1

Separa el:

Desaicetado

Material líquido del líquido

Desengrase

Material sólido del líquido

Control de olor y mejoramiento del comportamiento hidráulico

Fuente: Luna Rossi de FONAM 2010; Rojas, 2002; Arce · Jáuregui, 2013,adaptado por tesista.

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2.3.4.2. Tratamiento Primario Después de haber retirado elementos sólidos de tamaños mayores, el principal objetivo de estos tratamientos es la reducción de los sólidos en suspensión orgánicos e inorgánicos sedimentables, siendo poco efectivo en la eliminación de la materia orgánica que puede representar entre el 25% y el 40% de la DBO y entre el 50% y el 65% de los sólidos suspendidos. Entre los distintos tratamientos primarios existentes podemos destacar (Rojas, 2002~ Aragón Cruz, 2009): •

Sedimentación o decantació~ primaria

•

Flotación

•

Neutralización.

Y respecto a la RNE del Ministerio de Vivienda y Construcción, (2006) los procesos del tratamiento primario para las aguas residuales pueden ser: tanques Imhoff, tanques de sedimentación y tanques de flotación. ~

Sedimentación o Decantación Primaria: Separación de los sólidos por gravedad este proceso depende de los pesos específicos de los sólidos, debido a que determinará su comportamiento donde se puede utilizar la sedimentación o la flotación para separar del agua residual los sólidos en suspensión presentes en ella. (Luna Rossi, 201 O) Algunos sólidos que tienen el peso específico mayor al líquido que está en fase continúa y pasarán a sedimentarse, y las partículas que tiene peso específico menor flotarán. (Arce Jáuregui, 2013) Finalmente la sedimentación primaria tiene como objetivo el remover las partículas que son sedimentables dado que en la composición de dichos sólidos hay materia orgánica, su eliminación lleva asociada una reducción del DB0 5 . (LunaRossi, FONAM, 2010)

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Figura 2.4: Sedimentador primario empleado en tratamiento de agua residual Vertedero Agitador de difusión de velocidad de mezcla rápida variable Aberturas tangenciales

Poceta circular

Fuente: Metcalf & Eddy, 1995.

>

Coagulación y floculación: Es un tratamiento fisicoquímico en donde la coagulación y floculación tienen como objetivo retirar los sólidos en suspensión y las partículas coloidales, proceso que actúa casi simultáneamente, en el caso de la coagulación se genera la desestabilización de la suspensión coloidal y la floculación se limita a los fenómenos de transporte de las partículas coaguladas (sólidos), provocando colisiones entre ellas promoviendo su aglomeración. (Luna Rossi, 2010) La coagulación utiliza reactivos químicos metálicos, que son los más utilizados en el mercado: sulfato de alúmina, sulfato férrico, cloruro férrico. Que se utilizan más en la clarificación y eliminación de DBO al cual se debe controlar su pH y tiene como ventaja trabajar como coagulantes-floculantes al mismo tiempo (Luna Rossi, 2010; Arce Jáuregui, 2013) La floculación es un proceso de separación de líquido-sólido de las partículas suspendidas en aguas residuales. Este método sirve para remoción de grasas, aceites y sólidos de densidad baja. Para lograr que los sólidos lleguen a flotar de una manera artificial y con mayor velocidad, se busca ayuda de instrumentos corno el compresor de aire, la válvula reductora de presión y el tanque de presión. El proceso de floculación se realiza inyectando aire a las aguas residuales crudas, o el efluente recirculado del tanque de flotación, este se

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mezcla nuevamente con las aguas residuales crudas. Los floculantes más usados son los oxidantes, adsorbentes y sílice activa (Luna Rossi, FONAM, 2010). Este tratamiento se aplica fundamentalmente (Alianza por el Agua, 2008): •

Cuando las aguas residuales presentan vertidos industriales que pueden afectar negativamente al tratamiento biológico.

•

Para evitar sobrecargas en el posterior tratamiento biológico.

•

Cuando se dan fuertes variaciones estacionales de caudal.

•

Para la reducción del contenido en fósforo.

Los factores que influyen en los procesos de coagulación y floculación son la velocidad, el pH y el tiempo. Estos factores pueden originar que las partículas se desintegren o se aglomeren. También cabe señalar que el pH es uno de los factores c1aves para la estabilización del proceso (Luna Rossi, FONAM, 2010). A continuación se describirá las unidades principales donde se puede encontrar los procedimientos del tratamiento primario. )1;-

Tanque Séptico:

"Los procesos de sedimentación y anaeróbico reducen los sólidos y los materiales orgánicos, pero el tratamiento sólo es moderado" (Portal de Saneamiento, 2014). También llamada fosa séptica es una cámara hermética hecha de concreto, fibra de vidrio, PVC o plástico, para el almacenamiento y tratamiento de aguas negras y aguas grises, en zonas rurales es común el empleo del tanque séptico como unidad de tratamiento primario con disposición final por infiltración (CEPIS/OPS, 2005). Respecto (Portal de Saneamiento, 2014) el líquido fluye al tanque y las partículas pesadas se van al fondo, mientras que la espuma (aceites y grasas) flotan hacia la superficie. Con el tiempo se degradan anaeróbicamente los sólidos que se sedimentan en el fondo. Sin embargo, la tasa de acumulación es mayor que la tasa de descomposición, y los lodos acumulados se deben eliminar en un momento dado. Generalmente las fosas sépticas se deben vaciar cada 2 a 5 años, aunque deben ser revisadas anualmente para asegurar su buen funcionamiento.

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Figura 2.5: Esquema de un Tanque séptico .----- access covers - - - - - - - ,

inlet

liquid level

settlement zone -----+

-

1

- - __;

lll

Fuente: Portal de Saneamiento, 2014.

El diseño de una fosa séptica depende del número de usuarios, la cantidad de agua usada por individuo, la temperatura promedio anual, la frecuencia de bombeo y las características de las aguas residuales. El tiempo de retención debe ser de 48 horas para alcanzar un tratamiento moderado. (Portal de Saneamiento, 2014) Lo dicho basta para comprender que el tanque séptico no efectúa por sí solo la purificación de las aguas negras, como se cree generalmente, por lo cual debe complementarse con otro tratamiento que elimine el gran número· de bacterias nocivas para la salud y las sustancias químicas inconvenientes, que se encuentran en

el líquido sobrante del depósito, antes de que llegue a las corrientes de agua o a las fuentes de aprovisionamiento. Esta segunda parte del tratamiento se lleva a cabo, haciendo absorber el líquido por el terreno de una de las tres maneras siguientes: irrigándolo en el subsuelo por medio de una tubería de juntas abiertas; derramándolo en un sumidero o dispersándolo en un lecho filtrante artificial (pozo percolador). El empleo del sistema de absorción más apropiado, depende principalmente de las condiciones de porosidad del terreno y del nivel de las aguas subterráneas. ~

Tanque Imhoff:

Son unidades de sedimentación primaria que tienen como finalidad la remoción del 40 al 50% de sólidos suspendidos (SST) así y reduce la DBO de 25 a 35% para luego pasar el material por el tratamiento secundario o biológico. (CEPJS/OPS, 2005)

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Debido a esta baja remoción de la DBO y coliformes, lo que se recomienda es enviar el efluente hacia una laguna facultativa para que haya una buena remoción de microorganismos. (CEPIS/OPS, 2005).

Figura 2.6: Compartimientos de un Tanque Jmhoff CÁMARA DE NATAS

TUBERIA DE VENTILACIÓN DE LODOS

CÁMARA DE SE SEDIMENTACIÓN

CÁMARA DE DIGESTIÓN DE LODOS i

TUBERIA SALIDA PARA LODOS

1

i

Fuente: CEPIS/OPS, 2005.

El tanque Imhoff tiene una forma rectangular y se compone de una cámara de sedimentación, una cámara de digestión de lodos, y el área de ventilación y acumulación de natas (CEPIS/OPS,

2005~

Luna Rossi, FONAM,

2010~

Arce

Jáuregui, 2013). Las aguas residuales entran a una cámara de sedimentación, donde se remueven los sedimentos y se resbalan por las paredes inclinadas. Cuando el material comienza a resbalar con destino al fondo esta pasa por una ranura con traslape, la cual entra a la cámara de digestión. El traslape desvía el material suspendido en el proceso de la digestión, hacia la cámara de natas o al área de ventilación. Estos tanques no cuentan con mecanismos que requieran mantenimiento pero sí se debe tener un régimen de cuidados con respecto a las espumas y a los lodos. Los lodos son retirados periódicamente al lecho de secado, allí se filtrará el líquido restante y el Bach. Cristian A Ramos Vargas

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sólido permanecerá para finalmente utilizarlo para mejoramiento de los suelos (Metcalf & Eddy, 1995; Luna Rossi, FONAM, 2010). En el tema de la climatología, los lodos están propensos a generar con mayor rapidez reacciones como los malos olores o putrefacción ante los cambios bruscos de temperatura (Luna Rossi, FONAM, 2010). 2.3.4.3. Tratamiento Secundario

La reducción de los compuestos orgánicos presente en el agua residual, acondicionada previamente mediante tratamiento primario se realiza exclusivamente por procesos biológicos. Este proceso reduce o convierte la materia orgánica finamente dividida y/o disuelta, en sólidos sedimentables floculentos que puedan ser separados por sedimentación en tanques de decantación. (Rojas, 2002) Tratamiento biológico: Son empleados cuando el agua residual a depurar tiene un

alto contenido orgánico y se llevan a cabo mediante la intervención de microorganismos que actúan sobre la materia orgánica e inorgánica, suspendida, disuelta y coloidal existente en el agua residual, transformándola en sólidos sedimentables (nuevos microorganismos) que pueden separarse. (Aragón Cruz, 2009). Rojas, (2002) expresa que los tratamientos biológicos tienen una eficiencia remocional de la DBO entre el 85% al 95%. Y según la última edición del RNE, (2006), con una eficiencia de remoción de DBO soluble es mayor a 80%. Los procesos biológicos más utilizados son los Iodos activados y filtros percoladores, se incluyen a las lagunas de estabilización y aeradas y biológicos anaerobios. (Rojas, 2002; Aragón Cruz, 2009). Para que la transformación biológica se ejecute de una manera más eficiente, se deberá contar con ciertas características que no deben dejarse de lado. El crecimiento bacteriano debe contar con ciertos parámetros como la temperatura (30° - 40°C), oxígeno disuelto (1-2 mg/L), pH (6.5 -8.0), salinidad (menor a 3,000 ppm). También se debe considerar que actúan de forma inhibidora sustancias tóxicas como Cadmio (Cd), Cobre (Cu), Cromo (Cr), entre otros. Asimismo, las grasas y aceites en desengrasadores previos deben ser evitados (Luna Rossi, FONAM, 2010). Metabolismo bacteriano: Los procesos biológicos de depuración de las aguas

residuales, entre los que se encuentra el sistema de lodos activos, se basan en el metabolismo de los microorganismos presentes en los reactores. Bach. Cristian A Ramos Vargas

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Los microorganismos para reproducirse y funcionar de manera correcta necesitan principalmente de una fuente de carbono (materia orgánica y el dióxido de carbono) para la síntesis de material celular nuevo y una fuente de energía para el desarrollo de sus funciones vitales, además es necesario que en el medio existan elementos inorgánicos (nutrientes) tales como cantidades adecuadas de nitrógeno y fósforo, estos para que el sistema biológico funcione correctamente, así como nutrientes orgánicos (factores de crecimiento) que también pueden ser necesarios para la síntesis celular (Aragón Cruz, 2009). Hay dos tipos de reacciones en el metabolismo (Aragón Cruz, 2009):

./Catabolismo: En la que se transforman moléculas orgánicas complejas (polisacáridos, triglicéridos, proteínas, etc.) en otras más sencillas, orgánicas o inorgánicas, (pirúvico, láctico, amoníaco, C02, etc.). Oxidación de la materia orgánica para producir C02 y ffi.O (respiración celular):

Material celular + 02

Enzimas Microorganismos

ffi.O + C02

[2.3]

./Anabolismo: Es la síntesis de moléculas orgánicas complejas a partir de otras más sencillas, como partir de la materia orgánica y utilizando amonio y fosfato como fuentes de nitrógeno y fósforo se generan muevo material celular (ruta anabólica). +

Mat. Org. + NH4 + P043-+ 02 .

enzimas

.

,

Nuevas Celulas + COz+ ffi.O

mtcroorgamsmos

[2.4]

Oxidación de la propia materia orgánica celular, para su utilización en procesos de asimilación. enzimas

Células+ 02

[2.5]

microorganismos

Este proceso se conoce como respiración endógena, en el que también las células muertas sirven de alimentos a los otros microorganismos. Esta reacción tiene lugar cuando la materia orgánica disponible es limitante, de tal forma que los microorganismos del sistema utilizan su propio protoplasma para obtener energía para su mantenimiento. Bach. Cristian A Ramos Vargas

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Página

¡so

El tratamiento biológico es de dos tipos: tratamiento biológico aerobio (en presencia de oxígeno) y tratamiento biológico anaerobio (en ausencia de oxígeno) (Rojas, 2002; Aragón Cruz, 2009):

a) Proceso Aerobio La materia orgánica biodegradable en un proceso aerobio, sirve como nutriente en una población bacteriana proporcionando oxígeno y condiciones controladas, y será oxidada, donde las bacterias disminuirán los contaminantes (Metcalf & Eddy, 1995; Luna Rossi, 2010). Materia orgánica+ NH4 + + 02 Material celular+ 02

11o

., Material celular+ C02 + H20

[2.6]

Fango digerido + lliO + C02+ N0 3-

[2. 7]

La oxidación de la materia orgánica a materia celular se describe con la ecuación 2.7.

Digestión aeróbica del lodo: Esta materia celular es seguidamente oxidada a fango estabilizado o digerido y la reacción predominante está representado por la ecuación 2.5 de respiración endógena {Aragón Cruz, 2009).

b) Proceso Anaerobio Es llevada a cabo por un gran número de distintas bacterias anaerobias que trabajan de manera conjunta. Los productos finales son un gas llamado "biogás", más bacterias, y un remanente con menos materia orgánica (Seghezzo, 2010). El esquema básico es: microorganismos Materia orgánica anaerób~co~ (bactena)

La materia orgánica

8

1

CH4 + CCh

Biogás

[2.8]

en la digestión anaerobio de lodos es convertida en

metano por medio de una población compleja de microorganismos con actividades metabólicas individuales. El producto final de estas reacciones combinadas es metano y anhídrido carbónico. Y varios factores ambientales afectan su desarrollo (Aragón Cruz, 2009; Seghezzo, 2012) Según el Profesor universitario Dr. Fuchs (20 14) University of Natural Resources and Life Sciences- Vienna, Austria, Department IFA-Tulln e Institute for Environmental Biotechnology, en el congreso "Internacional de tecnología ambiental en mención al tratamiento de residuos líquidos" alcanza: las diferencias entre tratamiento aerobio y anaerobio en las aguas residuales. Bach. Cristian A. Ramos Vargas

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Figura 2. 7: Diferencia de eficiencia de sistema aeróbico y anaerobio

Surplus sludge

laerobicj Sewage 100%

1 anaerobic 1

Surplus sludge

Sewage 100%

Biogas (green energy !)

Effluent Fuente: Fuchs, 2014. En siguiente tabla, se pueden observar más características que diferencian los tratamientos aerobios y anaerobios, desde su eficiencia, operatividad y rentabilidad. Tabla 2.9: Diferencia de tratamento aeróbio y anaerobio 1

ELEMENTO

SISTEMA AERÓBICO

SISTEMA ANAERÓBIO 1

1

Sewage (Aguas De un 100% de agua residual que ingresa a un sistema de tratamiento. residuales) Menor eficiencia, la remoción es limitada Remoción Mayor eficiencia de remoción del nutriente. Surplus sludge Se obtiene un lodo o fango de Menor producción de lodos: Se obtiene (Fango un lodo o fango de promedio delt-5% promedio del 50% excedente) El 50% de e es convertido a C02; Genera 90%-95% es conveltido a C02, Biogas el 40-50% es incorporado dentro de biogás; 5% transf. En masa microbiana la masa microbiana Energía para aireación

Ingreso de elevada energía

No requiere energía

60% de la energía es almacenada 90% de la energía es retenida como Almacenaje de en la nueva biomasa, 400/o perdido CH4, 3-5% perdido como calor, 5-7% es Energía como calor almacenada en la bíomasa El agua saliente tiene un porcentaje El agua saliente tiene un porcentaje Effluent aproximado de 1-5% no tratado, esto aproximado de 1% no tratado, (Efluente) hace que tenga menor calidad del excelente calidad del efluente. efluente. Cargas Limitaciones de cargas orgánicas Acepta altas cargas orgánicas orgánicas

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Arranque

Periodos de arranque cortos

Perfomace

operatividad comprobada

Operación y Facilidad de mantenimiento mantenimiento.

operación

Largos periodos de arranque, las tasas anaerobias de reacción son lentas y la necesidad elevar temperaturas para obtener buenas tasas de remoción. Proceso de complejidad e inestabilidad, Los reactores tienen que eficazmente retener biomasa independiente de tiempo hidráulico de retención.

y Reduce la inversión de costo, operación y mantenimiento

Proponer elección de diseño correcto de combinación de procesos, así como también compromiso de empleados del operador es el prerrequisito para el tratamiento fidedigno según las normas dadas. Fuente: Arce Jáuregui, 2013; Fuchs, 2014, adaptado portesista. Objetivo final

El tratamiento anaerobio puede estar exitosamente combinado con sistemas post-tratamiento poco mecanizados para cumplir con criterios del efluente, ya que es necesario para lograr (Fuchs, 2014): •

La extracción final del DBO, DQO con la que cumplir normas.

•

Reducción efectiva de patógenos

•

El desafio más grande: La extracción de nutrientes.

A continuación se presentan los siguientes procesos importantes del tratamiento secundario: ~

Lagunas aireadas: Son depósitos donde se trata el agua residual a manera de flujo continuo sin

recirculación de los sólidos. Tiene como principal tarea convertir la materia orgánica, mediante aireadores superficiales o difusores sumergidos que aportan oxígeno. La turbulencia creada por los aireadores tiene como finalidad mantener en suspensión el contenido del depósito. Después de un tiempo de retención, en un periodo de 3 a 6 días, el efluente puede resultar hasta la mitad del DBO de afluente. Por lo tanto, es necesario utilizar posteriormente un tanque decantador para eliminar mayor material orgánico por gravedad. (Luna Rossi, 2010) Se debe tener en consideración para el diseño de una laguna aireada, la eliminación de DBO, las características del efluente, la demanda de oxígeno, el efecto de temperatura, la demanda energética para el mezclado y la separación de sólidos (Metcalf & Eddy, 1995).

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Figura 2.8: Esquema de Laguna aireadas

outlet

Fuente: Portal de Saneamiento, 2014.

>

Lagunas de estabilización (LDE): Conocido popularmente como lagunas de oxidación, son empleadas en muchas

provincias del Perú como unidad principal de las plantas de tratamiento de aguas residuales, siendo la razón principal el bajo costo de construcción y mantenimiento. (Arce Jáuregui, 2013) Haciendo un resumen a (Seghezzo, Sistema de Fortalecimiento de Capacidades para el Subsector Saneamiento, 2010) se expresa:

•!• Aspectos básicos • Las LDE son represas relativamente poco profundas en las cuales las AR se tratan por métodos biológicos. • Las LDE se usan mucho para tratar ARD. • Los principales objetivos de las LDE son la remoción de: •

Materia orgánica

•

Sólidos suspendidos

•

Microorganismos patógenos

•!• Procesos de una laguna de estabilización • Sedimentación: sobre todo en la primera laguna de la serie. La materia orgánica particulada se acumula en el fondo formando una capa de lodos. • Digestión anaeróbica: el Iodo acumulado se degrada o "estabiliza" por acción de bacterias anaeróbicas. • Aireación: el agua incorpora oxígeno de la atmósfera por difusión y turbulencia causada por el viento, y de las algas a través de la fotosíntesis. Bach. Cristian A Ramos Vargas

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CAPITULO II: Marco Teórico

• Crecimiento: las bacterias y las algas crecen en una relación casi

simbiótica. Las bacterias degradan la materia orgánica y liberan nutrientes (N, P) y C02 mientras que las algas usan los nutrientes y proveen 02 a las

bacterias aeróbicas. Figura 2.9: Esquema de una LDE

'\/,6'{1

t>v~

Viento

----1~~

\

lrra \"•"""

lnfluente ___. ====%==¡¡ Zona aeróbica: oxidación de materia orgánica Oxipausa {02 =O)

Capa de lodo

Fuente: Seghezzo, 2010. •:• Tipos de Laguna de Estabilización a) Lagunas anaerobias

• Cuando la concentración de materia orgánica es alta, el oxígeno es consumido rápidamente por las bacterias anaeróbicas. • Sólo una capa fina cercana a la superficie puede permanecer aeróbica. • Se pueden emitir malos olores y biogás a la atmósfera. b) Lagunas facultativas

• La demanda de oxígeno de las bacterias se satisface en superficie por la fotosíntesis de las algas. • Hay una capa aeróbica significativa, sobre todo durante el día. • Las bacterias facultativas presentes pueden ser aeróbicas o anaeróbicas de acuerdo a la disponibilidad de oxígeno. • El esquema mostrado más arriba corresponde a una laguna facultativa. e) Lagunas aeróbicas

• También se llaman lagunas de "maduración". • La concentración de oxígeno es suficiente para degradar toda la materia orgánica. Bach. Cristian A Ramos Vargas

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CAPITULO 11: Marco Teórico

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• La laguna es totalmente aeróbica, a veces sobresaturada de oxígeno por acción de las algas. • Pueden ser utilizadas como post-tratamiento de sistemas anaeróbicos. Figura 2.10: Tipos de Lagunas de Estabilización 1 anaerobic

L

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1 anaerobic

11 ii ¡;l(~lil!l:ll•••• .lillill-.lll•ii lilllllllll

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RnORJDAD FISCAliZADORA SECTORIAL (OEFA, PRODUCE; MINAGRI, ele.) Ccr·3:1 m i:/í' "'':. cL-OOOJO

Planta de trcrtomlento de aguas residualea

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OEFA

Laguna de estabilización Mantaro La laguna de estabilización de Mantaro -Distrito de Huancán se encuentra

entre el Río Chanchas y el Mantaro, y se pudo observar que el caudal de ingreso no es lo suficiente para lo que demanda la PTAR, ya que solo en la tercera laguna primaria ingresa un caudal que es insignificante, esto se evidencia que no existe un nivel de agua suficiente debido a pérdidas como evaporación y filtración; nivel que no guarda secuencialidad con la secundaria ya que este se interconecta por rebose, por lo que se encuentra inoperativo. Por Jo como para su construcción se requirió: • Costo inversión: S/. 2'077,688.14 e

Área de terreno: 39,790.45 m2 ó 3.97Ha.

Esta laguna facultativa consta de 03 lagunas pnmanas y 03 lagunas secundarias, y talud de las lagunas fueron estabilizados con concreto simple de 1Ocm. de espesor. Ilustración 3.9: PTAR Laguna de Oxidación-- Huancán

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CAPITULO III: Metodología

P á g 1 na 1122

La planta se encuentra inoperativo esto se debe a que el distrito de Huancán no ha conectado las redes de alcantarillado existentes al emisor que llegada a la planta de tratamiento de aguas residuales.

3. 7.2. DISTRITO DE TRES DE DICIEMBRE Se puede ver que la planta de Laguna de Oxidación se encuentra abandonada ya que no está en funcionamiento, presenta maleza, falla en la geomembrana de talud por lo tanto está encuentra inoperativa. En los ANEXOS se detallan mayores alcances.

Ilustración 3.10: PTAR Laguna de Oxidación- Tres de Diciembre

Fuente: Elaboración Propia 3. 7.3. DISTRITO DE VIQUES Ilustración 3.11: Laguna de Oxidación - Viques

Fuente: Elaboración Propia Bach. Cristian A Ramos Vargas

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CAPITULO III: Metodología

Página 1123

En el distrito de Viques que cuenta con lagunas facultativas en donde sólo funciona la laguna primaria y la secundaria se encuentra colapsada por falta de operación y mantenimiento. Se pudo observar que la planta de tratamiento no funciona como debe ser, trata a nivel primario, y la laguna secundaria se encuentra con forraje en la base, aislada de la primaria, también la geomembrana falló creando bolsos en la base y parte de los taludes colapsados. Por lo que se encuentra en un estado inoperativo para el tratamiento.

3. 7.4. PROVINCIA DE JAUJA La laguna de estabilización se encuentra a una altura de 3380 msnm ubicada en el distrito de Sausa, provincia de Jauja, y actualmente se encuentra operativa. Ilustración 3.12: PTAR Laguna de Oxidación -Jauja

Fuente: Elaboración Propia La laguna toma los caudales provenientes de los distritos de Jauja, Sausa y Yauyos, y está conformado por un tratamiento preliminar que es una cámara de rejas, un medidor Parshall, y tratamiento primario y secundario de: 2 lagunas primarias y 2 lagunas secundarias y una descarga de agua tratada. La empresa "Superconcreto del Perú S.A." ejecutó esta planta de tratamiento de aguas residuales con un presupuesto con un costo de S/. 5'785,854.30. •:• Terreno: 250,767.90 m2, 25.077 Ha.

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Página 1124

•!• Caudal promedio: 350 Lps. •!• Periodo de diseño: 5 años (posteriormente se tendrá que ampliar con una serie de lagunas adicionales en una segunda etapa) Establecido en el Expediente Técnico otorgado por el contratista de Superconcreto del Perú S.A., 2012. Se adjunta parte de los datos de diseño ~

Población servida (20 años)

: 37,355 habitantes

~

Población servida (5 años)

: 28,865 habitantes

~

Contribución

: 34.5 gr DB05/hab/día

~

Temperatura más baja asumida para el diseño: 12 oc

~

Tasa de acumulación de lodo

~

Coliformes termotolerantes en crudo: 1,4x107 NMP/100 mL

: 0.04 m3/habxaño

Adjuntando el siguiente sustento técnico de dimensionamiento de lagunas:

Tabla 3.23: Calculo de Lagunas de Estabilización de la provincia de Jauja

Fuente: Superconcreto del Perú S.A., 2012

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CAPITULO lll: Metodología

Página 1125

3.7.5. PROVINCIA DE CONCEPCIÓN Gerente del hJ>S Municipal Mantaro S.A. - Zonal de Concepción lng. Donald Enrique Berrios Martínez expresa: "Se tiene una planta de tratamiento de aguas residuales que optimiza el tratamiento de aguas residuales y está ubicado en la zona de Palia Baja perteneciente a la Provincia de Concepción (ref Cerca al Camal de palia) cercano a la ribera del Rio Achamayo" Ilustración 3.13: PTAR Lodos activados convencional - Concepción

Fuente: Elaboración propia La Planta de tratamiento de lodos activados Provincia de Concepción que fue ejecutada por la empresa "Consorcio Adler" en el año 2011. Según lo entrevistado (Vega Aybar, 2012) el proyecto inicial era realizar lagunas de estabilización que ocuparían un terreno de 8 Ha. sobre un área agrícola de carácter privado, esta área de terreno no estuvo disponible para su instalación de 2 lagunas primarias y 2 lagunas secundarias, puesto que se vio como primeras alternativas reubicar la PTAR, la cual no era disponible por que había cruces de agua naturales, el propio rio Achamayo y una acequia de riego, manantiales y evidencia de napa freática a 80cm . En determinadas zonas de la obra, ya que esta se ubica en las partes bajas de provincia de Concepción zona de Palia, donde corren corrientes de aguas freáticas (subterráneas), por lo cual se tomó otra decisión, el de cambiar de sistema de tratamiento, es así que surge la propuesta final que es construir un planta de lodos activados, conjunto el contratista y la entidad pública.

•!• Área de terreno: 29,160 m2 ó 2.9 Ha.

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CAPITULO III: Metodología

•!• Tiempo de ejecución: 15 meses •!• Capacidad: 11 Olfs •!• Caudal promedio actual: 54 1/s •!• En operación: desde diciembre 2012 •!• Costo de inversión: S/.7'481,416.59 •!• Población de diseño: 19,990 hab. •!• Periodo de diseño: 20 años La planta de tratamiento consta de los siguientes procesos: •

Tratamiento preliminar: Cámara de rejas, desarenador

•

Tratamiento primario: Sedimentador primario

•

Tratamiento secundario: Bioreactor, reserva y Clarificador

•

Manejo de lodos: Con un tratamiento aérobico de digestor de lodos y disposición a los lechos de secado.

•!• Ventajas • Cumple con la eficiencia de remoción de acuerdo los parámetros establecidos por el LMP por el MINAM, como se adjunta en los anexos de análisis de laboratorio por la planta fue por Roy Galarza, 2010 otorgado por el Consorcio Adler en donde la DBO en el afluente el promedio es de 511 mg/L. y al ser tratada nos da un efluente de 28.7 mg!L. así demostrándose una holgura según lo establece la norma. (Ing. Bladimir Vega, 2012) • No genera malos olores por ser un sistema aeróbico donde se inyecta oxígeno en el tratamiento biológico. • La planta de lodos activados ocupa un terreno 2.9 Ha. espacio menor a comparación a la propuesta inicial de lagunas de estabilización de 8 Ha. Ver Anexo de planos. • Respecto al medio ambiente hace que no se haya ocupado mayor terreno de uso de suelo agrícola, ni dañado

la flora, fauna y manantiales que se

conservan aun en el terreno aledaño. • Respecto al ser una construcción de concreto armado a comparación de una laguna de oxidación es estable por controlar filtraciones e infiltraciones de aguas subterráneas a comparación una laguna de oxidación por tener una estructura de arcilla pueda colapsar en el tiempo.

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CAPITULO III: Metodología •:•

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Desventajas

• Consumo de energía por contener equipos electromecánicos, cuenta un transformador en una subestación eléctrica de Cap. Max. de 1000 KVA que genera un costo de pago mensual aproximado de servicio la suma de SI. 14,400.00 a la empresa electricidad Electrocentro S.A. (Consorcio Adler, 2012). Sin embargo: "La planta de tratamiento optimiza la energía de aireación necesaria

para el tratamiento de aguas residuales ya tiene holgura en los parámetros de efluente de LMP establecido por el JvfJNAM. esto hace tener un menor costo de energía de aireación" (lng. Donald Berrios, 2014). 3.7.6. PROVINCIA DE HUANCAYO

El Gerente General el Ing. Marco Antonio Ramón Tacuri del Eps Sedam Huancayo S.A. (2014) expresa: "Que la cuidad de Huancayo no cuenta con planta de tratamiento de aguas residuales, pero que gracias a la cooperación KFW Alemana se va a construir una PTAR con cuyas características están acorde al tema de investigación, que se situará en el pueblo de Auquimarca que se localiza en el distrito de Chilca ". Tabla 3.24: Vertimientos de agua residual de la ciudad de Huancayo

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CAPITULO ill: Metodología

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22 Hvca 12 PVC 23 Leoncio Prado 24 09 de Diciembre 25 Tuntuchaca 26 Sucre 27 Torre Tagle 28 Real Fuente: Eps SedamHuancayo S.A., 2014.

En la cuidad de Huancayo existen 28 puntos de vertimientos de agua residual sin tratar como al Rio Mantaro como receptor final. Así también se extrajo información complementaria de caracterización de aguas residuales en Huancayo: Tabla 3.25: Caracterización de aguas residuales en la Cuidad de Huancayo

T Fuente: Lava & Márquez, 2011; Argumedo & López, 2011; Copes & Gilbonio, 2013, adaptado por tesista.

3.8.

CARACTERIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES EN EL VALLE DELMANTARO Esta información obtenida se considera de índole ya que está en función

fuentes de origen así otorgando las características del agua residual, esta depende del desarrollo socioeconómico de la población del valle del Mantaro en el tiempo, ya que el agua residual se genera en base a las actividades socioeconómicas y del propio uso doméstico, es así que se evaluó la calidad de las aguas residuales en diferentes puntos del valle, a continuación se muestra el cuadro de resultados obtenidos:

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CAPITULO III: Metodología

Página 1129

Tabla 3.26: Resultados de caracterización de aguas residuales en el Valle del Mantaro

IS!iJ&J.JJ22J&PJ_iLILI!ZZJJ&AA4SJ_SJIOQIMMUM2ill

1 1Mantaro- Huancán 2 1 Sausa - Jauia 3 1 Palia - Conceoción 4 Palia - Concepción

1 15/02/20081 C. "Señor de la Picota" 1 245.01 Elaboración Propia, A. 1 30/05/20141 Laboratorio 1 683.01 Elaboración Propia, A. 1 26/06/20141 Laboratorio 1 223.21 Consorcio Adler, A. 18/06/2010 Laboratorio 511.0

5 Huamancaca Chico

502.01

0.781

7.01

728.11

1 7.31

20.21

1 428.0 1 2.80E-+D5I 2.40E-+D5

328.01

1 7.11

19.81

1 207.01 1.10E-+D71 1.10E-+D7

\ 337.0\1.10E-+D3

239.0

4.70

23/04/2008 Ruiz Crisóstomo, F.

297.0

905.2

1.30\

7.4\

17.4\

6 Huamanmarca- Huayucachi 19/12/2005 Gonzáles &Orihuela Colector Daniel Alcides Carrión 71- Huancayo 1 03/09/2010 1 Lava & Má~uez Colector Agua de las Vírgenes 81- Huanca~o 1 02/04/2011 1A~umedo & Ló~ez Colector Agua de las Vírgenes 91- Huancavo 1 10/12/20121 Cooes & Gilbonio

842.5

1090.8

l

6.41

14.51 15.01

1 412.01

518.01

0.161

6.81

1 595.71

785.91

1.631

7.51

1

547.0

1.55

627.1

1.69

1

476.21

1 9.00E-+D6

15.51 232.01

31.0 1 289.0

1 707.0 1 380.31 658.0

7.1

1

1

160.0

5.03 100.00

17.1 407.0 300.2 5.07E+06 5.62E+06

Fuente: Elaboración propia (*) En caso de aceites y grasas no se consideró el promedio por no tener datos suficientes.

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Figura 2.36: Resultados de principales parámetros fisico-químicos de aguas residuales domésticas en el Valle del Mantaro Colector Agua de las Vírgenes- Huancayo 2012

Colector Agua de las Vírgenes- Huancayo 2011

Colector Daniel Al cid es Ca rrión- Huancayo 2010

Huamanmarca- Huayucachi 2005 11 SST

Huamancaca Chico 2008

!J DQO

DDBO Palia -Concepción 2010

Palia -Concepción 2014

Sausa -Jauja 2014

Manta ro- Huancán 2008

0.0

200.0

400.0

600.0

800.0

1000.0

1200.0

Fuente: Elaboración propia Bach. Cristian A Ramos Vargas

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Análisis OlA: A partir de obtener los resultados de caracterización media de las aguas residuales en el valle del Mantaro: Tabla 3.27: Resultados de caracterización media de agua residual del Valle del Mantaro Caracterización Media en el Valle del Mantaro -oso_T_oao -¡·üD-r;;H ~¡--r--T-sr·-r- ssl-I___Cl-___ T __ cF-¡·----------

(mg/L)

1

1

i

l

(mg/L) 1 (mg/L)

1

--• 1

•

• • •

•

•

•

! 0

(

1111 •••

C)

i

(mg/L)

(mg/L)

i l

(NMP/100 mi)

Aceites (NMP/100 y grasas mi)

(mg/L)

EfmiiiBIIIII5DIImml

En base al cuadro resultante se puede establecer que las aguas residuales que presentan los parámetros físico - químicos mínimos son: •

En DBO: 223.2 mg/L en Palia Concepción 2014.

•

En DQO: 239 mg!L en Palia Concepción 2010.

•

En SST: 160 mg/L en colector de Aguas de las Vírgenes 2012.

Y los picos máximos son:

•

En DBO: 842.5 mg/L en Huamanmarca- Huayucachi 2005.

•

En DQO: 1,090.8 mg/L en Huamanmarca- Huayucachi 2005.

•

En SST: 428 mg/L en Sausa- Jauja 2014.

Y las aguas residuales que se acercan a la caracterización media en el Valle del

Mantaro son: •

En DBO: 511 mg!L en Palia Concepción 2010.

•

En DQO: 547 mg/L en colector de Aguas de las Vírgenes 2012.

•

En SST: 289 mg/L en colector Daniel Alcides Carrión - Huancayo 2010.

Con la data se obtiene los parámetros óptimos para el valle del Mantaro que son en función de los promedios y los máximos superiores al promedio: Tabla 3.28: Caracterización Optima para el valle del Mantaro

Fuente: Elaboración propia.

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Análisis OlB: Se puede ver que los parámetros óptimos de caracterización de las aguas residuales para el valle, pueden servir para pre-diseños o diseños de plantas de tratamientos ya que refleja las actividades socioeconómicas del valle del Mantaro. Y las aguas residuales próximas superiores a la caracterización media de las aguas residuales en el valle del Mantaro y que se pueden comprender para un efecto de pre diseño es: •

En DBO: 511 mg!L en Palia Concepción 2010.

•

En DQO: 728.1 mg!L en Sausa- Ja11ja 2014.

•

En SST: 337 mg!L en colector en Huamancaca Chico 2008.

Respecto a los bacteriológicos, coliformes totales

y coliformes fecales se

puede ver que en la caracterización media del CF (5.62E+06 NMP/IOOml) es mayor al del CT (5.07E+06 NMP/IOOml) esto se debe a que al número de datos obtenidos por cada uno de estos parámetros, teniendo como resultados máximos de:

3.9.

•

Coliformes Totales: 1.10E+07 NMP/lOOml en Palia Concepción 2014.

•

Coliformes Fecales: 1.10E+07 NMP/lOOml en Palia Concepción 2014.

SELECCIÓN DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGlJAS RESIDUALES La selección de plantas para el proceso de comparación para obtener el

diagnóstico situacional, en donde la eficiencia remocional se trasciende en la operatividad de la planta en la actualidad, el costo de inversión y tanto el de operación y mantenimiento con los datos obtenidos de los ejecutores del proyecto u obra.

3.9.1. EFICIENCIA REMOCIONAL ~

Las plantas tratamiento de aguas residuales seleccionadas para el análisis de eficiencia remocional son las siguientes: •

PTAR de la Provincia de Jauja: Laguna de oxidación.

•

PTAR de la Provincia de Concepción: Lodos Activados

Para la eficiencia remocional de las plantas de tratamientos seleccionadas se evaluó las principales características de la calidad del agua residual, los afluentes y Bach. Cristian A Ramos Vargas

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e.tluentes de las plantas de tratamientos seleccionadas y se obtuvo los siguientes resultados en base a los LMP establecidos por el MINAM: Tabla 3.29: Resultados de eficiencia remocional de plantas seleccionadas de aguas residuales ,

N

de

PTAR

~-·-

1

i

Caudal

i

Diseño (lis)

!

¡ Calidad Efluente ---l--·----l----l---------------,-------nBO j

Calidad Afluente

··--------------¡-------~-----,

Tratamiento

......

Datos Básicos de Diseño

¡-----·-------

Tecnologia

Caudal

[1

1

080 / SST

[1

¡

i

(mg/L) ! (mg/L)

1

'·

CT

¡·

/

SST

(NMP/100 1 mi) _(mg/L)

1

CTT

~ ¡

(NMP/100 mi)

11 ... _ _.m________ 6

t

••

t

•

1 •

1

110

(lis)

-

54.0 223.2

207.0 1.10E+07

!

(mg/L)

-97.8 150.0

4.60E+06

Fuente: Elaboración propia, ver anexo. Análisis 02:

Se obtiene que la laguna de estabilización de Sausa- Jauja no cumple con los LMP para los e.tluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas o municipales, ya que se puede observar que el BDO obtenido en el e.tluente es 194 m giL mayor de 100 m giL y los SST 180 mg/L mayores a 150 m giL, y también fuera de Jos parámetros bacteriológicos (Decreto Supremo 003-2010-MINAM, 2010). Respecto a planta de tratamiento de Concepción de Lodos activados es un sistema óptimo para los parámetros fisicoquimicos: En la remoción del DBO la eficiencia es de 43.8% y de SST es de 72.5%, el primero no cumpliendo la sugerencia de la nonn.a (55-95%), el segundo (70-95%) afirmando lo que menciona OS. 090 del RNE, 2006 y Rojas, 2002 adjuntada en la tabla 2.6, esto se debe que en la gestión de aguas residuales de Concepción por medio del Ing. Donald Enrique Berrios Martínez - EPS Municipal Mantaro S.A. optimiza la energía de aireación necesaria para un menor gasto de energía y pueda cumplir con los establecido por el MINAM, y respecto a los bacteorológicos no cumpliendo los parámetros establecidos. 3.9.2. COSTO DE INVERSIÓN )o>

Las plantas tratamiento de aguas residuales seleccionadas para evaluación de costos de inversión son las siguientes: •

PTAR del Distrito de Huancán - Warivilca: Tanque Imhoff

•

PTAR del Distrito de Huancán: Laguna de estabilización.

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•

PTAR de la Provincia de Jauja: Laguna de oxidación.

•

PTAR de la Provincia de Concepción: Lodos Activados.

Para la determinación de los costos e inversión se trabajó en dólares con tipo de cambio a dólar de SI. 2.80 Nuevos Soles. De acuerdo a la información obtenida de los costos de inversión de las siguientes plantas de tratamiento se obtuvieron los siguientes resultados: Tabla 3.30: Costos de Inversión de cuatro plantas de tratamiento evaluadas en el Valle del Mantaro (US$)

2 Movimiento de tierras 3 Estructuras de concreto Sistema de Conducción

Fuente: Consorcio Señor de la Picota, 2011; Superconcreto del Perú S.A., 2012; Consorcio Adler, 2012, adaptado por tesista. Análisis 03A: El siguiente cuadro se determina el costo de tratamiento de agua residual de ejecución del proyecto (sin terreno) en el sistema de Lodos Activados de la Provincia de Concepción es de US$ 2'671,934 y el de Laguna de oxidación de la Provincia de Jauja es de US$ 2'066,377, en Mantaro Huancán US$ 742,031 y en Warivilca Huancán de US$ 112,941. Se puede ver que el costo para adquirir el terreno donde se ejecutará el proyecto influye en los costos de inversión esto es respecto al sistema a ejecutar y Bach. Cristian A Ramos Vargas

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cuánto de área superficial terrestre ocupe, como se puede observar notoriamente en las plantas de lodos activados de la Provincia de Concepción que alcanza un costo de inversión de US$ 2'886,220 y el de laguna de oxidación de la Provincia de Jauja que alcanza la suma US$ 4'305,376.

Tabla 3.31: Costos de Inversión de cuatro plantas de el Valle del Mantaro según la tecnología de tratamiento

Co~o---------r

eau da1 pobl acron .. Costo de la ,1 Costo del : (US$/ persona ) . 1 1 planta '1 terreno ¡:----. Tecnologra 1 . (1/s) atendrda (US$) , (US$) : Srn Con 1 r terreno 1 terreno 1

Planta

1

1

54.00

19,990

2,671,934

214,286

134

144

350.00

28,865

2,066,377

2,238,999

72

149

0.56

6,535

742,031

355,272

114

168

0.59 Fuente: Elaboración propia.

580

112,941

2,400

195

199

Concepción SausaJauja MantaroHuancán WarivilcaHuancán

Lodos activos Lagunas de estabilización Lagunas de estabilización Tanque lmhoff

Tabla 3.32: Costos de inversión según costo habitante (US$) -------. Tanque lmhoff Warivilca - Huancán Lagunas de estabilización Mantaro - Huancán

1---

! L 1

Lagunas de estabilización Sausa - Jauja

1

Lodos activos Concepción

1

o e Con terreno

J

'<

1~'

J

.

-

~,

l

50

-- ----

150 100 US$/habitante

200

250

• Sin terreno

Fuente: Elaboración propia. Análisis OJB: Se obtiene que el sistema de tanque Imhoff resulta la más cara con la inversión por habitante es de US$ 199, y al parecer la laguna de oxidación de Jauja tiene costo de inversión más barata por habitante US$ 149, pero esta planta solo contempla un diseño en 5 años, y tendrá que tener una segunda etapa de ampliación de una serie adicional, es por eso que no necesariamente es la más viable, también se pude ver la laguna de oxidación Mantaro de Huancán tiene un costo habitante de US$ 168 y la de lodos activados de Concepción tiene un costo habitante de US$ 144. Bach. Cristian A Ramos Vargas

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Tomando en consideración lo dicho con anterioridad se pude ver que el costo de inversión de lodos activados es la más conveniente para la inversión.

3.9.3. COSTO DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO Las planta tratamiento de aguas residuales seleccionada para evaluación de costos de operación y mantenimiento es: •

PTAR de la Provincia de Concepción: Lodos Activados

Se obtuvo el costo de operación y mantenimiento de una planta de tratamiento de lodos activados de Concepción que se muestra a continuación: Tabla 4.33: Costos de operación y mantenemineto de lodos activados- Concepción

Caudal de trabajo Personal de operación Personal de seguridad Materiales e insumas bombeo

54Us 72,000.00 27,000.00 10,200.00 144,000.00 14,400.00 33,600.00

25,714.29 86 3,642.86 55,384.62 5,142.86 12,000.00

301,200.00 1,702,944.00

107,571.43 194.29

0.177

0.06

7,481,416.59 25.00 256.66

2,671,934.50 25.00 106,877

Servicios por mantenimiento áreas verdes

TOTAL Producción de agua anual Costo del agua por operación mantenimiento (US$/m3)

y

Costo del agua por depreciación de la 0.176 inversión (US$/m3) Costo total del 0.353 Población atendida 19 .00 Tarifa anual 31.60 Fuente: EPS Mantaro S.A., adaptado por tesista.

0.063 0.126 19,000.00 11.29

Ya que algunas plantas del valle del Mantaro especialmente las lagunas de estabilización las construyen y los dejan a la deriva, esto es un problema porque Bach. CristianA. Ramos Vargas

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CAPITULO III: Metodología

Página 1137

desde la gestión de hacer viable estos proyectos se deben incluir estos costos, ya que una planta ejecutada y sin funcionar es como una no haber realizado algún proyecto alguno de cuidado para el cuidado del medio ambiente. Se debe tener en cuenta que este costo incorporado es muy importante para obra o infraestructura ejecutada, en este caso una planta de tratamiento es depende de este cuanta vida útil se le da esta.

Análisis 04: Respecto a las plantas de tratamiento de esta investigación se pudo obtener que el 86.7% no cuenten con un operación y mantenimiento, haciendo estos proyectos insostenibles sin un fin logrado, es por esto que se debería incorporar esta gestión por en sus respectivas jurisdicciones y cumplir con las normas establecidas, así también se pude ver que en la planta de Concepción la tarifa anual seria de US$ 11.29, pagando así un US$ 0.94 al mes por habitante el cual puede ser graduable en el tiempo por el EPS Mantaro S.A.

3.10.

MODELO ADOPTADO

PRIMER CASO.- Complemento a un Sistema de Tratamiento Existente. Como parte de solución a los problemas ya existentes de tratamiento de aguas residuales en el valle como para tanques sépticos, tanques Imhoff o lagunas de estabilización operativas, se alcanza: • Previamente fundamentalmente realizar el mantenimiento a las plantas existentes en donde puedan entrar en funcionamiento y evaluar su eficiencia, también considerar si necesita un tratamiento preliminar, donde se va anexar un sistema de lodos activados según un estudio, en base al caudal promedio de mgreso. • Como se puede ver planteado a un sistema de tratamiento primario se puede tener una incorporación de un sistema de lodo activado así optimizado la eficiencia de remoción fisico - químico y bacteriológico.

Bach. Cristian A. Ramos Vargas

FIC-UNCP

CAPITULO III: Metodología

Página 1138

Ilustración 4.14: Esquema de modelo anexado a un tanque séptico riser transfer "t"

lnffluent

effluent

aspirator

Fuente: Elaboración propia. Ilustración 4.15: Esquema de funcionamiento anexado tanque séptico Tratamiento

Fuente: Elaboración propia.

Para un sistema· anexado a un tanque Imhoff se puede utilizar el proceso de lodo activado con la finalidad de obtener eficiencias de remoción óptimas, esto se aplicará en la planta de tratamiento de aguas residuales del distrito de Huancán en la zona de Warivilca, aledaño al río Chanchas.

Bach. Cristian A Ramos Vargas

FIC-UNCP

CAPITULO III: Metodología

P á g 1 na 1139

Ilustración 4.16: Esquema de modelo anexado a tanque lmhoff

skimmer

transfer pipe

l.

Tanque lmhoff Existente

Fuente: Elaboración propia. Ilustración 4.17: Esquema de funcionamiento anexado tanque lmhoff

Tratamiento primario )

AERATION CHAMBER FLOW PATTERN

.

~. ::-• .:: ~7.

·..... .,·.·

'

c:L·.·.

1

1

---"

Fuente: Elaboración propia.

Bach. CristianA. Ramos Vargas

FIC-UNCP

CAPITULO III: M.etodología

Página 1140

Análisis 02A En caso de una laguna de oxidación que se compone de una laguna primaria y secundaria y sabiendo en teoría tendría a una eficiencia de remoción de 90-95% para un tratamiento biológico, pero en el diagnóstico en la campo con los análisis recolectados se obtuvo que esta lagunas en el valle no cumplen con las características mencionadas de eficiencia, esto debido a la geografia que presenta el valle y teniendo en cuenta que ya se realizó una inversión económica y que usa demasiada área de terreno en la realización de estas lagunas, este inoperativa o no, pero si es cierto que ninguna cumple con lo solicitado por el MINAM Como solución planteada para una laguna de Oxidación no obedece a usar un tratamiento de lodos activados anexo que tendría un costo y área adicional, muy complejo ya se debe tener en cuenta que esta agua ya pasó por un tratamiento biológico (tratamiento secundario) en la propia laguna, es por aquello como otras opciones incorporar a la parte final de la laguna secundaria difusores de aire, y volverla una parte aireada, o sino al final del tratamiento hacer un filtro biológico que cubra esta necesidad siendo más adecuada económicamente, y añadiendo al final un sistema de cloración para el efluente. Añadir a la parte final del tratamiento la desinfección por cloración que puede ser mediante tabletas de cloro, en un sistema por contacto. Ilustración 4.18: Esquema de sistema de cloración por contacto

Fuente: Elaboración propia.

Bach. CristianA Ramos Vargas

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CAPITULO III: Metodología

Página 1141

Realizar a las lagunas existentes un sistema adicional de tratamiento de aguas residuales que puede ser la desinfección de cloración, así alcanzado el tratamiento optimizado. En caso que no se pueda anexar un sistema por estar colapsado el sistema existente, bien demoliendo o colocando en forma paralela una planta de tratamiento de aguas residuales lodos activados esto mostrándose en el segundo caso a continuación.

SEGUNDO CASO.- Una Nueva Planta De Tratamiento La planta de tratamiento se detallara primero en función caudal ya que este depende de la cantidad de habitantes en la zona en jurisdicción o localidad (área de drenaje) Según los resultados de caracterización media del agua residual recomendable del va11e del Mantaro se presentan los siguientes modelos de Iodos Activados Convencional repartidos en función al número de habitantes. Como ejemplo la ciudad de Huancayo teniendo en cuenta que se puede tratar un cierto área de drenaje, que fluye a un de un posible vertimiento. Ilustración 4.19: Esquema del diagrama del modelo de lodos activados

1

'

j• .J

Fuente: Programa Steady

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CAPITULO III: Metodología

Página 1142

Ilustración 4.20: Esquema de un modelo de lodos activados para poblaciones grandes

Fuente: Google Earth

Ilustración 4.21: Modelo de un Bioreactor de Lodos Activados

Fuente: Elaboración propia

Bach. CristianA. Ramos Vargas

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CAPITULO ill: Metodología

Página 1143

Fuente: Elaboración propia

_.,_.,.

___ ·.,_. .. ...... ~

·.

Fuente: Elaboración propia Ilustración 4.24: Modelo de .funcionamiento de Clarificador en lodo activado con sistema

Fuente: Elaboración propia

Bach. Cristian A Ramos Vargas

FIC-UNCP

CAPITULO ID: Metodología

Página 1144

Ilustración 4.25: Tanque de cloración por contacto

L

'

.

'

__,--· ·-

......... -

"

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--

............. ----\FJ_.-._-' ... _· . .

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~.

......li,:"'...-..

1

:

-

~

J //-

/-

CHl.ORINS TANK

FlOW PATIERN Fuente: Elaboración propia Ilustración 4.26: Tabletas de cloro

r,J //"' .-;{'--

~-

?/·

..

'/ ,./ Fuente: Elaboración propia

Bach. Cristian A. Ramos Vargas

FIC-UNCP

CAPITULO III: Metodología

Página 1145

Análisis 02B

Se puede observar que para un nuevo sistema con alta demanda de agua residual se puede realizar plantas de tratamientos similares a la ciudad de Concepción que tenga un clarificador y bioreactor con un sistema de auto mantenimiento como es el puente giratorio y que en la parte inferior contiene el barrelodos, y también como un sistema de retroalimentación ya que recircula los lodos sedimentados del clarificador y las devuelve a ingreso del bioreactor así optimizado el proceso de tratamiento de aguas residuales, y al final añadirle un sistema de cloración para eliminar patógenos y la digestión y evacuación de lodos, esto debe estar de la par con con el costo de inversión habitante, la disponibilidad de terreno y el costo de operación y mantenimiento.

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CAPITULO IV: Resultados

Página 1146

CAPÍTUL_Q IV

Resultados

Bach. Cristian A. Ramos Vargas

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Página 1147

CAPITULO IV: Resultados

4.1. RESULTADO 01: DIAGNÓSTICO SITUACIONAL DE PLANTAS DE TRATAMIENTO EN EL VALLE DEL MANTARO Tabla 4.34: Diagnóstico General Situacional de PTARs del Valle del Mantaro

1 Huancán 2 Warivilca - Huancán 3 Huancán

En funcionamiento

Falta Lodos activados

En funcionamiento

Fuente: Elaboración propia Figura 4.37: PTARs en funcionamiento en el valle del Mantaro ---~-----·---··-·-····------·------···---··········------·······-----------·---·--···--········-··--········---------------------~---

...............

............

PTARs en funcionamiento

e inoperativo DEn funcionamiento

Fuente: Elaboración propia Figura 4.38: Tecnologías de plantas de tratamientos de aguas residuales en el Valle delMantaro

Tecnologías de plantas de tratamientos de Aguas Residuales en el Valle del Manta ro e Tanque séptico

e Tanque imhoff e lagunas de estabilización

e lodos activados Fuente: Elaboración propia Bach. Cristian A Ramos Vargas

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CAPITULO IV: Resultados

P ág in a 1148

Figura 4. 39: Estado de lagunas de estabilización en el Valle del Mantaro

Estado de Lagunas de Estabilización en el Valle del Mantaro

25%

o inoperativo o En funcionamiento

Fuente: Elaboración propia Discusión 01: El tratamiento de aguas residuales domésticas o municipales del valle del Mantaro en mayoría no cumplen los estándares medioambientales esto se debe porque no existe una política de operación y mantenimiento por las entidades a su cargo ya que se pudo diagnosticar plantas inoperativas, donde las aguas residuales son vertidas al rio Mantaro o sus subcuencas, en síntesis las muestras de plantas de tratamientos tomadas en el estudio el 28.6% están operativas y un 71.4% inoperativas, de todas las estas plantas estudiadas un 57.1% son lagunas de estabilización y el resto son otros sistemas, y sólo de las lagunas de estabilización funcionan el 25%, Respecto a las plantas en funcionamiento que son la laguna de estabilización de Jauja no cumple con los estándares establecidos por el MINAM, y respecto a lodos activados convencional de Concepción cumple solo los parámetros fisico químicos y no con el bacteriológico, ya que adicionando un sistema desinfección (cloración) solucionaría este problema y así cumpliría en su totalidad con la eficiencia remocional establecidos en los LMP establecidos en el Decreto Supremo 003-2010-MINAM.

Bach. Cristian A. Ramos Vargas

FIC-UNCP

CAPITULO IV: Resultados

Página 1149

4.2. RESULTADO 02: MODELO OPTIMIZADO Como aplicación del modelo de tratamiento de aguas residuales Lodos Activados Convencional (LAC) a un sistema existente en donde se eligió como ejemplo la planta de tratamiento tanque Imhoff Warivilca del distrito de Huancán, en donde se adapta el sistema y le dará más importancia a esta planta. Teniendo de base la recomendaciones de la norma para diseño de plantas presentadas en las tablas 2.13 y 2.14 OS. 090 (RNE, 2006). Tabla 4. 35: Parámetros para diseño para una planta de lodos activados convencional F/IVI (kg 080/k g i SSVLM.d)

Carga 1 •t . 1 vo ume nca . 1 (kg DBO/m3.d) ¡·

1

.

1

Tipo de reactor

ec (d) ¡ 1

. •

Convencional •

••

1

SSL~vl 1

( /l) mg

Tietmpo .de Relación de re enclon . 1 .. h1d . 1. 8 rec1rcu ac1on 1 r~~~ca 1 (Qr/Qa)

- ..... ...- ..

.

0,25-0,75

La modelación se llevó acabo por medio del programa de modelo de tratamiento de agua residual "Steady", ya que el sistema tiene una unidad primaria (Tanque Imhofi) que hace de tratamiento primario, respecto a este se mejorara el sistema en función a lo que se tiene, ya que existe una cámara de filtro biológico existente, y se adaptara para que funcione como un tanque de aireación y se añadirá un tanque clarificador con su respectivo sistema de recirculación y al final un sistema de cloración para el efluente. Figura 4.40: Esquema del Modelo Lodos activados convencional en WarivilcaDistrito de Huancán 1 -Afluente

4- Elluente

2- Tanque lmltoff

1 '1

1

L - - - - - - - - - - - ·- -- ·-----------: 50 FECHA DE MUESTREO : 23/06/2014 FECHA DE ANALISIS : 23/06/2014 MUESTREADO: Cristian Ramos Vargas

MÉTODOS NORMALIZADOS PARA ANALISIS DE AGUA POTABLE Y RESIDUÁL: Demanda Bioquímica de Oxígeno (DB05) : 521 OB ROB 5 DIAS Demanda Química de Oxígeno (DQO) : 5220 D Reflujo Cerrado Método Fotométrico : 2540 O Secados A 103°C - 105°C ~ólidos Totales en Suspensión : 4500-H+ B Método Electrométrico Potencial de Hidrógeno (pH)

INDICADORES DE CONTAMINACIÓN BIOQUíMICA Y QUÍMICA:

PARAMETROS Demanda Bioquímica de Oxígeno Demanda Química de Oxígeno

pH Solidos suspendidos totales

RESULTADOS Efluente Afluente 97,8mg!L 223,2 mg!L 150,0 mg/L 328,0 mg/L 7,1 7,0 106,0mg/L 207,0mg/L

ANGULO GUTIERREZ FEDELLAQ

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ LABORATORIO DEANALISIS QUIMICO

1

!

~

REPORTE DE ANÁLISIS BACTERIOLÓGICO DE AGUA

SOLICITA : CRISTIAN ARMANDO RAMOS VARGAS

MUESTRA LUGAR DISTRITO PROVINCIA

: Agua residual doméstica : Lodos Activados (PTAR) : Concepción : Concepción

REGION

: Junfn

ANALISIS N°: 51 FECHA DE MUESTREO: 23/06/2014 FECHA DE ANALISIS : 23/06/2014 MUESTREADO: Cristian Ramos Va¡-gas

METODO·: TUBOS MULTIPLES ( NMP) ~DIOS DE CULTIVO: • SUSTRATO CROMOGÉNICO X-GAL (COLIFORMES TOTALES) • SUSTRATO FLUOROGÉNICO MUG (E. COLI)

MUESTRAS

AFLUENTE EFLUENTE

No COLIFORMES TOTALES NMP/lOOmL 24Hrs/37°C

N° COLJF. FECALES (E.COLI) NMP/lOOmL 24 Hrs/37°C

1,1 x107 4,6 xl0°

1,1 xlO' 1,5 xl0°

ANEXO 4 - Cálculo de Modelo Lodos Activados de Warivilca - Huancán

Type Printout Title Here UNIT PROCESS: 1 -Afluente WASTEWATER CHARACTERISTICS Qi

0.59 Lis

TBODi

511.00 mg/L

SBODi

153.30 mg/L

TSSi

337.00 mg/L

VS Si

252.75 mg/L

TKNi

25.00 mg/L

NH3i

12.00 mg/L

UNIT PROCESS: 2 - Tanque lmhoff MASS BALANCE INFLUENT Qi

0.59 Lis

TBODi

511.00 mg/L

SBODi

153.30 mg/L

TSSi

337.00 mg/L

VSSi

252.75 mg/L

TKNi

25.00 mg/L

NH3i

12.00 mg/L

PROCESSPERFORMANCE TSS Removal

45.00%

TBOD Removal

30.00%

Sludge Concentration

5,000.00 mg/L

PROCESS OUTPUTS si-Siudge stream e-Overflow stream

Qe

=TSSi * Qi * TSSRemoval/ SludgeConc =Qi- Qsl

TSSsl

= SludgeConc

5,000.00 mg/L 3,750.00 mg/L

Qsl

0.02 Lis 0.57 Lis

VSSsl

=SludgeConc * VSSi 1TSSi

TSSe

=(TSSi*Qi-TSSsi*Qsi)/Qe

191.15 mg/L

V SS e

= (VSSi * Qi - VSSsl * Qsl) 1 Qe

143.36 mg/L

TBODsl

= TBODi * Qi * TBODRemoval/ Qsl

SBODsl

=(TBODi * Qi - TBODsl * Qsl) 1 Qe =SBODi

S BODe

= SBODi

NH3sl

= NH3i

NH3e

= NH3i

TKNsl

=SiudgeConc*(TKNi - NH3i) 1 TSSi + NH3sl

TKNe

= ((TKN i-NH3i)*Qi-(TKNsi-N H3si)*Qsi)/Qe+N H3e

TBODe

BASIN DIMENSIONS

-CIRCULAR

Total Average Flow

Qav

Flow Peak Factor

PF

Total Peak Flow

Qpk

Number of Units

N

5,054.40 mg/L 368.89 mg/L 153.30 mg/L 153.30 mg/L 12.00 mg/L 12.00 mg/L 204.88 mg/L 19.37 mg/L 0.59 Lis 2.50

=Qav*PF

1.48 Lis 1.00

Average Flow per Unit

qa

=Qav/N

0.59 Lis

Peak Flow per Unit -

qp

=Qpk/N

1.48 Lis

E:\01. CRISTIAN\TESIS\01.TESIS\04.CALCULOS\Steady lmhoff_Huancan\Modelo lmhoff Huancan.sdy

Design Overflow Rate @Qav

OFR

Surface Area per Unit

Au

40.00 m3/m2*d = (qa*86400/1000)/0FR 11

1.27 m2

Calculated Unit Diameter

De

Use Unit Diameter

o

=Round(Dc 1 0.3048, O) * 0.3048

Effectíve Overflow Rate

OFRe

=(qa*86400/1000)/(3.1416*D"2/4)

43.66 m3/m2*d

Eff. Overflow Rate @Qpk

OFRep

=(qp*86400/1000)/(3.1416*011 2/4)

109.16 m3/m2*d

Unit Depth

H

Unit Volume

=((4*Au)/3.1416) 0.5

1.27 m 1.22 m

4.00m 11

Vu

= (3.1416*0 2/4)*H

4.67 m3

Detention Time @Qav

Tav

= Vu/(qa*3600/1 000)

2.20 hr

Detention Time @Qpk

Tpk

= Vu/( qp*3600/1 000)

0.88 hr

Weir Distance from Wall

dist

Total Weir Length

WL

=3.1416*(D-2*dist)

Weir Loading Rate @Qav

WLRe

= (qa*86400/1 000)/WL

0.75 m -0.88 m -57.79 m3/m*d

OFRe OK (30.0 < OFRe < 50.0 m3/m2*d OFRep OK (80.0 < OFRep < 120.0 m3/m2*d Tav OK (1.5 < Tav < 1.5 hr) Tpk OK (Tpk > 0.5 hr) Check WLRe -lt's OUTSIDE allowable range (120.0- 500.0 m3/m*d)

UNIT PROCESS: 3 -Lodo Activado INFLUENT CHARACTERISTICS Qi

0.57 Lis

TBODi

368.89 mg/L

SBODi

153.30 mg/L

TSSi

191.15 mg/L

V SSi

143.36 mg/L

TKNi

19.37 mg/L

NH3i

12.00 mgJL

PROCESS PARAMETERS Yteld coefficient

y

0.39 mg/mg

Endogenous decay coef.

kd

0.03 1/d

Food/Microorg. Ratio

FM

0.41 1/d

Mean Cell Residence Time

MCRT

Total Volume

V

18.67 m3

MLSS

X

3,000.00 mg/L

mgBOD/mgVSS

BODtoVSSratio

0.50-

Model mode

Model

1:00-

Control mode

Control

2.00-

Recycle mode

Recycle

0.00-

MLVSS/MLSS

MLVSStoMLSS

0.75-

Recycle flow

Qr

0.23 Lis

Recycle TSS

Xr

8.00 d

10,000.00 mg/L

Required effluent TBOD

TBODe

30.00 mg/L

Required effluent TSS

TSSe

20.00 mg/L

No. of Aeration tanks

NATanks

1.00-

No. of Clarifiers

NCiarifiers

1.00-

E:\01. CRISTIAN\TESIS\01.TESIS\04.CALCULOS\Steady lmhoff_Huancan\Modelo lmhoff Huancan.sdy

2

MASS BALANCE CALCULATIONS i -lnfluent

VSS e

= TSSe * MLVSStoMLSS

15.00 mg/L

e- Effluent

SBOOe

=TBODe- VSSe * BODtoVSSratio

a - Aeration effluent

TSSr

= Xr

10,000.00 mg/L

r- Recycle

TSSw

= TSSr

10,000.00 mg/L

w- Waste sludge

Xv

=X* MLVSStoMLSS

V

= (MCRT*Y*Qi*(T80Di-S80De)*86.4)/(Xv*(1+MCRT'I6lf.l7 m3

22.50 mg/L

2,250.00 mg/L

Pxv

=Y*Qi*(TBODi-S80De)*0.0864- kd*V*Xv 11000

5.25 kg/d

Px

= Pxv 1 MLVSStoMLSS

7.00 kg/d

FM

=Qi*(TBODi-SBODe)*86.4/(V*Xv)

0.41 1/d

TSSa

=X

3,000.00 mg/L

VSSa

=Xv

2,250.00 mg/L

Qr

= (Qi * TSSa- Px 1 0.0864) 1 (TSSr- TSSa)

0.23 Lis

Qr

=(Qi * TSSa - Px 1 0.0864) 1 (TSSr- TSSa) =Px- Qe * TSSe * 0.0864

6.02 kg/d

WAS

0.23 Us

Qe

=Pxv - Qe * VSSe * 0.0864 =(WAS 1 0.0864) 1TSSw =Qi + Qr =Qa- Qr- Qw

vssw

= (VWAS 1 0.0864) 1 Qw

7,500.00 mg/L

VSSr

7,500.00 mg/L

S BODa

=(Qa " VSSa- Pxv 1 0.0864) 1 Qr =SBODe

SBODr

=SBODe

SBODw

= SBODe

TBODa TBODw

=SBODa + BODtoVSSratio * VSSa =SBODr + BODtoVSSratio * VSSr =SBODw + BODtoVSSratio * VSSw

NH3a

= NH3i

12.00 mg/L

NH3e

= NH3i

12.00 mg/L

NH3r

= NH3i

12.00 mg/L

NH3w

= NH3i

12.00 mg/L

TKNw TKNe

=NH3w+(Qi*TKNi-Qe*NH3e-Qw*NH3w)/(Qe*(TSSe5BSSI&)~iAL) 13.04 mg/L =(Qi * TKNi - Qw * TKNw) 1 Qe

TKNr

=TKNw

532.70 mg/L

TKNa

= (Qi "TKNi + Qr * TKNr) 1 Qa

168.21 mg/L

VWAS Qw Qa

TBODr

4.52 kg/d 0.01 Lis 0.81 Lis 0.57 Us

22.50 mg/L 22.50 mg/L 22.50 mg/L 1,147.50 mg/L 3,772.50 mg/L 3, 772.50 mg/L

BASIN DIMENSIONS- AERATION TANK Tank Volume

Vt

Tank Depth

SWDat

TankArea

At

Length:Width

L2W

Tank Length

L

Tank Width

W

= V/NATanks

18.67 m3 1.25 m3

= Vt/SWDat

14.93 m2 1.29

=(At * L2W)A0.5

4.39 m

= At/L

3.40 m

BASIN DIMENSIONS- CLARIFIER Overflow Rate

25.00 m3/m2*d

OFR

1.98 m2

Total Surface Area

TSA

= (Qi*86.4)/0FR

Unit Surface Area

Ae o

= TSA/NCiarifiers

1.98 m2

= (4*Ac/3.1416)A0.5

1.59 m

Unit Diameter

E:\01. CRISTIAN\TESIS\01.TESIS\04.CALCULOS\Steady lmhoff_Huancan\Modelo lmhoff Huancan.sdy

3

Unit Depth

SWDc

Unit Volume

Ve

Hyd. detention time

3.00 m =Ac*SWDc

5.93 m3

= (Vc/(Qi*86.4))*24

2.88 hrs

UNIT PROCESS: 4 - Efluente EFFLUENT CHARACTERISTICS Qe

0.57 Lis

TBODe

30.00 mg/L

SBODe

22.50 mg/L

TSSe

20.00 mg/L

V S Se

15.00 mg/L

TKNe

13.04 mg/L

NH3e

12.00 mg/L

UNIT PROCESS: 5 - Caja de reunión MASS BALANCE CALCULATIONS For i = 1 to #lnlets o - mixed flow

Qo

= SUM[Q(i)]

TBODo

= SUM[TBOD(i) * O(i)] 1 Oo

4,695.01 mg/L

SBODo

= SUM[SBOD(i) * Q(i)] 1 Qo

116.63 mg/L

0.02 Us

TSSo

= SUM[TSS(i) * Q(i)] 1 Qo

6,401.78 mg/L

V SS o

= SUM[VSS(i) * Q(i)] 1 Qo

4,801.33 mg/L

TKNo

= SUM[TKN(i) * Q(i)] 1 Qo

296.78 mg/L

NH3o

= SUM[NH3{i) * O{i)] 1 Qo

12.00 mg/L

UNIT PROCESS: 6 - Lecho de secado INFLUENT CHARACTERISTICS Qi

0.02 Us 4,695.01 mg/L

TBODi

116.63 mg/L

SBODi TSSi

6,401.78 mg/L

VSSi

4,801.33 mg/L

TKNi

296.78 mg/L

NH3i

12.00 mg/L

PROCESS PARAMETERS lnfluent VSS/TSS ratio

VSStoTSS

VSS reduction

VSSRed

0.75 mglmg 40.00%

NVSS reduction

FSSRed

10.00%

BOD reduction

BODRed

40.00%

SBODcreatedNSSdestroyed

SBODtoVSS

0.40 mglmg

NH3createdNSSdestroyed

NH3toVSS

0.04 mglmg

MASS BALANCE CALCULATIONS Subíndices:

Qe

=Qi

i- lnfluent

V SSe

= VSSi * (1 - VSSRed)

0.02 mg/L 2,880.80 Us

E:\01. CRISTIAN\TESIS\01.TESIS\04.CALCULOS\Steady lmhoff_Huancan\Modelo lmhoff Huancan.sdy

4

e- efftuent

TSSe

={TSSi- VSSi) * (1 - FSSRed) +VSSe

4,321.20 mg/L

NH3e

= (SBOOi+VSSi*VSSRed * SBODtoVSS)*(1-BODR~.91 Us = TBOOi * (1 • BOORed) 2,817.01 mg/L = NH3i + VSSi * VSSRed * NH3toVSS 88.82 mg/L

TKNe

=TKNi

S BODe TBOOe

296.78 mg/L

UNIT PROCESS: 7 • Efluente EFFLUENT CHARACTERISTICS

Qe

0.02 Us

TBOOe

2,817.01 mg/L

seooe TSSe

530.91 mg/L 4,321.20 mg/L

VSSe

2,880.80 mg/L

TKNe

296.78 mg/L

NH3e

88.82 mg/L

E:\01. CRISTIAN\TESIS\01. TESIS\04.CALCULOS\Steady lmhoff_Huancan\Modelo lmhoff Huancan.sdy

5