DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE COAGULACIÓN …
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UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE COAGULACIÓN PARA LAS AGUAS RESIDUALES DEL CENTRO DE FAENAMIENTO MUNICIPAL DEL CANTÓN PANGUA PROYECTO DE INVESTIGACIÓN Trabajo de titulación presentado como requisito para la obtención del título de INGENIERO AMBIENTAL AUTOR LUCINA SEGURA JORDAN SEBASTIAN TUTOR ING. LUIS ANTONIO MOROCHO ROSERO GUAYAQUIL – ECUADOR 2021 PORTADA
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UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE COAGULACIÓN PARA LAS AGUAS RESIDUALES DEL CENTRO DE FAENAMIENTO MUNICIPAL DEL CANTÓN
PANGUA PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
Trabajo de titulación presentado como requisito para la obtención del título de
INGENIERO AMBIENTAL
AUTOR
LUCINA SEGURA JORDAN SEBASTIAN
TUTOR
ING. LUIS ANTONIO MOROCHO ROSERO
GUAYAQUIL – ECUADOR
2021 PORTADA
2
UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
APROBACIÓN DEL TUTOR
Yo, LUIS ANTONIO MOROCHO ROSERO, docente de la Universidad
Agraria del Ecuador, en mi calidad de Tutor, certifico que el presente trabajo de
titulación: “DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE COAGULACIÓN PARA LAS AGUAS RESIDUALES DEL CENTRO DE FAENAMIENTO MUNICIPAL DEL CANTÓN PANGUA”, realizado
por el estudiante LUCINA SEGURA JORDAN SEBASTIAN; con cédula de identidad N° 050354585-7 de la carrera INGENIERÍA AMBIENTAL, Unidad Académica Guayaquil, ha sido orientado y revisado durante su ejecución; y cumple con los requisitos técnicos exigidos por la Universidad Agraria del Ecuador; por lo tanto se aprueba la presentación del mismo.
Atentamente,
Ing. Luis Morocho Rosero
Guayaquil, 14 de octubre de 2021
3
UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE SUSTENTACIÓN
Los abajo firmantes, docentes designados por el H. Consejo Directivo como
miembros del Tribunal de Sustentación, aprobamos la defensa del trabajo de
titulación: “DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE
COAGULACIÓN PARA LAS AGUAS RESIDUALES DEL CENTRO
DE FAENAMIENTO MUNICIPAL DEL CANTÓN PANGUA”, realizado
por el estudiante LUCINA SEGURA JORDAN SEBASTIAN, el mismo que
cumple con los requisitos exigidos por la Universidad Agraria del Ecuador.
Atentamente,
Dr. Freddy Arcos Ramos PRESIDENTE
Ing. Jussen Facuy Delgado Ing. Luis Morocho Rosero EXAMINADOR PRINCIPAL EXAMINADOR PRINCIPAL
Guayaquil, 14 de octubre de 2021
4
Dedicatoria
Esta tesis está dedicada la memoria de mi abuelito
Augusto Segura. A mis padres Héctor y Rosario,
quienes con su amor, paciencia y esfuerzo me han
permitido llegar a cumplir hoy un sueño más, gracias
por inculcar en mí el ejemplo de esfuerzo y valentía,
de no temer las adversidades porque Dios está
conmigo siempre.
5
Agradecimiento
El presente trabajo agradezco a Dios por ser mi guía
y acompañarme en el transcurso de mi vida,
brindándome paciencia y sabiduría para culminar
con éxito mis metas propuestas.
A mis padres y mis hermanos por ser mi pilar
fundamental y haberme apoyado
incondicionalmente, pese a las adversidades e
inconvenientes que se presentaron.
6
Autorización de Autoría Intelectual
Yo LUCINA SEGURA JORDAN SEBASTIAN, en calidad de autor(a) del proyecto
realizado, sobre “DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE
COAGULACIÓN PARA LAS AGUAS RESIDUALES DEL CENTRO
DE FAENAMIENTO MUNICIPAL DEL CANTÓN PANGUA.” para optar
el título de INGENIERO AMBIENTAL, por la presente autorizo a la
UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR, hacer uso de todos los contenidos
que me pertenecen o parte de los que contienen esta obra, con fines
estrictamente académicos o de investigación.
Los derechos que como autor(a) me correspondan, con excepción de la
presente autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo
establecido en los artículos 5, 6, 8; 19 y demás pertinentes de la Ley de
Propiedad Intelectual y su Reglamento.
Guayaquil, 14 de octubre de 2021
JORDAN SEBASTIAN LUCINA SEGURA
C.I.: 0503545857
7
Índice general
PORTADA ............................................................................................................. 1
APROBACIÓN DEL TUTOR ................................................................................. 2
APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE SUSTENTACIÓN ......................................... 3
Dedicatoria .......................................................................................................... 4
Agradecimiento ................................................................................................... 5
Autorización de Autoría Intelectual ................................................................... 6
Índice general ........................................................................................................ 7
Índice de tablas .................................................................................................... 11
Índice de figuras ................................................................................................... 12
Resumen ............................................................................................................. 14
Abstract ................................................................................................................ 15
1 . Introducción .................................................................................................... 16
1.1 Antecedentes del problema ........................................................................... 16
1.2 Planteamiento y formulación del problema .................................................... 18
1.2.1 Planteamiento del problema .................................................................... 18
1.2.2 Formulación del problema ....................................................................... 19
1.3 Justificación de la investigación .................................................................... 19
1.4 Delimitación de la investigación .................................................................... 20
1.5 Objetivo general ............................................................................................ 21
1.6 Objetivos específicos .................................................................................... 21
1.7 Hipótesis ....................................................................................................... 21
2 . Marco teórico .................................................................................................. 22
2.1 Estado del arte .............................................................................................. 22
2.2 Bases teóricas .............................................................................................. 26
8
2.2.1 Camal y sus tipos .................................................................................... 26
2.2.2 Contaminación de ríos ............................................................................ 26
2.2.2.1 Contaminantes orgánicos.................................................................... 27
2.2.2.2 Contaminantes inorgánicos ................................................................. 27
2.2.3 Aguas residuales .................................................................................... 28
2.2.3.1 Tipos de aguas residuales .................................................................. 29
2.2.3.2 Contaminantes habituales en las aguas residuales ............................. 30
2.2.3.3 Factores de contaminación en aguas residuales en camales .............. 30
2.2.4 Parámetros de análisis químico orgánico de calidad de agua ................. 31
2.2.4.1 Potencial de hidrógeno o pH ............................................................... 31
2.2.4.2 Alcalinidad........................................................................................... 31
2.2.4.3 Dureza ................................................................................................ 32
2.2.4.4 Demanda bioquímica de oxígeno (DBO) ............................................. 32
2.2.4.5 Demanda química de oxígeno (DQO) ................................................. 32
2.2.4.6 Carbono orgánico total ........................................................................ 33
2.2.4.7 Relaciones entre DBO, DQO Y COT ................................................... 33
2.2.4.8 Sólidos ................................................................................................ 33
2.2.4.9 Gases disueltos .................................................................................. 34
2.2.4.10 Turbiedad .......................................................................................... 34
2.2.4.11 Color ................................................................................................. 35
2.2.4.12 Temperatura ..................................................................................... 35
2.3 Marco legal ................................................................................................... 37
2.3.1 Constitución de la República del Ecuador ............................................... 37
2.3.2 Texto Unificado de Legislación Secundaria de Medio Ambiente ............. 37
2.3.3 Ley de gestión ambiental ........................................................................ 37
9
2.3.4 Código Orgánico Organización Territorial ............................................... 38
2.3.5 Plan Nacional para el Buen Vivir ............................................................. 38
3 . Materiales y métodos ...................................................................................... 39
3.1 Enfoque de la investigación .......................................................................... 39
3.1.1 Tipo de investigación .............................................................................. 39
3.1.2 Diseño de investigación .......................................................................... 39
3.2 Metodología .................................................................................................. 40
3.2.1 Variables ................................................................................................. 40
3.2.1.1 Variable independiente ....................................................................... 40
3.2.1.2 Variable dependiente .......................................................................... 40
3.2.2 Tratamientos ........................................................................................... 41
3.2.3 Diseño experimental ............................................................................... 41
3.2.4 Recolección de datos .............................................................................. 41
3.2.4.1 Recursos ............................................................................................. 41
3.2.4.2 Métodos y técnicas ............................................................................. 48
3.2.5 Análisis estadístico.................................................................................. 51
4 . Resultados ...................................................................................................... 54
4.1 Levantamiento de información de la línea base del sistema de manejo de las
aguas residuales del centro de faenamiento municipal del cantón Pangua ......... 54
4.2 Evaluación de un tratamiento de depuración eficaz aplicado a las aguas
residuales generadas en el centro de faenamiento ............................................. 56
4.2.1 Resultados de los tratamientos ............................................................... 56
4.2.1.1 Resultados de la variable pH .............................................................. 56
4.2.1.2 Resultados de la variable turbiedad .................................................... 58
4.2.1.3 Resultados de la variable conductividad eléctrica ............................... 60
10
4.2.2 Análisis sobre efecto del tratamiento de mayor efectividad ..................... 62
4.3 Diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales para el centro de
faenamiento municipal del cantón Pangua. ......................................................... 65
5 . Discusión ........................................................................................................ 69
6 . Conclusiones .................................................................................................. 74
7 . Recomendaciones .......................................................................................... 76
8 . Bibliografía ...................................................................................................... 77
9 . Anexos ............................................................................................................ 86
Anexo 1. Tablas y figuras relacionadas a marco teórico ..................................... 86
Anexo 2. Tablas y figuras relacionadas a metodología ....................................... 87
Anexo 3. Tablas y figuras evidencia del proceso de tesis ................................... 91
Anexo 4. Explicación extendida del diseño propuesta sobre la planta de
tratamiento de aguas residuales para el centro de faenamiento del cantón
Pangua. .............................................................................................................. 99
11
Índice de tablas
Tabla 1. Parámetros de la calidad de agua ......................................................... 40
Tabla 2. Tratamientos de experimentación de reactivos ..................................... 41
Tabla 3. Recursos empleados en el estudio ........................................................ 41
Tabla 4. Resultados de las pruebas de normalidad y homogeneidad .................. 52
Tabla 5. Resultados de la caracterización de una muestra de agua residual no
tratada del centro de faenamiento municipal del cantón Pangua ........................ 54
Tabla 6. Test Tukey para la variable pH .............................................................. 57
Tabla 7. Comparación de a pares de la variable turbiedad ................................. 59
Tabla 8. Comparación de a pares de la variable conductividad eléctrica ............ 61
Tabla 9. Caracterización de una muestra de agua residual del centro de
faenamiento del cantón Pangua tratada empleando el reactivo más efectivo ..... 62
Tabla 10. Equipos necesarios para el diseño de la planta ................................... 66
Tabla 11. Tabla de descripción de aguas residuales de camal ........................... 86
Tabla 12. Relaciones entre DBO, DQO, COT ..................................................... 86
Tabla 13. Tamaño de la abertura de las rejas y rejillas ..................................... 101
12
Índice de figuras
Figura 2. Áreas del centro de faenamiento municipal del cantón Pangua ........... 42
Figura 3. Jerarquía del personal del centro de faenamiento del cantón Pangua . 43
Figura 1. Proceso de faenamiento de res y cerdo en el centro del cantón Pangua
............................................................................................................................ 45
Figura 4. Media de los tratamientos del parámetro pH ........................................ 56
Figura 5. Media de los tratamientos del parámetro turbiedad .............................. 58
Figura 6. Media de los tratamientos del parámetro conductividad eléctrica ......... 60
Figura 7. Eficiencia de remoción de contaminantes del tratamiento más efectivo
por parámetro de calidad del agua. Autor, 2021.................................................. 63
Figura 8. Proceso del tratamiento propuesto para las aguas residuales del centro
de faenamiento del cantón Pangua. Autor, 2021 ................................................. 65
Figura 9. Ubicación satelital del Centro de Faenamiento Municipal del cantón
Pangua. .............................................................................................................. 87
Figura 10. Entrevista al encargado de faenamiento - Parte 1 de 2 ...................... 88
Figura 11. Entrevista al encargado de faenamiento - Parte 2 de 2 ...................... 89
Figura 12. Carta de autorización de información firmada por el encargado del
centro de faenamiento del cantón Pagua ............................................................ 90
Figura 13. Caracterización del agua residual cruda del centro de faenamiento
municipal del cantón Pangua .............................................................................. 91
Figura 14. Caracterización del agua residual tratada del centro de faenamiento
municipal del cantón Pangua .............................................................................. 92
Figura 15. Recipiente de muestreo de aguas residuales del centro .................... 93
Figura 16. Homogenización de muestras en conos Hinhoff................................. 93
Figura 17. Reactivos empleados ......................................................................... 93
13
Figura 18. Pesaje de reactivos ............................................................................ 93
Figura 19. Test de jarra para velocidad de reacción ............................................ 93
Figura 20. Medición de pH .................................................................................. 93
Figura 21. Pruebas de supuestos para la variable pH ......................................... 94
Figura 22. Prueba de supuestos para la variable turbiedad ................................ 95
Figura 23. Prueba de supuestos para la variable conductividad .......................... 96
Figura 24. Resultados del análisis estadístico mediante Minitab e Infostat ......... 97
Figura 25. Resultado del tratamiento más efectivo .............................................. 97
Figura 26. Diseño de planta de tratamiento de aguas residuales para el centro de
faenamiento del cantón Pangua .......................................................................... 98
Figura 27. Canal de desbaste con rejillas de limpieza manual .......................... 100
Figura 28. Cálculo del espacio entre rejillas – Parte 1 de 2 ............................... 102
Figura 29. Cálculo del espacio entre rejillas – Parte 2 de 2 ............................... 103
Figura 30. Funcionamiento del sistema biológico de tratamiento de lodos activos
bajo aireación prolongada y alimentación continua ........................................... 104
Figura 31. Cálculos respectivos al reactor biológico – Parte 1 de 2................... 106
Figura 32. Cálculos respectivos al reactor biológico – Parte 2 de 2................... 107
Figura 33.Cálculos respectivos del tanque sedimentador ................................. 109
Figura 34. Esquema del filtro de carbón activado propuesto ............................. 110
14
Resumen
El objetivo del presente estudio fue diseñar una planta de tratamiento de
coagulación, mediante el software AutoCAD para las aguas residuales del centro
de faenamiento municipal del cantón Pangua. La metodología se basó en el
levantamiento de información de la línea base del sistema de manejo de las
aguas residuales mediante el análisis de parámetros fisicoquímicos en laboratorio
de una muestra in situ, y la evaluación de un tratamiento de depuración eficaz
aplicado a las aguas residuales generadas dónde se realizaron pruebas con
cuatro reactivos, los cuales se variaron en concentración y volumen obteniendo
un total de doce tratamientos, las variables de experimentación fueron: pH,
turbidez y conductividad eléctrica. Los resultados de la caracterización de la
muestra de agua residual arrojaron un DQO de 1135 mg/L y DBO de 582,5 mg/L,
lo cual demuestra la alta carga orgánica que contienen las aguas residuales, y su
relación DQO/DBO es de 1,95. El tratamiento cuatro (Policloruro de Aluminio al
5% y 10ml) se determinó como el de mayor efectividad, mismo que obtuvo el
menor nivel de turbiedad (8,2 NTU), conductividad eléctrica (1500 µSiems/cm) y
pH (8,9). El diseño de la planta de tratamiento de aguas residuales propuesto que
se basa en un pre-tratamiento de desbaste, tratamiento primario biológico por
lodos activados con aireación prolongada, secundario físico-químico por
coagulación-floculación y terciario por empleo de filtro con carbón activado
reduciría efectivamente las cargas contaminantes de las aguas residuales del
centro de faenamiento superando un 80% de remoción por parámetro.
Palabras clave: Calidad, contaminación, efluente, permisible, reactivo.
15
Abstract
The objective of this study was to design a coagulation treatment plant, using
the AutoCAD software for the wastewater of the municipal slaughter center of the
Pangua canton. The methodology was based on the collection of information from
the baseline of the wastewater management system through the analysis of
physicochemical parameters in the laboratory of an in situ sample, and the
evaluation of an effective purification treatment applied to the wastewater
generated where tests were carried out with four reagents, which were varied in
concentration and volume obtaining a total of twelve treatments, the experimental
variables were: pH, turbidity and electrical conductivity. The results of the
characterization of the wastewater sample showed a COD of 1135 mg/L and
ABOD of 582.5 mg/L, which demonstrates the high organic load contained in the
wastewater, and its COD/COD ratio is 1.95. Treatment four (5% Aluminum
Polychloride and 10ml) was determined to be the most effective, which obtained
the lowest level of turbidity (8.2 NTU), electrical conductivity (1500 μSiems/cm)
and pH (8.9). The design of the proposed wastewater treatment plant that is
based on a pre-treatment of spling, primary biological treatment by activated
sludge with prolonged aeration, secondary physico-chemical by coagulation-
flocculation and tertiary by use of filter with activated carbon would effectively
reduce the pollutant loads of the wastewater of the slaughter center exceeding
80% of removal per parameter.
Keywords: Quality, contamination, effluent, permissible, reactive.
16
1. Introducción
1.1 Antecedentes del problema
“Más del 80% de las aguas residuales resultantes de actividades humanas se
vierten en los ríos o el mar sin ningún tratamiento, lo que provoca su
contaminación” (ONU, 2019). Anualmente fallecen 361.000 niños menores de 5
años debido al saneamiento deficiente y aguas contaminadas. El 80% de la
población mundial rural consume agua de fuentes no seguras o no protegidas,
asociando este hecho a la transmisión de enfermedades, como el cólera, la
disentería, la hepatitis A y la fiebre tifoidea (ONU, 2019).
A nivel mundial existen países procesadores de carne, lo cual genera una gran
contaminación sino tratamientos adecuados. Malliquinga (2015) menciona :
En la Unión Europea son sacrificados 240 millones de cerdos al año, y en todo
el mundo 956 millones. Entre los principales productores de carne de cerdo en
el mundo en el año 2004 aparece China con 47,75 millones de toneladas (MT),
las cuales representan 47,56 % del total mundial, seguido por Estados Unidos
(9,33 MT), Alemania (4,37MT) y España (3,34 MT). En forma muy significativa,
para el caso de Latinoamérica, aparece Brasil como uno de los principales
productores de cerdos, ocupando el quinto (p.90).
Brasil es uno de los mayores contaminantes a nivel sudamericano de afluentes
de agua y por lo tanto se asocia a la transmisión de enfermedades.
Muchos cantones del Ecuador no cuentan con saneamiento básico para
mejorar y preservar las condiciones sanitarias óptimas. Molina-Vera et al. (2018)
afirma:
Los cantones con coberturas de saneamiento más bajas (menos del 56% de la
población) se encuentran en la región amazónica. Los cantones con coberturas
17
de la Sierra más bajas son: Chillanes, Suscal, Pangua, Pujilí, Alausí, Guamote,
Chaguarpamba, Espíndola, Gonzanamá, Sozoranga, Zapotillo y Pindal. Y en la
región de la Costa, los cantones de Eloy Alfaro, Muisne, San Lorenzo, Chilla,
Santa Lucía, Salitre y Palenque (p.61).
La estrategia de saneamento basico permite identificar los problemas de
insalubridad que existen en las comunidades y asi poder mitigar dichos
problemas.
La naturaleza de los desechos de matadero varía considerablemente, cuando
no se respeta las prácticas de limpieza, se aumenta el número de coliformes y la
carga orgánica en las aguas residuales descargadas. Muñoz (2005) dice :
Para el mantenimiento de las normas de higiene adecuadas, la industria de
elaboración de productos cárnicos está obligada a utilizar grandes cantidades
de agua, lo que constituye un factor importante del costo de elaboración. Su
tratamiento a posteriori en la planta y su descarga final en vertederos
aceptables aumenta los gastos generales, por lo tanto se recomienda utilizar el
volumen mínimo de agua necesario para alcanzar unas normas higiénicas
adecuadas y ahorro económico significativo (p.87).
Después de un pretratamiento o de un tratamiento completo adecuado se
suele disponer de varios medios de eliminación. Según Muñoz (2005) “las
lavanderías de los mataderos grandes son de considerable dimensión y pueden
producir aguas residuales con una demanda bioquímica de oxígeno de cinco días
de 1300 ppm”(pag. 88).
18
1.2 Planteamiento y formulación del problema
1.2.1 Planteamiento del problema
En Ecuador, el interés por la conservación del medio ambiente ha ido en
aumento, por lo que una de las medidas que se ha tomado en los últimos años ha
sido la implementación de Leyes, Ordenanzas y acuerdos que permitan que las
personas, empresas, fábricas y demás se sometan a la regulación de sus
descargas liquidas, sólidas y gaseosas.
La progresiva importancia que tiene la conservación del medio ambiente ha
despertado en el hombre la búsqueda de técnicas para cuidarlo y recuperarlo,
para que el mismo pueda ser aprovechado por los seres vivos, eh aquí que uno
de los recursos de vital importancia para la supervivencia, como lo es el agua, sea
objeto de estudio.
En la actualidad, el centro de faenamiento municipal del Cantón mantiene
problemas para dar un buen mantenimiento a las aguas residuales ya que no
cuenta con una planta de tratamiento de esta. Lo que trae como consecuencia
que el agua solo pase por los ductos y sea descargada sin ningún tipo de
tratamiento previo para su liberación, esto incita la contaminación del rio
Piñanatug, lo que desencadena una serie de aspectos negativos. Siendo este río
uno de los principales para el Cantón Pangua.
Otro de los problemas observados es que al no ser tratadas las aguas
residuales es la emisión de malos olores los mismos que se dan por los desechos
(heces, sangre y residuos sólidos) que se descargan al rio Piñanatug, acción
toxica que afecta a la flora y fauna ya que es quien se abastece del agua
contaminada, la misma que es consumida por las comunidades que se
encuentran expuestas al rio lo que puede provocar enfermedades, alterando
19
también así la apariencia física del agua ya sea en su color, PH y turbidez lo que
se nota a simple vista.
Es preciso realizar tratamientos a las aguas residuales que emite el centro de
faenamiento, ya que ayudaran a mitigar los problemas ambientales presente en el
cantón.
1.2.2 Formulación del problema
¿Qué diseño de sistema de depuración tendrá la capacidad necesaria para
tratar los residuos líquidos del centro de faenamiento municipal del cantón
Pangua reducirá la contaminación en la descarga al Rio Piñanatug?
1.3 Justificación de la investigación
Antequera (2010) expresa que el agua es un suministro doméstico e industrial,
una vez que ya es utilizada contiene una gran cantidad de materia orgánica,
microorganismos, patógenos, metales pesados, sólidos en suspensión,
compuestos volátiles y otros elementos que al ser liberados sin un previo
tratamiento conducen a un deterioro ambiental. Generalmente estas aguas
residuales son descargadas directamente en las corrientes y cuerpos
superficiales de agua alterando su calidad y generando problemas ambientales a
tal grado que el agua queda inutilizable.
Antequera (2010) menciona que una manera muy eficaz de evitar y solucionar
que la mayor parte de problemas generados por la mala disposición de las aguas
residuales es mediante la aplicación de un tratamiento a la misma. La ejecución
de un diseño de una planta de tratamiento de agua residual permite disminuir la
contaminación al ecosistema y la mejora de la salud de los habitantes del sector.
En la actualidad, el Centro de Faenamiento Municipal del Cantón Pangua no
cuenta con un diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales
20
superando así los límites máximos permisibles de descargas líquidas, es
indispensable propone un diseño posible de implementar para el tratamiento de
aguas residuales.
El presente trabajo experimental es de suma importancia para el Centro de
Faenamiento Municipal del Cantón Pangua ya que tiene como prioridad el respeto
de su compromiso de cuidado del ambiente, salud de ciudadanos y cumplimiento
de las leyes ambientales vigentes.
También ayuda a mejorar la calidad de las descargas que se desechan en los
afluentes de aguas, lo que para las comunidades que están expuestas al rio
también será una mejora. A su vez con el proyecto en marcha el Centro de
faenamiento municipal del cantón Pangua tendrá una mejor imagen ante la
comunidad al saber que están realizando un tratamiento para estas aguas
residuales.
1.4 Delimitación de la investigación
Espacio: El proyecto de investigación se realizó en el área de eliminación de
desechos del centro de faenamiento municipal del cantón Pagua. se encuentra
en Cotopaxi- Pangua- Corazón en las siguientes coordenadas; latitud y
longitud 1°8′0″ S, 79°4′0″ W, altitud 2206 m s. n. m. (ver Anexo 1: Figura 9).
Tiempo: Periodo de 4 meses (mayo de 2021- septiembre de 2021).
Población: 21 965 habitantes del cantón Pagua, según datos del último censo
poblacional realizado por el INEC (Instituto Nacional de Estadísticas y Censos,
2010).
21
1.5 Objetivo general
Diseñar una planta de tratamiento de coagulación, mediante el software
AutoCAD para las aguas residuales del centro de faenamiento municipal del
cantón Pangua.
1.6 Objetivos específicos
• Realizar el levantamiento de información de la línea base del sistema de
manejo de las aguas residuales del Centro de faenamiento municipal del
cantón Pangua incluyendo parámetros fisicoquímicos de la muestra in situ.
• Evaluar un tratamiento de depuración eficaz aplicado a las aguas residuales
que genera el centro de faenamiento, analizando la calidad de la muestra de
agua tratada en el laboratorio.
• Diseñar una planta de tratamiento de aguas residuales, mediante el software
AutoCAD para el Centro de faenamiento municipal del cantón Pangua.
1.7 Hipótesis
Mediante la caracterización del agua no tratada a nivel de laboratorio, se
buscará el método más adecuado para aplicar en el diseño de una planta de
tratamiento de aguas residuales para el Centro de faenamiento del cantón
Pangua con lo cual el agua residual tratada cumpla con los límites máximos
permisibles por la Norma de Calidad Ambiental y de descarga de efluentes:
recurso agua.
22
2. Marco teórico
2.1 Estado del arte
En este capítulo se analizarán varias fuentes de estudio, que se han realizado
sobre el diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales en centros de
faenamiento, con el fin de conocer nuevas medidas en el tratamiento de estos
residuos de mayor toxicidad.
Los autores Hernández y Sanchéz (2014) afirman que las cargas
contaminantes de las aguas residuales orgánicas de centros de faenamiento,
pueden reducir al retener los residuos generados dentro del proceso de
evisceración mediante la recolección de estiércol y recuperación de grasas en
separadores, generalmente los mataderos deberían contar con estos procesos
sumado a un tratamiento de lodos. Los contaminantes de importancia son sólidos
en suspensión, materia orgánica biodegradable, patógenos, nutrientes,
contaminantes prioritarios, materia orgánica refractaria, metales pesados y sólidos
inorgánicos disueltos.
Maldonado y Ramón (2006) realizaron un estudio de sistemas de tratamiento
para aguas residuales industriales en matadero, en la Universidad de Pamplona.
El sistema de tratamiento en serie se conformó por un filtro anaeróbico de flujo
ascendente inoculado y un reactor secundario aeróbico de discos biológicos
rotatorios. Los autores afirman que este sistema puede utilizarse en la remoción
de materia orgánica de las aguas producidas por los mataderos, ya que muestra
eficiencias entre el “92% y 97% de DBO y entre 87.7% y 94.5% de DQO” con un
tiempo de retención hidráulica entre 3.3 y 2.1 días, con cargas orgánicas
volumétricas aplicadas sobre el FAFA entre 2.62 y 6.3 Kg (Maldonado & Ramón,
2006).
23
Ortiz (2008) investigó la tratabilidad anaeróbica de las aguas residuales,
empleó un sistema de dos filtros en serie y un tercer filtro único como testigo. Con
valores promedio de carga volumétrica y tiempo de retención de 1.6 kg/ (m3/día) y
26 horas respectivamente. Dos de los filtros fueron dispuestos en serie, en tanto
que el tercero, de volumen similar al volumen de los filtros en serie, se utilizó a
manera de control. El autor concluye que la sedimentación y flotación como
tratamiento primario pueden reducir la concentración de DQO en alrededor de un
60% (Ortiz, 2008).
Chaux et al. (2009) En su artículo producción más limpia y viabilidad de
tratamiento biológico para efluentes de mataderos en pequeñas localidades,
evaluaron la viabilidad de un tratamiento biológico para el efluente del matadero
del municipio de El Tambo (Cauca). Compararon el consumo de agua por parte
de las reses y cerdos en los mataderos del Tambo (cauca) y de Popayán (Cauca),
registrando mayores consumos en la central del Tambo (Cauca) (Chaux et al.,
2009).
El tratamiento biológico es viable mediante una eliminación previa de grasas y
rumen, colectándolos por separado mediante un estricto tratamiento preliminar. El
artículo evidencia un proceso de producción más limpia, a través del
aprovechamiento del agua, la sangre y el rumen que se podrá utilizar en el diseño
de la planta para el municipio de San Marcos (Chaux et al., 2009).
Los tratamientos coagulación y floculación han tenido diversas interpretaciones
dependiendo del autor que los utilizase. En los últimos años se han hecho un
esfuerzo por estandarizar ambos conceptos y se ha llegado a la aceptación
general de la siguiente diferenciación (Aguilar et al., 2002).
24
Coagulación: es el proceso por el que los componentes de una suspensión o
disolución estable son desestabilizados por superación de las fuerzas que
mantienen su estabilidad (Aguilar et al., 2002).
Floculación: es el proceso por el que las partículas desestabilizadas se unen
para formar grandes partículas estables o aglomerados (Aguilar et al., 2002).
Rivas-Romero et al. (2017) indican que los coagulantes se usan generalmente
en el tratamiento de aguas naturales e industriales para aglomerar los sólidos en
suspensión. La coagulación consiste en la neutralización de las cargas eléctricas
de los coloides que componen una solución.
El tratamiento biológico para aguas residuales de oxidación química por lo
general el nivel de contaminación de las aguas residuales. No se mide a partir del
conocimiento de la concentración de los distintos constituyentes de un agua
residual que pueden ser considerados contaminantes, sino determinando
parámetros globales como son la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) y la
demanda química de oxígeno (DQO) entre otros (Gutiérrez & Pérez, 2007).
Gutiérrez y Pérez (2007) manifiestan que la oxidación química comprende la
oxidación de una sustancia, cuyo objetivo es "agrietarla" o "romperla" para formar
otra sustancia o sustancias. Esta tecnología se utiliza para sustancias que son
prácticamente imposibles de eliminar del agua sin oxidación”. Los productos
residuales formados por la oxidación pueden luego tratarse mediante absorción,
degradación biológica, sedimentación o filtración por membrana.
“El cloro tiene propiedades oxidantes en sus soluciones acuosas y son
utilizadas como oxidantes en agua y en tratamiento de desechos” (Martínez,
Blanco, & Vargas, 2016).
25
Troconis (2010) dice que El agua del sistema de suministro de agua central no
siempre cumple con los estándares sanitarios y necesita una limpieza adicional.
En el agua urbana hay una cantidad excesiva de sales de magnesio y calcio, que
son perjudiciales para los órganos internos y conducen a la formación de piedras
en el cuerpo humano. Para reducir la dureza del agua, así como por su limpieza
de alta calidad, se recomienda el uso de filtros de intercambio iónico.
Troconis (2010) explica que para ablandar el agua se debe realizar el
intercambio iónico, es el método más utilizado cuando la tasa de mineralización
alcanza los 100 mg de sales por litro de líquido. Las resinas de hidrogeno son los
filtros más efectivos para realizar este método. Las sustancias radiactivas y los
metales pesados que pasan por dicho filtro son captados y reemplazados con
hidrogeno seguro.
El filtro de intercambio iónico consiste en un cuerpo hecho de plástico o acero
de alta resistencia, un cartucho de resina de intercambio iónico, tuberías,
dispositivos de distribución superior e inferior responsables de la distribución
uniforme del agua y un recipiente para la solución regeneradora (Troconis, 2010).
Troconis (2010) explica que en la parte central del cuerpo hay una unidad de
filtración hecha de material fibroso de intercambio iónico. Detrás hay un colador
responsable de la retención de residuos mecánicos y un intercambiador de iones.
Es en él que el ion de metal pesado se intercambia por sodio o hidrógeno.
Finaliza el diseño del filtro fino. Para eliminar los gases disueltos en el agua hacia
el exterior, se proporcionan puertos de salida especiales en la caja del
instrumento.
26
2.2 Bases teóricas
2.2.1 Camal y sus tipos
Es el establecimiento dotado de instalaciones completas y equipos adecuados
para el sacrificio, manipulación, elaboración, preparación y conservación de las
especies de carnicerías bajo varias formas, con aprovechamiento completo,
racional y adecuado (GAD del Municipio la Troncal, 2015). Ecuador cuenta con
más de 200 mataderos distribuidos de la siguiente forma: 45% en la Sierra, 38%
en la Costa y el 17% en la Región Amazonía y Galápagos (MAGAP, 2013).
Según Ley de matadores, reforma y regulamiento (2015) se reconocen tres
clases de Camales o Mataderos:
• Públicos que son aquellos operados por entidades de derecho público o de
derecho privado con finalidad social o pública.
• Privados, aquellos que están a cargo de personas naturales o jurídicas de
derecho privado.
• Mixtos, que son aquellos en los que participan Entidades de derecho
público o de derecho privado con finalidad social o pública y personas
naturales o jurídicas de derecho privado.
2.2.2 Contaminación de ríos
Es la acción o efecto de introducir en el agua, elementos, compuestos,
materiales o formas de energía, que alteran la calidad de ésta para usos
posteriores, que incluyen uso humano y su función ecológica. La contaminación
del agua altera sus propiedades fisicoquímicas y biológicas de forma que puede
producir daño directo o indirecto a los seres humanos y al medio ambiente
(Nemerow, 1991).
27
Las aguas residuales, contaminadas son las que han perdido su calidad como
resultado de su uso en diversas actividades. Se trata de aguas con alto contenido
de elementos contaminantes, que a su vez contaminan ríos, lagos, quebradas
donde son evacuadas (Ramalho, 2003).
2.2.2.1 Contaminantes orgánicos
Son compuestos cuya estructura química está compuesta fundamentalmente
por carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Son los contaminantes mayoritarios
en vertidos urbanos y vertidos generados en la industria agroalimentaria. Según
Manahan (2007) Los compuestos orgánicos que pueden aparecer en las aguas
residuales son:
Proteínas: Proceden fundamentalmente de excretas humanas o de desechos
de productos alimentarios. Son biodegradables, bastante inestables y
responsables de malos olores (Manahan, 2007).
Carbohidratos: Incluimos en este grupo azúcares, almidones y fibras
celulósicas. Proceden, al igual que las proteínas, de excretas y desperdicios
(Manahan, 2007).
Aceites y grasas: Altamente estables, inmiscibles con el agua, proceden de
desperdicios alimentarios en su mayoría, a excepción de los aceites minerales
que proceden de otras actividades (Manahan, 2007).
Otros: Incluiremos varios tipos de compuestos, como los tensioactivos,
fenoles, órgano clorados y organofosforados, etc. Su origen es muy variable y
presentan elevada toxicidad (Manahan, 2007).
2.2.2.2 Contaminantes inorgánicos
Son de origen mineral y de naturaleza variada: sales, óxidos, ácidos y bases
inorgánicas, metales, etc. Manahan (2007) revela que aparecen en cualquier tipo
28
de agua residual, aunque son más abundantes en los vertidos generados por la
industrial. Los componentes inorgánicos de las aguas residuales estarán en
función del material contaminante, así como de la propia naturaleza de la fuente
contaminante.
2.2.3 Aguas residuales
Las aguas residuales son aquellas que ya han sido usadas. En ellas se
encuentran suspendidas ciertas sustancias procedentes del propio uso que se ha
hecho del agua limpia. Entre estas sustancias podemos citar aceites, jabones,
sustancias químicas, combustibles, restos de alimentos, etc. (Ramalho, 2003).
Ramalho (2003) menciona que en los hogares estas sustancias proceden de
fregaderos, bañeras, servicios, lavaplatos, máquinas de lavado, riegos. Las
partículas contaminantes depositadas en la atmósfera, tales como el CO2,
también pueden dañar gravemente nuestros recursos hídricos al caer a la
superficie terrestre a través de la lluvia.
El objetivo principal del tratamiento de las aguas residuales es eliminar la
mayor cantidad posible de esos DBO antes de verter el agua residual, llamada
efluente, al medio. Ramalho (2003) dice que las plantas de tratamiento de aguas
residuales pueden eliminar diversos niveles de sólidos suspendidos y DBO para
mejorar la calidad de esas aguas. El nivel de tratamiento elegido depende de la
necesidad de obtener mayor o menor cantidad de agua purificada.
Guyer (2007) manifiesta que las aguas residuales se caracterizan por su
composición física, química y biológica. Muchos de los parámetros característicos
del agua residual guardan relación entre ellos. Una propiedad física como la
temperatura puede afectar tanto la actividad biológica como a la cantidad de
gases disuelto en el agua residual. Para la caracterización del agua residual se
29
emplean tanto métodos de análisis cuantitativos, para la determinación precisa de
la composición química del agua, como análisis cualitativos para el conocimiento
de las características físicas y biológicas.
Guyer (2007) explica que las características físicas más importantes del agua
residual son el contenido total de sólidos, el olor, la temperatura, la densidad, el
color y la turbiedad. Entre las principales características químicas se encuentran:
la materia orgánica, la materia inorgánica y los gases disueltos. Las
características biológicas incluyen los principales grupos de microorganismos
presentes en las aguas residuales tanto aquellas que intervienen en los
tratamientos biológicos como los organismos patógenos.
2.2.3.1 Tipos de aguas residuales
Se han dado nombres descriptivos a los diferentes tipos de aguas residuales
según su procedencia. Olmos (2002) menciona:
• Aguas residuales domésticas. - Son las que contienen desechos humanos,
animales y caseros. También se incluye la infiltración de aguas
subterráneas. Estas aguas son típicas de las zonas residenciales en las
que no se efectúa operaciones industriales, o solo en muy corta escala.
• Aguas residuales sanitarias. - Son las mismas que las domésticas, pero
que se incluyen no solo las aguas negras de uso doméstico, sino que
también gran parte de desechos industriales de la población.
• Aguas residuales industriales. - Se denomina así al conjunto de líquidos
residuales provenientes de los diferentes procesos y usos industriales.
Pueden colocarse o disponerse aisladamente o pueden agregarse y formar
parte de las aguas sanitarias.
30
2.2.3.2 Contaminantes habituales en las aguas residuales
Arenas: Entendemos como tales, a una serie de particular de tamaño
apreciable y que en su mayoría son de naturaleza mineral, aunque pueden llevar
adherida materia orgánica. Las arenas enturbian las masas de agua cuando
están en movimiento, o bien forman depósitos de lodos si encuentran condiciones
adecuadas para sedimentar (Lara, 2011).
Grasas y aceites: Son todas aquellas sustancias de naturaleza lipídica, que, al
ser inmiscibles con el agua, van a permanecer en la superficie dando lugar a la
aparición de natas y espumas. Estas natas y espumas entorpecen cualquier tipo
de tratamiento físico o químico, por lo que deben eliminarse en los primeros
pasos del tratamiento de un agua residual (Lara, 2011).
Agentes patógenos: “Son organismos que pueden ir en mayor o menor
cantidad en las aguas residuales y que son capaces de producir o transmitir
enfermedades” (Lara, 2011).
2.2.3.3 Factores de contaminación en aguas residuales en camales
Según J. Glynn & W. Heinke (1999) los efluentes generados en el faenamiento
vacuno son principalmente aguas de lavado, con contenidos de sangre y algunas
partículas gruesas de cueros y huesos; en el caso de procesamiento de cerdos
son aguas calientes con gran cantidad de pelo. Según Olmos (2002) los residuos
líquidos son generados en:
• Los corrales de reposo, por aguas de lavado, materia fecal y orina, del
ganado.
• Área de desangrado.
• Operaciones de remoción de cueros, pelo y otras partes de comestibles.
31
• Procesamiento de la carne, vísceras e intestinos: estas aguas pueden
contener sangre, grasas, fango, contenido intestinal, pedazos de carne, pelo
y desinfectantes.
• La operación de trozado de la carne genera sólidos que caen al piso, que se
adhieren a cuchillos y equipos, los que luego son eliminados en la operación
de limpieza.
2.2.4 Parámetros de análisis químico orgánico de calidad de agua
Dentro del agua residual existe una cantidad considerable de elementos
químicos inorgánicos: estos son nutrientes, constituyentes no metálicos, metales
y gases. Entre los nutrientes inorgánicos tenemos amoniaco libre, nitrógeno
orgánico y fósforo inorgánico”. Las pruebas como pH, alcalinidad, cloruros y
sulfatos son realizadas para estimar la capacidad de reutilización de las aguas
residuales tratadas y como pruebas para el control de distintos procesos de
tratamiento (Moreno, 2006).
2.2.4.1 Potencial de hidrógeno o pH
“Es la expresión para medir la concentración del Ion hidrógeno en una
solución. Este se define como el logaritmo negativo de la concentración de ion
hidrógeno.
pH = - log10 (H+)” (Weber, 1979).
2.2.4.2 Alcalinidad
Esta se define como la capacidad del agua para neutralizar los ácidos. En las
aguas residuales la alcalinidad se debe a la presencia de hidróxidos, carbonatos,
y bicarbonatos de elementos como calcio, magnesio, sodio, potasio o de ion
amonio. Estos componentes son el resultado de la disolución de sustancias
minerales en el suelo y en la atmósfera. Los fosfatos pueden ser originados
32
también por los detergentes en las descargas de agua residual. Cabe mencionar
que el bicarbonato de calcio y el bicarbonato de magnesio son los constituyentes
más comunes da la alcalinidad. En grandes cantidades le da un sabor amargo al
agua (Pampín, 2007).
2.2.4.3 Dureza
La dureza se define como la concentración de cationes metálicos multivalentes
en solución. Los cationes metálicos multivalentes más abundantes en las aguas
naturales son el calcio y el magnesio, otros pueden incluir hierro, manganeso,
estroncio y aluminio (Guyer, 2007).
2.2.4.4 Demanda bioquímica de oxígeno (DBO)
Es una medida indirecta del contenido de materia orgánica (M.O.)
biodegradable, expresada mediante la cantidad de oxígeno necesaria para oxidar
biológicamente la materia orgánica en una muestra de agua, a una temperatura
estandarizada de 20°C (Domènech y Peral, 2006).
Si la medición se realiza al quinto día, el valor se conoce como DBO5, mientras
que, si esta es tomada luego de que la muestra se ha estabilizado, el valor
obtenido se conoce como DBO. Sus unidades son mg O2/L (Domènech y Peral,
2006).
2.2.4.5 Demanda química de oxígeno (DQO)
Es una medida indirecta del contenido de materia orgánica e inorgánica
oxidable, mediante el uso de un fuerte oxidante en una muestra de agua. Sus
unidades son mg O2/L. Su valor siempre será mayor o igual al obtenido en los
ensayos de DBO (Domènech y Peral, 2006).
33
2.2.4.6 Carbono orgánico total
Esta prueba es usada para la medición de carbono orgánico total presente en
una muestra acuosa. Los métodos para la prueba del COT utilizan oxígeno y
calor, radiación ultravioleta, oxidantes químicos y alguna combinación de estos
para convertir el carbono orgánico en dióxido de carbono, el cual es medido con
un analizador infrarrojo o por otros medios (Domènech y Peral, 2006). El COT de
agua residual puede ser utilizada para medir el nivel de producción en el agua y
además ha sido posible relacionar este parámetro con el DBO y la DQO. Por otro
lado, este ensayo toma de 5 a 10 minutos para ser completado, lo que le da una
ventaja a su favor.
2.2.4.7 Relaciones entre DBO, DQO Y COT
Lara (2011) puntea que dependiendo de la relación existente entre estos tres
parámetros se puede hacer un análisis del tipo de tratamiento que se ha llevado a
cabo en el agua residual. Así, por ejemplo, tenemos que si la relación DBO/DQO
para aguas no tratadas es mayor que 0.5 los residuos se consideran fácilmente
tratables mediante procesos biológicos”. Si la relación DBO/DQO es menor de 0.3
el residuo puede contener constituyentes tóxicos o se pueden microorganismos
aclimatados para su estabilización.
A continuación, se muestra las relaciones anteriormente mencionadas en el
Anexo: Tabla 12.
2.2.4.8 Sólidos
En las aguas residuales se encuentra todo tipo de sólidos, distinguiéndose
entre ellos orgánicos e inorgánicos. Los sólidos orgánicos son sustancias que
contienen carbón, hidrógeno y oxígeno, pudiendo alguno de estos elementos
combinarse con nitrógeno, azufre o fósforo. Los principales grupos lo conforman
34
las proteínas, los carbohidratos y las grasas, susceptibles todos a ser degradados
por medio de bacterias y organismos vivos que son combustibles es decir que
pueden ser quemados (López et al., 2000). Los sólidos inorgánicos son
sustancias inertes y no susceptibles para degradar, designándose comúnmente
como minerales. Dentro de estos se incluye arenas, aceites y sales minerales
disueltas.
2.2.4.9 Gases disueltos
Las aguas residuales contienen pequeñas y variadas concentraciones de
gases disueltos. Entre los más importantes de estos se encuentran el oxígeno, el
cual está presente en el agua en su estado original, así como también disuelto en
el aire que está en contacto con la superficie del líquido. Este oxígeno,
generalmente denominado oxígeno disuelto, es un factor muy importante en el
tratamiento de las aguas residuales ya que puede producir Biogás (Weber, 1979).
Se encuentra también presente en las aguas residuales otros gases como
anhídrido carbónico, resultante de la descomposición de materia orgánica,
nitrógeno disuelto de la atmósfera y sulfuro de hidrógeno de compuestos de
azufre tanto orgánico como inorgánico (Weber, 1979).
2.2.4.10 Turbiedad
Es una medida de las propiedades de dispersión de la luz de las aguas. Sirve
principalmente para conocer la cantidad de luz que es absorbida o disipada por el
material suspendido en el agua. La turbiedad en el agua se da debido a la
desintegración y la erosión de materiales arcillosos, limos o rocas, pero también
de residuos industriales, productos de corrosión, así como también por los restos
de plantas y microorganismos (Delgadillo, Camacho, Pérez, & Andrade, 2010).
35
La presencia de detergentes y jabones en las aguas residuales causan de igual
forma un aumento en la turbiedad del agua. La medición de la turbiedad se lo
realiza por la comparación entre la intensidad de luz dispersa en una muestra por
una suspensión de referencia bajo las mismas condiciones (Delgadillo, Camacho,
Pérez, & Andrade, 2010). Los resultados de las mediciones de turbiedad se dan
en unidades nefelométricas de turbiedad (UNT).
2.2.4.11 Color
El color en aguas residuales es causado por sólidos suspendidos, material
coloidal y sustancias en solución. El color causado por sólidos suspendidos se
denomina color aparente, mientras que el causado por sustancias disueltas y
coloidales se denomina color verdadero. El color verdadero se obtiene sobre una
muestra filtrada (Lara, 2011).
El color de una muestra de agua residual se determina comparando el color de
la muestra y el color producido por soluciones de diferente concentración de
cloroplatinato de potasio. Una unidad de color corresponde al color generado por
un mg/L de platinato. El color de las aguas residuales se debe a la infiltración en
sistemas de recolección, descargas industriales y la descomposición de
compuestos orgánicos (Lara, 2011).
Existen valores cualitativos para estimar la condición general del agua residual,
se muestra dichos valores en el Anexo 1: Tabla 11.
2.2.4.12 Temperatura
La temperatura del agua residual es por lo general mayor que la temperatura
del agua para abastecimiento como consecuencia de la incorporación de agua
caliente proveniente de múltiples usos. La medición de temperatura es de suma
importancia debido a que la mayoría de los sistemas de tratamiento de aguas
36
residuales incluyen procesos biológicos que dependen de la temperatura. Es un
parámetro muy importante ya que afecta directamente las reacciones químicas y
las velocidades de reacción, la vida acuática y la adecuación del agua para fines
benéficos (Delgadillo, Camacho, Pérez, & Andrade, 2010). Cuando la temperatura
del agua es baja, el crecimiento y la reproducción de microorganismos son bajos
también.
37
2.3 Marco legal
2.3.1 Constitución de la República del Ecuador
Art. 10.- Las personas, comunidades, pueblos, nacionalidades y colectivos son titulares y gozarán de los derechos garantizados en la Constitución y en los instrumentos internacionales. La naturaleza será sujeto de aquellos derechos que le reconozca la Constitución (Constitución de la República del Ecuador, 2008). Art. 71.- La naturaleza o Pacha Mama, donde se reproduce y realiza la vida, tiene derecho a que se respete integralmente su existencia y el mantenimiento y regeneración de sus ciclos vitales, estructura, funciones y procesos evolutivos. Toda persona, comunidad, pueblo o nacionalidad podrá exigir a la autoridad el cumplimiento de los derechos de la naturaleza. Para aplicar e interpretar estos derechos se observarán los principios establecidos en la Constitución, en lo que proceda. El Estado incentivará a las personas naturales y jurídicas, y a los colectivos, para que protejan la naturaleza, y promoverá el respeto a todos los elementos que forman un ecosistema (Constitución de la República del Ecuador, 2008). Art. 74.- Las personas, comunidades, pueblos y nacionalidades tendrán derecho a beneficiarse del ambiente y de las riquezas naturales que les permitan el buen vivir. Los servicios ambientales no serán susceptibles de apropiación; su producción, prestación, uso y aprovechamiento serán regulados por el Estado (Constitución de la República del Ecuador, 2008). 2.3.2 Texto Unificado de Legislación Secundaria de Medio Ambiente
El Texto Unificado de Legislación Secundaria de Medio Ambiente (Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria Ecuador, 2015). Es la encargada de determinar o establecer: a. Los límites permisibles, disposiciones y prohibiciones para las descargas
en cuerpos de aguas o sistemas de alcantarillado; b. Los criterios de calidad de las aguas para sus distintos usos; y, c. Métodos y procedimientos para determinar la presencia de contaminantes
en el agua.
2.3.3 Ley de gestión ambiental
Ley de Gestión Ambiental (2004) menciona en el capítulo II de la se promueve el siguiente artículo referente al cumplimiento de las normas ambientales: Art. 9. - Le corresponde al Ministerio del ramo: j) Coordinar con los organismos competentes sistemas de control para la verificación del cumplimiento de las normas de calidad ambiental referentes al aire, agua, suelo, ruido, desechos y agentes contaminantes. Art. 23.- La evaluación del impacto ambiental comprenderá: a) La estimación de los efectos causados a la población humana, la biodiversidad, el suelo, el aire, el agua, el paisaje y la estructura y función de los ecosistemas presentes en el área previsiblemente afectada;
38
b) Las condiciones de tranquilidad públicas, tales como: ruido, vibraciones, olores, emisiones luminosas, cambios térmicos y cualquier otro perjuicio ambiental derivado de su ejecución. 2.3.4 Código Orgánico Organización Territorial
Código Orgánico Organización Territorial (2010) establece una nueva organización territorial del Estado, incorpora nuevas competencias a los gobiernos autónomos descentralizados, se mencionan en los siguientes artículos; Art. 54.- Funciones. - Son funciones del gobierno autónomo descentralizado municipal las siguientes:
k) Regular, prevenir y controlar la contaminación ambiental en el territorio cantonal de manera articulada con las políticas ambientales nacionales; l) Prestar servicios que satisfagan necesidades colectivas respecto de los que no exista una explícita reserva legal a favor de otros niveles de gobierno, así como la elaboración, manejo y expendio de víveres; servicios de faenamiento, plazas de mercado y cementerios. Art. 55.- Competencias exclusivas del gobierno autónomo descentralizado municipal. - Los gobiernos autónomos descentralizados municipales tendrán las siguientes competencias exclusivas sin perjuicio de otras que determine la ley. 2.3.5 Plan Nacional para el Buen Vivir
Plan Nacional para el Buen Vivir (2017) explica en su Objetivo 3: Garantizar los derechos de la naturaleza para las actuales y futuras generaciones”. Sustentándose de la siguiente manera: Uno de los avances más importantes de la Constitución de 2008 (arts. 10 y 71-74) es el reconocimiento de la naturaleza como sujeto de derecho, lo que implica respetar integralmente su existencia, el mantenimiento y regeneración de sus ciclos vitales y su restauración en caso de degradación o contaminación. En consonancia con lo establecido en la Carta Magna, se exhorta a asumir una responsabilidad intergeneracional a la luz de los riesgos más inminentes para nuestra especie, como el cambio climático, mediante el manejo sustentable del patrimonio natural: su biodiversidad terrestre y marina (Secretaría Nacional de Planificación y Desarrollo, 2017). Existe una responsabilidad ética con las actuales y futuras generaciones para que se mantenga, precautele y se dé soporte a la vida en todas sus formas; así como para que se reconozca el derecho de la población a vivir en un ambiente sano y ecológicamente equilibrado. Estos son los grandes desafíos que deben prevalecer (Secretaría Nacional de Planificación y Desarrollo, 2017).
39
3. Materiales y métodos
3.1 Enfoque de la investigación
3.1.1 Tipo de investigación
Estudio de campo y laboratorio: Se realizan en el ambiente dónde se
presenta el problema, requiere del traslado del investigador al lugar de los
hechos, realizar un muestreo y posterior análisis de parámetros en laboratorio
(Sánchez et al., 2018). Se verificó la realidad del proceso de descarga de aguas
residuales provenientes del centro de faenamiento del cantón Pangua, se
recolectaron muestras de su depósito y se analizaron 14 parámetros establecidos
en la Norma de calidad de agua del TULSMA en un laboratorio certificado.
Estudio experimental: En este tipo de estudio, el investigador manipula las
condiciones de sus variables de investigación y comprueba los efectos de la
intervención (Behar, 2008). Se planteó y comprobó la efectividad de diferentes
tratamientos de coagulación-floculación sobre las aguas residuales orgánicas.
Nivel descriptivo: Describe el estado actual o presente de las características
más relevantes de un fenómeno de estudio (Sánchez et al., 2018). Se recopiló
información que fue verificada y cuantificada para describir las etapas del proceso
de faenamiento en el centro y sus recursos. Finalmente, se redactó el informe de
la investigación en el que se detalló el estado actual del centro de faenamiento.
3.1.2 Diseño de investigación
La investigación se basó en un diseño experimental que buscó comprobar la
efectividad de tratamientos de coagulación-floculación en diferente concentración
y volumen, mismo que se detalla en el apartado de tratamientos, para las aguas
residuales del centro de faenamiento del cantón Pangua.
40
3.2 Metodología
3.2.1 Variables
3.2.1.1 Variable independiente
Se definió como variable independiente a los tratamientos de coagulación-
floculación aplicados en distinta concentración (%) y volumen (ml):
• Policloruro de Aluminio (PAC)
• Sulfato de Aluminio (SAL)
• Cloruro Férrico (Fe Cl3)
• Cloruro de Zinc (Zn Cl2)
3.2.1.2 Variable dependiente
Se definió como variable independiente a la calidad del agua basada en el
análisis de los siguientes parámetros presentados en la tabla 1:
Tabla 1. Parámetros de la calidad de agua
Fuente: Norma de calidad ambiental y de descarga de efluentes del TULSMA, 2015. Tabla elaborada por el Autor: Lucina, 2021
Se aclara que para las pruebas de efectividad sólo se estudiaron los
parámetros: pH, conductividad y turbiedad; porque en estas aguas residuales son
Determinaciones Unidades
pH - Conductividad eléctrica (S/m)
Turbiedad NTU
Color Unid. Pt/Co
Alcalinidad
Hierro mg/L
N-nitratos mg/L
Fosfato -
DBO g/L
DQO g/L
Grasas y aceites mg/L
Solidos disueltos mg/L
Solidos suspendidos totales mg/L
Coliformes totales UFC/100ml
41
los de mayor interés. El resto de parámetros se analizaron bajo el tratamiento de
mayor eficacia.
3.2.2 Tratamientos
Para encontrar las condiciones óptimas del coagulante se realizaron pruebas
con cuatro reactivos, los cuales se variaron en concentración y volumen
obteniendo un total de doce tratamientos que se detallan en la tabla 2.
Tabla 2. Tratamientos de experimentación de reactivos
Tratamientos Descripción Concentración Volumen
1
Policloruro de Aluminio (PAC)
1 10
2 2 20
3 5 5
4 5 10
5
Sulfato de Aluminio (SAL)
1 10
6 2 20
7 5 5
8 5 10
9 Cloruro Férrico (Fe Cl 3)
1 10
10 2 20
11 Cloruro de Zinc (ZnCl2)
1 10
12 2 20
Tabla elaborada por el Autor: Lucina, 2021
3.2.3 Diseño experimental
Se aplicó un diseño experimental completamente al azar (DCA), dónde cada
tratamiento contenía dos repeticiones, obteniendo un total de 24 observaciones
por cada variable de experimentación: pH, turbidez y conductividad eléctrica.
3.2.4 Recolección de datos
3.2.4.1 Recursos
Los recursos empleados en el presente estudio se describen en la tabla 3.
Tabla 3. Recursos empleados en el estudio
Equipo de laboratorio Instrumentos de
laboratorio Otros instrumentos
Balanzas Pipeta Computadora Medidores de pH Probeta Teléfono móvil Agitadores Pinzas Memoria flash Test de jarra Vasos de precipitación Cámara digital Decantadores Cono Imhoff Tablet
42
Horno Vidrio reloj Turbidímetro Tubos de ensayo Espectrofotómetro Bureta Pipeta
Autor, 2021
Áreas del centro
En la Figura 1 se presenta el plano de la infraestructura del centro de
faenamiento municipal del cantón Pangua con dirección al norte, señalando la
dirección del proceso de faenamiento desde su entrada hasta su salida.
Figura 1. Áreas del centro de faenamiento municipal del cantón Pangua Autor, 2021
El centro de faenamiento municipal del cantón Pagua cuenta con una
extensión total de 800 m2 y se divide en alrededor de 15 áreas: zona de carga,
bodega, área de oreo de carne, oficinas, baños, corral y zonas donde se efectúa
el proceso de faenamiento. A nivel de infraestructura cuenta con el nivel suficiente
para abastecer todas necesidades del proceso de faenamiento, solo es necesario
la remodelación del techado por su estado de deterioro.
43
Personal administrativo y de producción
En la Figura 2 se presenta la jerarquía del personal administrativo y de
producción del centro de faenamiento del cantón Pangua mediante un diagrama
conceptual, en el que se detallan los nombres y número de personal.
Figura 2. Jerarquía del personal del centro de faenamiento del cantón Pangua Autor, 2021
El centro cuenta con diez trabajadores en total, tres personas con cargos
administrativos y siete trabajadores asignados a las fases de producción de
desollaje, operación y carga.
Recursos de producción
• Faenamiento: Se despostan semanalmente entre 45 a 50 bovinos y
porcinos.
• Consumo de agua: Se consume semanalmente 15 a 16 m3 de agua para
realizar todos los procesos de faenamiento.
• Equipos de operación: En la línea de los bovinos es necesario implementar
la descueradora y la cierra partidora de pecho. En la línea porcina se
requiere una escaldadora, peladora y cierra partidora.
44
• Certificaciones: El centro de faenamiento se encuentra al 100% operativo
para el desposte de semanal que abastece a las distintas tercenas y
mercados de carne del cantón. Cuenta con el certificado MABIO (Certificado
de Habilitación como Matadero Bajo Inspección Oficial) emitido por
Agrocalidad, el ente verifica el cumplimiento mínimo de condiciones
sanitarias y operacionales para garantizar productos en óptimas
condiciones.
Proceso de faenamiento
El proceso de faenamiento en el centro de faenamiento del cantón Pangua
cuenta con alrededor de diez procedimientos que varían dependiendo del animal
a faenar, res o cerdo. En la Figura 3 se observa el diagrama de flujo de este
proceso.
45
Figura 3. Proceso de faenamiento de res y cerdo en el centro del cantón Pangua Autor, 2021.
46
A continuación, se detallan los procedimientos mencionados en el diagrama de
flujo sobre el faenamiento en el centro del cantón Pangua:
Recepción y descanso de animales: Los bovinos y porcinos se receptan en
el área de corrales del centro de faenamiento por separado. Antes de ser
sometidos al sacrificio se permite su descanso en sombra, dieta hídrica y ayuno
hasta la hora de inspección Ante-Mortem, el ayuno no debe exceder las 24 horas.
Lo mencionado es necesario para la recuperación de los animales por factor
estrés que padecieron durante el transporte.
Inspección Ante-Mortem: Este procedimiento lo realiza un Médico
Zootecnista, mismo que verifica el estado sanitario y de reposo de los animales
vivos en los corrales del establecimiento aprobando o no su faenamiento. Las
anormalidades que se pueden suscitar varían entre que el animal se muestre
renuente a moverse, dificultad respiratoria o tos, conducta y postura anormal
(Agrocalidad, 2016). En el centro de faenamiento de Pangua se realiza la
inspección cuando llegan los animales y antes del ingreso al centro en la manga
de acceso.
Insensibilización o aturdimiento: Se ejecuta dentro del cajón de
aturdimiento, en el centro de faenamiento de Pangua emplean una pistola de
inmovilización a presión. Este procedimiento se ejecuta con el fin de evitar dolor o
molestias al animal al momento del sangrado y así mantener la calidad de la
carne.
Izado y Desangrado: Una vez el animal se inmoviliza se eleva hacia un
sistema de rieles mediante unos ganchos y poleas quedando suspendido desde
el área de sus cuartos traseros. Luego se traslada al animal a la zona de
sangrado y transferencia, dónde se realiza un corte en la yugular, la sangre
47
derramada es dirigida a canales de desfogue y por último se realiza el corte de
cabeza y patas para su posterior transferencia al siguiente procedimiento.
Variación: En el caso de la res el siguiente procedimiento es el desollado, se
separa la piel del cuerpo empleando cuchillos y puñales desde los cuartos
traseros hasta los cuartos delanteros (cuidando no dañar el cuero que es vendido
a la industria de curtiembre). En el caso del cerdo es el escaldado que se efectúa
con el fin de remover pelos, se utiliza sopletes alimentados con tanques de gas, el
fuego se encuentra entre los 57 a 65° C dependiendo del tipo de cerdo, posterior
se lava y ambas especies pasan al procedimiento de eviscerado.
Eviscerado y lavado: Se realiza en un lapso de 30 minutos evitando
contaminar el cuerpo faenado y se deposita las vísceras en contenedores, para
este procedimiento se utiliza un hacha y cuchillos para cortar y eviscerar el bovino
y el porcino. Luego se lava con agua potable la parte interna del animal faenado.
Fisurado en canales: Se procede a cortar al animal faenado en canales para
su fácil movilidad, en este procedimiento se utiliza una sierra eléctrica. El centro
de la res (incisión del esternón y la columna vertebral) se corta con un hacha y
cuchillo.
Inspección Post-Mortem: Los canales del animal se trasladan al área de oreo
e inspección, en este sitio se realiza la inspección post-mortem por última vez
para verificar el estado sanitario de la carne y reposa la carne para su posterior
transporte a una temperatura aproximada de 7° C dentro de un camión
completamente cerrado y desinfectado.
48
3.2.4.2 Métodos y técnicas
Levantamiento de información de la línea base del sistema de manejo de
las aguas residuales del centro de faenamiento municipal del cantón.
Para el primer objetivo específico se realizó una visita in situ dónde se conoció
la estructura y funcionamiento actual del centro, recursos y procesos. También se
realizó una entrevista al encargado del centro de faenamiento (ver Anexo 2:
Figura 10 y 11). La publicación de la información fue autorizada por el encargado
mediante una carta (ver Anexo 2: Figura 12).
Por último, se tomó una muestra de 100 litros de las aguas residuales en el
área de depósitos de residuos del centro de faenamiento para su posterior
análisis en laboratorio (ver Anexo 3: Figura 15). Se analizaron los parámetros
establecidos como variable dependiente y se comparó con el límite máximo
permisible establecido en la norma de descarga de aguas (ver Anexo 3: Figura
13). Esto permitió obtener información completa del manejo actual de las aguas
residuales del centro.
Evaluación de un tratamiento de depuración eficaz aplicado a las aguas
residuales que genera el centro de faenamiento.
Posterior al muestreo, en laboratorio se realizaron los siguientes
procedimientos:
Homogenización de la muestra: Para que todos los sedimentos se mezclen
uniformemente, se procedió a colocar 100 ml de la muestra en un cono de
precipitación (Conos Hinhoff), la muestra reposó por 60 minutos (ver Anexo 3:
Figura 16).
Tratamiento de coagulación- floculación: Con la muestra lista se procedió a
pesar los reactivos, y disolver las concentraciones propuestas en 100 ml de agua
49
destilada dentro de un vaso de precipitación (ver Anexo 3: Figura 17 y 18). Una
muestra de 1000 ml se colocó en un vaso de precipitación con las respectivas
dosis y volumen propuestas de los tratamientos. Para determinar el coagulante
más adecuado como tratamiento se mantuvieron constante las siguientes
variables en el proceso:
• Concentración y volumen del coagulante
• Temperatura del proceso
• Velocidad de reacción en dos momentos: Distribución rápida de un minuto a
300 rpm y formulación del coágulo de 50 rpm por 15 minutos (ver Anexo 3:
Figura 19).
Después del procedimiento descrito se colocaron los vasos de precipitación en
una zona de claridad para observar la formación de coágulos durante un máximo
de 30 minutos y se procedió a la comparativa cualitativa y cuantitativa de la
efectividad de los tratamientos.
Medición de parámetros: Se midieron los parámetros pH, turbiedad y
conductividad eléctrica en la experimentación bajos los siguientes procedimientos:
• pH: Se tomaron 500 ml de muestra en un vaso de precipitación y se colocó
un medidor de pH digital en la muestra (ver Anexo 3: Figura 20)
• Conductividad eléctrica: Se colocó 500 ml de la muestra y con un
conductímetro se midió el valor.
• Turbiedad: Se colocó una muestra a tratar en la bandeja de lectura del
turbidímetro, se calibró el rango de lectura y se registró lo obtenido.
Determinación del tratamiento más efectivo: Se analizaron los tratamientos
conforme a procesos estadísticos para determinar el más significativamente
efectivo. Una vez determinado se procedió a la replicación del proceso de
50
tratamiento de coagulación, esta muestra se analizó en un laboratorio certificado
para constatar que su efectividad en catorce parámetros (ver Anexo3: Figura 25).
Conforme a los resultados de la muestra inicial se determinó la eficiencia de
remoción de contaminantes mediante la siguiente fórmula propuesta por
Malacatus et al. (2017):
𝐸 = 𝑆0 − 𝑆
𝑆0∗ 100
Dónde:
E= Eficiencia de remoción de carga contaminante (%)
S= Carga contaminante de salida (mg/L)
S0= Carga contaminante de entrada (mg/L)
Diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales para el centro
de faenamiento municipal del cantón Pangua.
En el tercer objetivo se recopilaron datos de las coordenadas y área (m2) de la
zona perteneciente al centro de faenamiento del cantón Pangua para una
correcta ubicación y cálculo del espacio adecuado para el desarrollo de la planta
de tratamiento de sus aguas residuales. En el diseño de la planta se desarrolló en
AutoCAD y está basado cuatro fases un pretratamiento, tratamiento primario,
secundario y terciario.
El diseño tuvo como base la propuesta y asesoramiento en los cálculos del
Técnico Leonidas A, tomando en cuenta el valor del caudal y volumen diario de
aguas residuales. Para la propuesta se consideró el tratamiento de coagulación-
floculación con tratamiento primario ya que es un proceso en el cual se añaden
compuestos químicos al agua, lo que permite desestabilizar las partículas
51
suspendidas en el agua contaminada y con ello promover a la formación de
flóculos y así sea más fácil su remoción (Díaz, 2014).
3.2.5 Análisis estadístico
En el presente trabajo se aplicó estadística descriptiva e inferencial que se
estimó mediante los programas Infostat, Minitab y Excel. Se calcularon medidas
de tendencia central y medidas de dispersión como la desviación estándar,
varianza, coeficiente de variación, residuos o valores predichos y valores
absolutos que se emplearon posteriormente en el análisis inferencial.
Para conocer las diferencias entre los tratamientos propuestos fue necesario
determinar cuál prueba estadística inferencial era adecuada (paramétrica o no
paramétrica), por ende, se comprobaron los supuestos de normalidad de datos y
homogeneidad de varianzas para los datos de las variables de experimentación
(Ver Figura 21, 22 y 23 en anexos).
En primer lugar, se analizó la normalidad gráficamente mediante el gráfico de
probabilidad normal Q-Q Plot, en esta prueba si el valor “r” de correlación es
mayor a 0,95 indica normalidad. Posterior se comprobó la normalidad de los datos
analíticamente mediante la prueba de contraste de Shapiro-Wilks, que se aplica
cuando se analizan muestras menores a 50 observaciones; en esta prueba sí el
valor “p” o valor crítico de la prueba de hipótesis es mayor a 0,05 indica
normalidad. (Gutiérrez y De la Vara, 2008). En la tabla 4 se observan los
resultados.
Para comprobar la homogeneidad de la varianza, se aplicó la prueba Bartlett
que compara la igualdad de varianza de tres o más grupos, siendo exacta para
datos distribuidos normalmente como es el caso del pH y la conductividad
eléctrica. Mientras que, en el caso de la variable turbiedad, se aplicó la prueba de
52
comparaciones múltiples por no proceder de una distribución normal y superar a
20 observaciones en total (Minitab, 2020). Los resultados de las pruebas de
normalidad de datos y homogeneidad de varianzas se presentan en la tabla 4.
Tabla 4. Resultados de las pruebas de normalidad y homogeneidad Condición Prueba pH Turbiedad Conductividad
Normalidad
Valor r (Q-Q Plot)
0,977 0,925 0,974
Valor p (Shapiro-Wilks)
0,1985 0,2806 0,9529
Homogeneidad
Valor p (Bartlett)
0,972 - 0,996
Valor p (Comparación m.)
- 0,989 -
Autor, 2021
Se determinó que los datos de las variables pH y conductividad eléctrica
siguen una distribución normal y sus grupos poseen homogeneidad de varianza,
por tanto, se cumplieron los supuestos de la prueba paramétrica ANOVA, la cual
se aplicó bajo un nivel de significancia de 0,05. En esta prueba sí el valor “p” o
valor crítico de la prueba de hipótesis es mayor a 0,05 indica que no existen
diferencias significativas entre los tratamientos.
En el caso de la variable turbiedad, su normalidad no fue concluyente ya que
su coeficiente de correlación contradecía al resultado de la prueba Shapiro-Wilks.
Se asumió que los datos no procedían de una distribución normal, y aunque si
reveló que los grupos de esta variable poseían homogeneidad en sus varianzas,
al no cumplirse uno de los supuestos, se aplicó el análisis no paramétrico Kruskal-
Wallis.
La prueba Kruskal-Wallis prueba si un grupo de datos proviene de la misma
población, es idéntico al ANOVA, pero sin asumir normalidad en los datos (Quispe
et al., 2019). En esta prueba sí el valor “p” o valor crítico de la prueba de hipótesis
53
es mayor a 0,05 indica que no existen diferencias significativas entre los
tratamientos.
Las hipótesis estadísticas que se manejaron en este estudio fueron:
H0= No hay diferencias entre las medias de los tratamientos de coagulación
Ha= Existen diferencias entre las medias de los tratamientos de coagulación
54
4. Resultados
4.1 Levantamiento de información de la línea base del sistema de manejo de
las aguas residuales del centro de faenamiento municipal del cantón
Pangua
Los resultados de la caracterización de una muestra de aguas residuales del
centro de faenamiento municipal del cantón Pangua mediante análisis de
laboratorio se presentan en la Tabla 5, se detalla la técnica de análisis aplicada.
Tabla 5. Resultados de la caracterización de una muestra de agua residual no tratada del centro de faenamiento municipal del cantón Pangua
Parámetro Unidad Método de análisis Resultado
pH - 4500-H-B 6,82
Conductividad µSiems/c
m 2510-B 1208
Turbiedad NTU 2130-B 282,6
Color Und.
Pt/Co 2120-C 2350
DQO mg/L 5220-D 1135
DBO mg/L 5210-B 582,5
Hierro mg/L 3500-Fe-D 3,9
Fosfatos - 4500-P-D 28,5
N-Nitratos mg/L 4500-NO3 10,75
Grasas y aceites mg/L 5520-B 125
Sólidos sedimentables mL/L 2540-F 2
Sólidos disueltos mg/L 2540-C 740
SST mg/L 2540-D 134
Coliformes totales NMP/100
mL 9222-B 2.8 x 105
SST es sólidos suspendidos totales, DQO es Demanda química de oxígeno, DBO es demanda bioquímica de oxígeno. Autor, 2021
El nivel de pH se acerca a la neutralidad, el valor de turbiedad (282,6 NTU) y
color (2360 Und. Pt/Co) es elevado siendo necesario un tratamiento físico-químico
que remueva los sólidos y demás contaminantes como nitratos, fosfatos y
55
coliformes. Los valores de los parámetros DQO (1135 mg/L) y DBO (582,5 mg/L)
demuestran la alta carga orgánica que contienen las aguas residuales del centro
de faenamiento, y su relación DQO/DBO es de 1,95.
56
4.2 Evaluación de un tratamiento de depuración eficaz aplicado a las aguas
residuales generadas en el centro de faenamiento
La muestra compuesta, dividida en submuestras a las que fueron aplicadas los
tratamientos de coagulación-floculación, tenían los siguieron valores iniciales: 6,8
de pH, 282 NTU de turbiedad y 1035 µSiems/cm de conductividad eléctrica.
4.2.1 Resultados de los tratamientos
4.2.1.1 Resultados de la variable pH
En la Figura 4 se observa los valores medios de la variable pH obtenidas por
los diferentes tratamientos de coagulación-floculación, representando en el eje de
abscisas a los tratamientos de coagulación-floculación y en el eje de las
ordenadas a la variable pH de magnitud adimensional.
Figura 4. Media de los tratamientos del parámetro pH Autor, 2021
El tratamiento que obtuvo el mayor nivel de pH fue el tratamiento ocho
correspondiente al Sulfato de Aluminio (SAL) a una concentración de 5% y
volumen de 10 ml con una media de 8,55; seguido por el tratamiento cuatro
correspondiente al Policloruro de Aluminio (PAC) a una concentración de 5% y
57
volumen de 10 ml con una media de 8,45. El tratamiento que obtuvo el menor
nivel de pH fue el tratamiento cinco correspondiente al Sulfato de Aluminio (SAL)
a una concentración de 1% y volumen de 10 ml con una media de 7,15.
En el Anexo 3: Figura 24 se presentan los resultados de la prueba ANOVA
realizada mediante el programa Minitab. Según el test, los tratamientos de
coagulación-floculación estudiados guardan diferencias significativas en cuanto al
parámetro pH en base a que su valor p (0,001) es menor al nivel de significancia
establecido (0,05). Sin embargo, no es posible afirmar con toda confianza que
existan significativas debido al poco número de réplicas del experimento.
En la tabla 6 se describen los resultados de la prueba Tukey de la variable pH
que se calculó en base a que los tratamientos presentaron diferencia significativa.
Tabla 6. Test Tukey para la variable pH Tratamientos N Medias Agrupación
SAL (5% - 10ml) 2 8,5500 A
PAC (5% - 10ml) 2 8,450 A B
SAL (5% - 5ml) 2 8,050 A B C
FeCl3 (2% - 20ml) 2 8,000 A B C
PAC (2% - 20ml) 2 7,900 A B C
SAL (2% - 20ml) 2 7,700 A B C
PAC (5% - 5ml) 2 7,600
B C
ZnCl2 (1% - 10ml) 2 7,550
B C
FeCl3 (1% - 10ml) 2 7,500
C
ZnCl2 (2% - 20ml) 2 7,400
C
PAC (1% - 10ml) 2 7,400
C
SAL (1% - 10ml) 2 7,150
C
Medias con una letra común no son significativamente diferentes (p > 0,05) Autor, 2021
El mayor valor de pH se presentó en el tratamiento con Sulfato de Aluminio a
un 5% de concentración y 10 ml de volumen (T8), aunque no difiere
significativamente de los otros compuestos a una concentración similar. Los
tratamientos a concentraciones menores (1 y 2%) presentan los menores valores
de pH y tampoco difieren significativamente.
58
4.2.1.2 Resultados de la variable turbiedad
En la Figura 5 se observa los valores medios de la variable turbiedad obtenidas
por los diferentes tratamientos de coagulación-floculación, representando en el
eje de abscisas a los tratamientos de coagulación-floculación y en el eje de las
ordenadas a la variable turbiedad de unidad NTU/UNT.
Figura 5. Media de los tratamientos del parámetro turbiedad Autor, 2021
El tratamiento que obtuvo el mayor nivel de turbiedad fue el tratamiento once
correspondiente al Cloruro de Zinc (ZnCl2) a una concentración de 1% y volumen
de 10 ml con una media de 212,5 NTU. El tratamiento que obtuvo el menor nivel
de turbiedad fue el tratamiento cuatro correspondiente al Policloruro de Aluminio
(PAC) a una concentración de 5% y volumen de 10 ml con una media de 25,45
NTU; seguido por el tratamiento ocho correspondiente al Sulfato de Aluminio
(SAL) a una concentración de 5% y volumen de 10 ml con una media de 30,92
NTU.
En el Anexo 3: Figura 24 se presentan los resultados de la prueba Kruskal-
Wallis realizada mediante el programa Infostat. Según el test, los tratamientos de
coagulación-floculación estudiados si guardan diferencias significativas en cuanto
59
al parámetro turbiedad en base a que su valor p (0,02) es menor al nivel de
significancia establecido (0,05). Sin embargo, no es posible afirmar con toda
confianza que existan diferencias significativas debido al poco número de réplicas
del experimento.
En la Tabla 7 se describen los resultados de la comparación de a pares de la
variable turbiedad que se calculó en base a que los tratamientos presentaron
diferencia significativa. Determinando de esta forma cual son los tratamientos más
efectivos en cuanto a turbiedad para las aguas residuales del centro.
Tabla 7. Comparación de a pares de la variable turbiedad Tratamientos Medias Rangos Comparación de a pares
SAL (5% - 10ml) 30,92 2,5 A
PAC (5% - 10ml) 25,45 2,5 A
PAC (2% - 20ml) 45,45 5,5 A B
SAL (2% - 20ml) 60,5 7,5 A B C
PAC (5% - 5ml) 71,15 10,5 A B C D
SAL (5% - 5ml) 74,9 11 A B C D
ZnCl2 (2% - 20ml) 88,94 13 A B C D
FeCl3 (2% - 20ml) 99,38 15,5 A B C D
PAC (1% - 10ml) 111,5 17,5 B C D
SAL (1% - 10ml) 121 19,5 C D
FeCl3 (1% - 10ml) 130 21,5 D
ZnCl2 (1% - 10ml) 212,5 23,5 D
Medias con una letra común no son significativamente diferentes (p > 0,05) Autor, 2021
En cuanto a turbiedad, el tratamiento cuatro (Policloruro de Aluminio al 5% y
10ml) y el ocho (Sulfato de Aluminio al 5% y 10ml) presentan medias
significativamente diferentes a los tratamientos de concentraciones menores (1%)
de reactivos coagulante. Resultando el tratamiento cuatro el de menor media
significativo con 25,45 NTU.
60
4.2.1.3 Resultados de la variable conductividad eléctrica
En la Figura 6 se observa los valores medios de la variable conductividad
eléctrica obtenida por los diferentes tratamientos de coagulación-floculación,
representando en el eje de abscisas a los tratamientos de coagulación-floculación
y en el eje de las ordenadas a la variable conductividad eléctrica de unidad
µSiems/cm.
Figura 6. Media de los tratamientos del parámetro conductividad eléctrica Autor, 2021
El tratamiento que obtuvo el mayor nivel de conductividad eléctrica fue el
tratamiento ocho correspondiente al Sulfato de Aluminio (SAL) a una
concentración de 5% y volumen de 10 ml con una media de 1243,5 µSiems/cm;
seguido por tratamiento cuatro correspondiente al Policloruro de Aluminio (PAC) a
una concentración de 5% y volumen de 10 ml con una media de 1232,5
µSiems/cm. El tratamiento que obtuvo el menor nivel de conductividad eléctrica
fue el tratamiento doce correspondiente al Cloruro de Zinc (ZnCl2) a una
concentración de 2% y volumen de 20 ml con una media de 1008
µSiems/cm.
61
En el Anexo 3: Figura 24 se presentan los resultados de la prueba ANOVA
realizada mediante el programa Minitab. Según el test, los tratamientos de
coagulación-floculación estudiados si guardan diferencias significativas en cuanto
al parámetro conductividad eléctrica en base a que su valor p (0,000) es menor al
nivel de significancia establecido (0,05). Sin embargo, no es posible afirmar con
toda confianza que existen diferencias significativas debido al poco número de
réplicas del experimento.
En la Tabla 8 se describen los resultados del test de Tukey para la variable
conductividad eléctrica que se calculó en base a que los tratamientos presentaron
diferencia significativa. Determinando de esta forma cual son los tratamientos más
efectivos en cuanto a conductividad eléctrica para las aguas residuales del centro.
Tabla 8. Comparación de a pares de la variable conductividad eléctrica Tratamientos N Media Agrupación
SAL (5% - 10ml) 2 1243,50 A
SAL (5% - 5ml) 2 1241,0 A
PAC (5% - 10ml) 2 1232,50 A
PAC (5% - 5ml) 2 1221,50 A
SAL (1% - 10ml) 2 1088,50
B
PAC (1% - 10ml) 2 1074,50
B
ZnCl2 (1% - 10ml) 2 1064,0
B C
FeCl3 (1% - 10ml) 2 1056,00
B C
SAL (2% - 20ml) 2 1051,50
B C D
FeCl3 (2% - 20ml) 2 1049,50
B C D
PAC (2% - 20ml) 2 1018,50
C D
ZnCl2 (2% - 20ml) 2 1008,00
D
Medias con una letra común no son significativamente diferentes (p > 0,05) Autor, 2021
En cuanto a conductividad eléctrica, el tratamiento doce (Cloruro de Zinc al 2%
y 20ml) presenta la menor media significativamente diferente a los tratamientos
de concentraciones mayores (5%) de reactivos coagulante. Los tratamientos en
base a Sulfato de Aluminio y Policloruro de Aluminio a concentraciones 5%
poseen las mayores medias y no presentan diferencias significativas entre sí,
pero difieren del resto de tratamientos.
62
4.2.2 Análisis sobre efecto del tratamiento de mayor efectividad
El tratamiento cuatro (Policloruro de Aluminio al 5% y 10ml) se determinó como
de mayor efectividad, mismo que obtuvo el menor nivel de turbiedad,
conductividad eléctrica y pH dentro de los rangos recomendados en el tratamiento
de aguas residuales orgánicas del centro de faenamiento municipal del cantón
Pangua.
Se replicó este tratamiento y la muestra reposó favoreciendo el proceso de
sedimentación de los sólidos, posterior se aplicó un proceso de desinfección con
una solución de hipoclorito de sodio a una concentración de 5 mg/L. Finalmente,
la muestra tratada se entregó a un laboratorio certificado dónde se analizaron 14
parámetros, resultados que se observan en la Tabla 9.
En la tabla se detalla la técnica de análisis aplicada; además, se comparan los
resultados obtenidos con los límites máximo permisible establecidos para
descarga de efluentes a cuerpos de agua dulce, que se encuentran dentro de la
Norma de calidad de agua del TULSMA (ver Anexo 3: Figura 14).
Tabla 9. Caracterización de una muestra de agua residual del centro de faenamiento del cantón Pangua tratada empleando el reactivo más efectivo
Parámetro Unidad Método de
análisis Resultado LMP
Cumple o no cumple
pH - 4500-H-B 8,10 6-9 SI
Conductividad µSiems/cm 2510-B 1075 1500 SI
Turbiedad NTU 2130-B 8,2 100 SI
Color Und. Pt/Co 2120-C 11 Inapreciable en disolución 1/20 SI
DQO mg/L 5220-D 190 100 NO
DBO mg/L 5210-B 88 50 NO
Hierro mg/L 3500-Fe-D 0,51 10.0 SI
Fosfatos - 4500-P-D 1,1 10.0 SI
N-Nitratos mg/L 4500-NO3 2,4 10.0 SI
Grasas y aceites mg/L 5520-B <10 50.0 SI
Sólidos sedimentables
mL/L 2540-F < 1.0 20.0 SI
Sólidos disueltos mg/L 2540-C 610 3000 SI
SST mg/L 2540-D 1,2 80.0 SI
Coliformes totales NMP/100mL 9222-B < 100 200 SI
63
SST es sólidos suspendidos totales, DQO es Demanda química de oxígeno, DBO es demanda bioquímica de oxígeno y LMP es límite máximo permisible según la descarga de efluentes a cuerpos de agua dulce. Autor, 2021
Luego de la aplicación del tratamiento se determinó que dos de catorce
parámetros analizados no cumplieron con el límite máximo permisible, los cuales
fueron DQO y DBO, el resto de parámetro se encontraban por debajo del límite
establecido por la norma de calidad de aguas para la descarga de efluentes a
cuerpos de agua dulce.
En la Figura 7 se presenta la gráfica de la eficiencia de remoción de
contaminantes del tratamiento más efectivo por parámetro de calidad del agua.
Estos porcentajes fueron calculados empleando los resultados de la muestra
inicial cruda (ver Tabla 5) y los resultados de la muestra en la que se aplicó el
tratamiento más efectivo (ver Tabla 9).
Figura 7. Eficiencia de remoción de contaminantes del tratamiento más efectivo por parámetro de calidad del agua. Autor, 2021
Se observa el tratamiento determinado como más efectivo obtuvo una
eficiencia de remoción que varía entre el 83 al 99% en la mayoría de parámetros,
siendo el menor porcentaje de remoción alcanzado en sólidos disueltos con
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Turbiedad
Color
Hierro
Fosfatos
N-Nitratos
Grasas y aceites
Sólidos sedimentables
Sólidos disueltos
SST
Coliformes Totales
DQO
DBO
97,1
99,5
86,9
96,1
77,7
92
50
17,6
99,1
99,96
83,26
84,89
Porcentaje de remoción (%)
Pa
rám
etr
os
de
ca
lid
ad
de
ag
ua
64
17,6% seguido por sólidos sedimentables con 50%. El mayor porcentaje de
remoción se alcanzó en coliformes totales con el 99,96%, seguido por el
parámetro color con 99,5%.
65
4.3 Diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales para el centro
de faenamiento municipal del cantón Pangua.
En la Figura 8 se presenta el diagrama en el cual se muestran los diferentes
pasos establecidos para el tratamiento de las aguas residuales del centro de
faenamiento del cantón Pangua.
Figura 8. Proceso del tratamiento propuesto para las aguas residuales del centro de faenamiento del cantón Pangua. Autor, 2021
El proceso se compone de cuatro fases dónde el agua se bombea a la
siguiente fase. Consta de tratamiento preliminar basado en desbaste con limpieza
manual de rejillas, tratamiento primario biológico de lodos activos con aireación
prolongada, tratamiento secundario físico-químico de coagulación floculación con
descarga de lodos y tratamiento terciario de filtración con carbón activado. El
caudal que se obtuvo calculado mediante el método volumétrico alcanzó un valor
de 32 m3/día, para mayor profundidad de éste cálculo, dirigirse al Anexo 4: A-4.1
Cálculo del caudal, partiendo de este dato se realizaron el resto de cálculos.
En la Figura 26, ubicada en anexos, se observa el diseño planimétrico de la
propuesta del diseño de la planta de tratamiento para las aguas residuales del
centro de faenamiento del cantón Pangua, y en la tabla 10, los equipos
necesarios para el diseño de la planta elaborado en AutoCAD.
66
Tabla 10. Equipos necesarios para el diseño de la planta Proceso Equipo Parámetros Ilustración
Pre
tra
tam
ien
to
Canal de desbaste
• Espacio entre barras (b)= 1,5 cm
• Espesor de barra (w)= 1 cm
• Velocidad mínima entre barras (v)= 0,6 m/s
• Ancho del canal (Wc)= 0,5 m
• Inclinación con la horizontal= α: 45°
Tanque de homogenización
• Altura de 3,75 m
• Ancho de 4,20 m.
Tra
tam
iento
prim
ario
Reactor biológico
• Caudal máximo diario: Q max. (Qmedio x coeficiente punta) = 60 m3/día
• Tiempo de retención celular: tc= 6 días
• Concentración de DBO5 en el afluente y efluente
• Mg SSV/mg DBO5: Y= 0,6
• Coeficiente de degradación endógena: Kd= 0,06 días-l
• Concentración de sólidos suspendidos volátiles: X= 550 mg/l.
Tra
tam
iento
secundario
Tanque de sedimentación
• Altura de 5,18 m
• Ancho de 2,18 m.
• Aplicación del reactivo Policloruro de Aluminio, al 5% y 10 ml
Tra
tam
iento
terc
iario
Filtro con carbón activado
Finalmente, como último tratamiento se propone el agua se bombea hacía un sistema torre de tratamiento que contenga un sistema de filtrado conformado por diferentes capas carbón activado. El filtro posee una altura de tres metros y un ancho de un metro
67
Autor, 2021
En el plano del diseño de la planta de tratamiento se observa dentro del pre
tratamiento un canal de desbaste con una altura aproximada de un metro, ancho
de 0,5 m e inclinación de 45° grados, mientras que el sistema de rejillas consta de
un espacio entre barras de 1,5 cm y espesor de barra de 1 cm. Posterior el agua
llegará hacia un tanque de homogenización donde se separan aguas de aceites,
mismo que consta con una altura de 3,75 m y ancho de 4,20 m.
En el tratamiento primario se propone un tratamiento de tipo biológico, un
proceso de lodos activos que consta de un reactor biológico bajo aireación
prolongada compuesto por un compresor de aire y agitadores, tanque dosificador
de catalizador enzimático y tanque dosificador de nutrientes. El tanque cuenta
con una altura de 3,75 m y ancho de 4,20 m.
En el tratamiento secundario se propone un tratamiento de tipo físico-químico
de coagulación floculación mediante el uso de un decantador o tanque
sedimentador (tanque Imhoff) y aplicación del reactivo Policloruro de Aluminio. El
sedimentador cuenta con tanques dosificadores de coagulantes y floculantes. El
tanque sedimentador posee una altura de 5,18 m y ancho de 2,18 m.
Finalmente, como último tratamiento se propone el agua se bombea hacía un
sistema torre de tratamiento que contenga un sistema de filtrado conformado por
diferentes capas carbón activado. El filtro posee una altura de tres metros y un
ancho de un metro. Para mayor explicación y entendimiento de los tratamientos
propuestos y los cálculos realizados dirigirse al Anexo 4: A-4.2 Cálculos
respectivos por tratamiento.
69
5. Discusión
El análisis en laboratorio de una muestra compuesta de las aguas residuales
generadas en el centro de faenamiento del cantón Pangua reveló que poseía un
nivel de pH de 6,8, turbiedad 281 NTU y 1035 µSiems/cm en conductividad
eléctrica. Posteriormente aplicados los tratamientos de coagulación-floculación la
calidad de las muestras del agua tratada varío sus valores por cada parámetro.
En todos los tratamientos aplicados al agua residual ocurrió un aumento del
pH, con un mínimo de 7,4 a un máximo de 8,55, siendo frecuente valores en un
intervalo de 7,4 a 7,5. Entre los cuatro tipos de reactivos aplicados los
tratamientos que contenían Sulfato de Aluminio y Policloruro de Aluminio
obtuvieron los valores más altos en pH, sin embargo, el test Kruskal-Wallis reveló
que los doce tratamientos aplicados a diferentes concentraciones y volúmenes
son significativamente iguales.
En todos los tratamientos los valores de turbiedad disminuyeron siendo el valor
mínimo 25,45 NTU y el máximo 212,5 NTU, sin predominancia de un intervalo de
valores entre los tratamientos. Comparando las medias a la muestra inicial, se
estimó que la eficacia media de remoción mínima fue del 24% y la máxima del
91%.
Entre los cuatro tipos de reactivos, los tratamientos que contenían Policloruro
de Aluminio y Sulfato de Aluminio se estima poseen la mayor eficacia de
remoción de turbiedad, lo cual se respalda mediante el test Kruskal-Wallis que
reveló que el tratamiento con Policloruro de Aluminio y Sulfato de Aluminio,
ambos a una concentración de 5% y volumen de 10 ml poseen las medias de
turbidez significativamente menores entre los doce tratamientos.
70
La conductividad eléctrica en la mayoría de tratamientos aumentó hasta un
máximo del 20%, sólo en dos tratamientos disminuyó. El valor mínimo fue 1008
µSiems/cm y el máximo 1232,5 µSiems/cm, siendo frecuente valores en un
intervalo de 1040 a 1070 µSiems/cm. Entre los cuatro tipos de reactivos, los
tratamientos que contenían Policloruro de Aluminio y Cloruro de Zinc presentaron
los menores valores de conductividad eléctrica, lo cual se respalda mediante el
test Kruskal-Wallis que reveló que el tratamiento con Policloruro de Aluminio y
Cloruro de Zinc, ambos a una concentración de 2% y volumen de 20 ml poseen
las medias de conductividad significativamente menores entre los doce
tratamientos.
La caracterización inicial del agua residual generada en el centro de
faenamiento municipal del cantón Pangua reveló que nueve parámetros de
catorce analizados sobrepasaban el límite máximo permisible para la descarga de
efluentes a cuerpos de agua dulce, luego de aplicar el tratamiento de mayor
efectividad, sólo dos parámetros sobrepasaron el límite, lo cuales fueron DQO y
DBO.
Por otra parte, los resultados de la eficiencia de remoción del tratamiento con
Policloruro de Aluminio (5% y 10 ml) indicaron que la eficiencia de remoción fue
menor en los parámetros sólidos disueltos y sólidos sedimentables reduciendo los
contaminantes en un 17,6% y 50% respectivamente. Los altos valores tanto de
DQO, DBO y de sólidos se deben a la abundante cantidad de restos orgánicos
que contienen este tipo de agua residual.
La DBO de las aguas residuales del centro de faenamiento antes de la
aplicación del tratamiento más eficaz fue de 582 mg/L y una vez aplicado el
tratamiento disminuyó a 88 mg/L. Según Nihon Kasetsu (2017) un DBO entre 500
71
y 3000 mg/L indica un agua muy contaminada, y de 20 a 100 mg/L indica agua
poca contaminada. Por lo tanto, se redujo la contaminación del agua con el
tratamiento.
La relación DQO/DBO de las aguas residuales del centro de faenamiento antes
de la aplicación del tratamiento más eficaz fue de 1,96 y una vez aplicado el
tratamiento aumentó a 2,16. Según Valenzuela y Navarrete (2015) la relación
DQO/DBO muestra que tan biodegradable es el agua residual y normalmente
esta relación oscila entre 1,8 y 2,2. Quiere decir que la relación de las aguas
residuales orgánicas del centro de faenamiento se encuentran en lo normal.
En la presente investigación la remoción de DQO y DBO en las aguas
residuales orgánicas del faenamiento alcanzó valores de 83 y 84%
respectivamente, mediante la aplicación de Policloruro de Aluminio (PAL) a una
concentración de 5% y volumen 10 ml. Autores como Revelo et al. (2015)
emplearon una dosis mayor de PAL (15%) en aguas residuales de la industria
textil, obteniendo una remoción similar del 85% en DQO. Ramírez-Hernández y
Dearmas-Duarte (2015) aplicaron SAL y PAL en efluentes de lagunas
estabilización obteniendo valores de remoción similares a las de este estudio en
DQO con 84,71% y 81,91% respectivamente, y valores inferiores a las de estudio
en DBO con 69,95 y 64,27% respectivamente.
En los estudios citados sobre aguas tratadas con PAL, los parámetros DQO y
DBO no cumplieron con el límite establecido en la normativa al igual que ocurrió
en este estudio. Además, la relación DQO/DBO se encontraba dentro de 1,8 a
2,5, lo cual según Tecnal (2014) afirma que estas aguas contienen una fracción
biodegradable elevada y es indicado el uso de un tratamiento biológico por
72
poseer una relación DQO/DBO inferior a 2,5. Según Ruiz (2018) las aguas
estabilizadas biológicamente tienen una relación DBO/DQO igual a 0,12.
Los tratamientos en base a Policloruro de Aluminio (PAL) y Sulfato de Aluminio
(SAL) obtuvieron los valores menores de turbiedad en un intervalo de 25 a 30
NTU alcanzando porcentajes de remoción entre 89 a 91%. Estos porcentajes son
similares a los obtenidos por autores que aplicaron los mismos reactivos
coagulantes en aguas de tipo orgánica. Caldera et al. (2017) aplicaron Policloruro
de Aluminio a dosis máxima de 280 mg/L en aguas residuales avícolas,
obteniendo valores de remoción entre 84 a 95% de turbiedad.
Ramírez y Dearmas (2015) aplicaron PAL y SAL en efluentes de lagunas
estabilización y afirman que el policloruro de aluminio disminuye hasta el 92% de
turbiedad mientras que el sulfato de aluminio hasta más del 80%, siendo el más
efectivo PAC a una dosis de 55 mg/L. Mientras Revelo et al. (2015) empleó PAL a
una concentración de 15% en aguas residuales de industria textilera oteniendo
una remoción de turbiedad de hasta el 58%; esto indicaría que en el caso de
aguas residuales de textil un coagulante químico tiene menor efectividad.
En base a los resultados obtenidos se concuerda con Torra et al. (1998)
quienes afirman que el PAC comparado al SAL alcanza una menor turbiedad,
DQO y DBO en aguas residuales, y además reduce de manera análoga la materia
orgánica y con frecuencia el color; esto ocurre porque permite una mejor
separación de partículas ocurriendo una floculación óptima.
En base los resultados obtenidos se planteó un tratamiento preeliminar basado
en la aplicación de un canal de desbaste, un tratamiento biológico primario y
secundario físico-químico de coagulación-floculación, finalmente un tratamiento
terciario de purificación mediante una torre filtro con carbón activado.
73
Autores como Chaux et al. (2009), Ortiz (2008), Gutiérrez y Pérez (2007)
afirman que la aplicación de un tanque sedimentador como tratamiento primario
de aguas residuales orgánicas pueden reducir la concentración de DQO en
alrededor de un 60% y el tratamiento biológico para aguas residuales por
oxidación química reduce el nivel de contaminación de las aguas residuales,
siendo viable bajo una eliminación previa de grasas y rumen, colectándolos por
separado mediante un estricto tratamiento preliminar.
74
6. Conclusiones
A partir de la línea base las características del agua se determinó que las
aguas residuales del centro de faenamiento del cantón Pangua representan una
contaminación elevada debido a que nueve parámetros de calidad sobrepasaron
el límite máximo permisible establecidos para descarga de efluentes a cuerpos de
agua dulce, que se encuentran dentro de la Norma de calidad de agua del
TULSMA, dónde DQO, DBO y coliformes totales presentaron los valores más
elevados por encima del límite.
El proceso productivo primario de faenamiento efectuado en el centro del
cantón Pangua se ejecuta conforme a buenas prácticas de producción que
garantizan un producto inocuo y de calidad. No obstante, se detectó mediante
análisis en laboratorio que este proceso genera aguas residuales de alta carga
orgánica, con un elevado DQO, DBO y sólidos. Estas aguas al no ser tratadas
adecuadamente se convierten en un efluente contaminante del cuerpo de agua
más cercano, por lo cual es necesaria la implementación de un sistema de
tratamiento de aguas residuales.
El tratamiento físico-químico de coagulación-floculación es eficiente en la
mayoría de parámetros, especialmente en turbiedad, aumentando la calidad del
agua residual del centro de faenamiento. Se comprobó que el Policloruro de
Aluminio es el reactivo coagulante más efectivo en estas aguas y que a una
mayor concentración y volumen medio aumenta la remoción de contaminantes.
Sin embargo, la depuración de las aguas residuales mediante un proceso físico-
químico no resulta efectiva para la disminución de parámetros como DQO, DBO y
sólidos (suspendidos, sedimentables y totales) dentro de los límites permisibles.
75
La implementación de un tratamiento biológico previo reduce las cargas
orgánicas.
El diseño de la planta de tratamiento de aguas residuales propuesto que se
basa en un pre-tratamiento de desbaste, tratamiento primario biológico por lodos
activados con aireación prolongada, secundario físico-químico por coagulación-
floculación y terciario por empleo de filtro con carbón activado reduciría
efectivamente las cargas contaminantes de las aguas residuales del centro de
faenamiento superando un 80% de remoción por parámetro, alcanzando los
niveles permisibles establecidos por la norma de calidad de agua de aguas para
la descarga de efluentes a cuerpos de agua dulce.
Conforme a lo planteado como hipótesis se determina que el Policloruro de
Aluminio a una concentración del 5% y volumen de 10 ml, resulta el tratamiento
más adecuado como proceso secundario físico-químico para el diseño de la
planta de tratamiento de aguas residuales para el centro de faenamiento del
cantón Pangua, sumado a los demás tratamientos propuestos, el agua residual
tratada cumple con los límites máximos permisibles por la Norma de Calidad
Ambiental y de descarga de efluentes: recurso agua.
76
7. Recomendaciones
Se recomienda al GAD municipal implementar el diseño de la planta de
tratamiento propuesta en este estudio lo cual mejorará las condiciones del
efluente del centro de faenamiento, contribuyendo a un sistema de producción
más limpio y amigable con el ambiente. Además, se recomienda a los
trabajadores el uso permanente de mascarillas durante el proceso de
faenamiento.
Evaluar bajo un diseño factorial el efecto de los reactivos coagulantes
Policloruro de Aluminio y Sulfato de Aluminio a diferentes dosis y concentraciones
en otros tipos de aguas residuales, lo cual dará mayor validez estadística a estos
reactivos como los más efectivos como tratamiento físico-químico.
Se recomienda a los operarios de la planta de tratamiento de aguas residuales
la implementación de tubos en U como trampas de grasa y la limpieza constante
del canal de desbaste para evitar la acumulación de residuos sólidos orgánicos
que generen malos olores y afecten a la estructura de tratamiento.
77
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86
9. Anexos
Anexo 1. Tablas y figuras relacionadas a marco teórico
Tabla 11. Tabla de descripción de aguas residuales de camal Color Descripción
Café claro
El agua lleva 6 horas después de la descarga.
Gris claro Aguas que han sufrido algún grado de descomposición o que han permanecido un tiempo corto en los sistemas de recolección
Gris oscuro o negro
Aguas sépticas que han sufrido una fuerte descomposición bacteria bajo condiciones anaeróbicas
Fuente: Lara, 2011. Tabla elaborada por el Autor, 2021 Tabla 12. Relaciones entre DBO, DQO, COT
Tipo de agua residual DBO/DQO DBO/COT
No tratada. 03-0.8 1.2-2.0
Después de sedimentación primaria. 0.4-0.6 0.8-1.2
Efluente final. 0.1-0.3 0.2-0.5
Fuente: Lara, 2011. Tabla elaborada por el Autor, 2021
87
Anexo 2. Tablas y figuras relacionadas a metodología
Figura 9. Ubicación satelital del Centro de Faenamiento Municipal del cantón Pangua. Autor, 2021
88
Figura 10. Entrevista al encargado de faenamiento - Parte 1 de 2 Autor, 2021
89
Figura 11. Entrevista al encargado de faenamiento - Parte 2 de 2 Autor, 2021
90
Figura 12. Carta de autorización de información firmada por el encargado del centro de faenamiento del cantón Pagua Autor, 2021
91
Anexo 3. Tablas y figuras evidencia del proceso de tesis
Figura 13. Caracterización del agua residual cruda del centro de faenamiento municipal del cantón Pangua Fuente: SAQMIC, 2021. Servicio solicitado por el Autor: Lucina, 2021
92
Figura 14. Caracterización del agua residual tratada del centro de faenamiento municipal del cantón Pangua Fuente: SAQMIC, 2021. Servicio solicitado por el Autor, 2021
93
Figura 15. Recipiente de muestreo de aguas residuales del centro Autor, 2021
Figura 16. Homogenización de muestras en conos Hinhoff Autor, 2021
Figura 17. Reactivos empleados Autor, 2021
Figura 18. Pesaje de reactivos Autor, 2021
Figura 19. Test de jarra para velocidad de reacción Autor, 2021
Figura 20. Medición de pH Autor, 2021
94
Figura 21. Pruebas de supuestos para la variable pH Fuente: Infostat, 2021. Análisis realizado por el Autor, 2021
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Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil
Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil
-0,32 -0,16 0,00 0,16 0,32
Cuantiles de una Normal(-2,313E-018,0,027174)
-0,32
-0,16
0,00
0,16
0,32
Cu
an
tile
s o
bse
rva
do
s(R
DU
O p
H)
n= 24 r= 0,977 (RDUO pH)
ZnCl2 (2% - 20ml)
SAL (5% - 5ml)
SAL (5% - 10ml)
SAL (2% - 20ml)
SAL (1% - 10ml)
PAC (5% - 5ml)
PAC (5% - 10ml)
PAC (2% - 20ml)
PAC (1% - 10ml)
6,000
0E-13
5,00
00E-
13
4,00
00E-
13
3,00
00E-
13
2,00
00E-13
1,000
0E-13
0,00
00E+
00
Valor p 0,972
Prueba de Bartlett
Tra
tam
ien
tos
Intervalos de confianza de Bonferroni de 95% para Desv.Est.
Prueba de igualdad de varianzas: ABS vs. Tratamientos
95
Figura 22. Prueba de supuestos para la variable turbiedad Fuente: Infostat, 2021. Análisis realizado por el Autor, 2021
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-26,50 -13,25 0,00 13,25 26,50
Cuantiles de una Normal(1,9244E-015,86,655)
-26,50
-13,25
0,00
13,25
26,50
Cu
an
tile
s o
bse
rva
do
s(R
DU
O T
urb
ied
ad
)
n= 24 r= 0,925 (RDUO Turbiedad)
96
Figura 23. Prueba de supuestos para la variable conductividad Fuente: Infostat, 2021. Análisis realizado por el Autor, 2021
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Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil
Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil Versión Estudiantil
-21,00 -10,50 0,00 10,50 21,00
Cuantiles de una Normal(4,4409E-015,74,348)
-21,00
-10,50
0,00
10,50
21,00
Cu
an
tile
s o
bse
rva
do
s(R
DU
O C
on
du
ctivid
ad
)
n= 24 r= 0,974 (RDUO Conductividad)
ZnCl2 (2% - 20ml)
SAL (5% - 5ml)
SAL (2% - 20ml)
SAL (1% - 10ml)
PAC (5% - 5ml)
PAC (5% - 10ml)
PAC (2% - 20ml)
PAC (1% - 10ml)
FeCl3 (2% - 20ml)
FeCl3 (1% - 10ml)
2,0000E-101,5000E-101,0000E-105,0000E-110,0000E+00
Valor p 0,996
Prueba de Bartlett
Tra
tam
ien
tos
Intervalos de confianza de Bonferroni de 95% para Desv.Est.
Prueba de igualdad de varianzas: ABS vs. Tratamientos
97
Figura 24. Resultados del análisis estadístico mediante Minitab e Infostat Autor, 2021
Figura 25. Resultado del tratamiento más efectivo Autor, 2021
Figura 26. Diseño de planta de tratamiento de aguas residuales para el centro de faenamiento del cantón Pangua Diagrama elaborado en AutoCAD por el Autor, 2021
Anexo 4. Explicación extendida del diseño propuesta sobre la planta de
tratamiento de aguas residuales para el centro de faenamiento del cantón
Pangua.
A-4.1 Cálculo del caudal medio
Conforme a la metodología de Montenegro (2016) y asesoramiento técnico se
calculó el caudal medio para el sistema de tratamiento de aguas:
𝑄𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = (𝑁𝑅)𝑥(𝐶𝐴)
Dónde:
Qmedio= Caudal medio de diseño
NR= Número de cabezas de ganado faenados por día
CA= consumo de agua por cabeza de ganado
𝑄𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = (10𝐶𝐷𝐺
𝑑í𝑎) 𝑥(3,2 𝑚3/𝐶𝐷𝐺)
𝑄𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 32 𝑚3/𝑑í𝑎
Considerando la operación de la planta durante un funcionamiento de ocho
horas diarias, el caudal medio se convierte a la unidad de metros cúbicos sobre
segundos.
𝑄𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = (32𝑚3
𝑑í𝑎) 𝑥 (
1 𝑑í𝑎
8 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠) 𝑥 (
1 ℎ𝑜𝑟𝑎
3600 𝑠𝑒𝑔) = 0,001736 𝑚3/seg
Aplicando un factor de seguridad de 1,2 el caudal medio es 0,002083 m3/seg.
100
A-4.2 Cálculos respectivos por tratamiento
A-4.2.1 Tratamiento preliminar o pre tratamiento
Para el centro de faenamiento del cantón Pangua se propone como pre
tratamiento la implementación de un canal de desbaste con rejillas de limpieza
manual (ver Figura 27). El desbaste, es una operación unitaria física que remueve
sólidos gruesos y objetos que puedan impedir el adecuado funcionamiento del
sistema, al obstruir bombas, equipos o redes de drenaje (Montenegro, 2016).
Figura 27. Canal de desbaste con rejillas de limpieza manual CONAGUA, 2012
Rejas y rejillas de limpieza manual: Poseen inclinaciones de 45 a 60° grados
con respecto a la horizontal para facilitar la extracción de residuos, y una
separación de barras de 1 a 2 cm para rejillas y de 2 a 5 para rejas. Dichas rejillas
deben poseer una distancia óptima entre sí requerida por el sólido a retener, por
ello los criterios técnicos para el cálculo de rejillas los indica CONAGUA (2012)
(ver Tabla 13).
101
Tabla 13. Tamaño de la abertura de las rejas y rejillas
Concepto Rango Comentarios
Aperturas de rejas retenedoras de basura
30 - 150 mm Se usa frecuentemente en combinación con otros sistemas, el tamaño de las aperturas depende del equipo
Apertura de rejillas manuales 25 - 50 mm Se usan en plantas pequeñas o en canales bypass Velocidad de aproximación 0.30 - 0.60 mm
Rejillas de limpieza mecánica 6 - 38 mm La apertura de 18 mm se considera satisfactoria para la protección de los equipos de los procesos siguientes
Velocidad de aproximación máxima
0.60 - 1.20 m/s
Velocidad de aproximación mínima
0.30 - 0.60 m/s Velocidad necesaria para evitar la acumulación de arenas
Rejillas continuas 6 -38 mm
Este tipo de rejilla es conviniente con apertura de 6 a 18 mm
Velocidad de aproximación máxima
0.30 - 1.28 m/s
Velociadad de aproximación mínima
0.30 - 0.60 m/s
Pérdiad de carga admisible 0.15 - 0.60m
Triturador (reducción de tamaño solamente)
6 - 13 mm Apertura de una función de la capacidad hidráulica de la unidad
Molino (reducción de tamaño solamente)
6 - 13 mm En canal abierto
Pérdidas típicas 300 - 450 mm
Tamiz fijo estático (rejilla fina) 2.3 a 6.4 mm Aperturas menores a 2.3 mm son usadas en pretratamiento o tratamiento primerio
Tamiz ajustable 0.02 a 0.3mm Poco utilizado en plantas municipales, solo en el efluente secundario
CONAGUA, 2012
Cálculo del espacio entre rejillas: Conforme a la metodología de Montenegro
(2016) y asesoramiento técnico se calcularon las dimensiones de las rejillas (ver
Figuras 28 y 29) en base a los siguientes criterios:
• Espacio entre barras (b)= 1,5 cm
• Espesor de barra (w)= 1 cm
• Velocidad mínima entre barras (v)= 0,6 m/s
• Ancho del canal (Wc)= 0,5 m
• Inclinación con la horizontal= α: 45°
102
Figura 28. Cálculo del espacio entre rejillas – Parte 1 de 2 Cálculos realizados por Leonidas, 2021
103
Figura 29. Cálculo del espacio entre rejillas – Parte 2 de 2 Cálculos realizados por Leonidas, 2021
104
A-4.2.2 Tratamiento primario
. El tratamiento de lodos activos combina la acción de bacterias aeróbicas que
degradan la materia orgánica mediante un cultivo en el reactor conocido como
“licor mezcla” homogeneizado a través de un sistema de aireación. Las
condiciones aerobias en el reactor se consiguen mediante el empleo de
aireadores mecánicos (turbinas o eyectores) o aireadores por difusión (Martínez-
González, 2016). La base del diseño del sistema de lodos activos bajo aireación
prolongada se observa en la Figura 30.
Figura 30. Funcionamiento del sistema biológico de tratamiento de lodos activos bajo aireación prolongada y alimentación continua Arcasa, 2018
Aireación prolongada: Este proceso opera con altas edades del fango o
lodos, por ende, contiene cargas másicas bajas y altos tiempos de retención
hidráulica, lo cual se debe a la estabilización como consecuencia del alto tiempo
de permanencia. Normalmente no requiere de decantación primaria. Los fangos
solo requieren de deshidratación antes de su disposición final, parte serán
recirculados al reactor (Martínez-González, 2016). El diseño del sistema de lodos
activos bajo aireación prolongada se realizó conforme a los parámetros
establecidos
105
Cálculo del diseño del reactor biológico: Conforme a la metodología de
Montenegro (2016) y asesoramiento técnico se calcularon las dimensiones del
reactor biológico (ver Figura 31 y 32) en base a los siguientes criterios:
• Caudal máximo diario: Q max. (Qmedio x coeficiente punta) = 60 m3/día
• Tiempo de retención celular: tc= 6 días
• Concentración de DBO5 en el afluente y efluente
• Mg SSV/mg DBO5: Y= 0,6
• Coeficiente de degradación endógena: Kd= 0,06 días-l
• Concentración de sólidos suspendidos volátiles: X= 550 mg/l.
106
Figura 31. Cálculos respectivos al reactor biológico – Parte 1 de 2 Cálculos realizados por Leonidas, 2021
107
Figura 32. Cálculos respectivos al reactor biológico – Parte 2 de 2 Cálculos realizados por Leonidas, 2021
108
A-4.2.3 Tratamiento secundario
El tanque tiene forma rectangular, cuenta con un compartimiento inferior para
facilidad de remoción de sedimentos por medio de un sistema de bombeo. Los
lodos son bombeados por ductos hacia una fosa fuera del sistema la cual
contiene un 80% de agua y un 20% de sedimentos (lodo) y otra parte de los lodos
son recirculados (Keller, 2004).
Tras un tiempo de retención el reactor, el licor mezcla o los lodos pasan al
decantador aquí se produce la separación sólido-líquido mediante dosificación de
tratamiento físico químico de coagulación-floculación (propuesto en este estudio
como Policloruro de Aluminio al 5% y 10 ml).
La coagulación es un proceso en el cual se añaden compuestos químicos al
agua lo que permite desestabilizar las partículas suspendidas en el agua
contaminada y con ello promover a la formación de flóculos para su remoción.
Para lograr una coagulación óptima se utiliza una agitación rápida, la cual se
obtiene por ayuda de agitadores mecánicos que por lo general se mueven a 150
rpm (Carcamo, 2019). Los flóculos formados por ser más densos que el agua, se
sedimentan por gravedad y se depositan en la parte inferior del decantador
(Empresa Andalulza GEDAR, 2014).
Cálculo del diseño del tanque de sedimentación: Conforme a la
metodología de Montenegro (2016) y asesoramiento técnico se calcularon las
dimensiones del reactor biológico (ver Figura 33).
109
Figura 33.Cálculos respectivos del tanque sedimentador Cálculos realizados por Leonidas, 2021
110
A-4.2.4 Tratamiento terciario
Finalmente, como último tratamiento se propone el agua se bombea hacía un
sistema torre de tratamiento que contenga un sistema de filtrado conformado por
diferentes capas carbón activado (ver figura 34). El agua filtrada y purificada
podrá ser descargada al sistema de alcantarillado o directamente al río más
cercano.
Figura 34. Esquema del filtro de carbón activado propuesto Elaborado en AutoCAD por Autor, 2021
