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• Raúl Esplana

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ESTUDIO DE CARACTERIZACION DE AGUAS RESIDUALES

“MEJORAMIENTO Y AMPLIACION DE LOS SERVICIOS DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO CON PTAR EN LA LOCALIDAD DE ANCO, DISTRITO DE ANCO – CHURCAMPA – HUANCAVELICA”

01. INTRODUCCIÓN 1.1. ANTECEDENTES

El Proyecto “MEJORAMIENTO Y AMPLIACION DE LOS SERVICIOS DE AGUA POTABLE Y ALCANTARILLADO CON PTAR EN LA LOCALIDAD DE ANCO, DISTRITO DE ANCO - CHURCAMPA - HUANCAVELICA” tiene como objetivo brindar mejor calidad de vida a todos los beneficiarios del proyecto. En coordinación con los evaluadores del proyecto del CAC Huancavelica – Programa Nacional de Saneamiento Urbano se definieron la necesidad de realizar el ESTUDIO DE CARACTERIZACION DE LAS AGUAS RESIDUALES DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE LA CAPITAL DEL DISTRITO DE ANCO. La capital del Distrito de Anco cuenta con un sistema de alcantarillado sanitario construido para abastecer a toda la población. 1.2. OBJETIVOS 1.2.1. Objetivo General

Realizar el estudio de caracterización de las aguas residuales de la capital del distrito de Anco. 1.2.2. Objetivos Específicos

1) Analizar el comportamiento de los parámetros determinados en los laboratorios. 2) Realizar los cálculos de comportamiento y tendencia de cada parámetro con gráficos de variaciones en función del tiempo. 3) Determinar los percápitas de aportes diarios de DBO, DQO, Fosforo y

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Nitrógeno. 1.3. METODOLOGÍA

En función a los resultados de laboratorio de parámetros analizados en muestras tomadas en los puntos de monitoreo de la red de alcantarillado se analizaran estadísticamente la variación de las concentraciones de materia orgánica y bacteriológica. También se analizará la variación horaria y diaria de parámetros ensayados con muestras tomadas cada dos horas en el afluente de la PTAR. En los dos casos de estudio se determinaran los valores percápita de los parámetros DBO, DQO, N y P. Con los datos de la DBO en el Afluente y Efluente de la PTAR se determinará la eficiencia de tratamiento. 02. GENERALIDADES 2.1. UBICACIÓN

A. UBICACIÓN POLITICA El distrito de Anco, es jurisdicción de la provincia de Churcampa y la Región Huancavelica, como tal la sede distrital (Anco) localizada aproximadamente a 58.2 km de la capital de Huancavelica.  Región

: Huancavelica

 Provincia

: Churcampa

 Distrito

: Anco

 Comunidades : Anco y Nueva Esperanza

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Mapa N° 01: Ubicación Departamental

MAPA N°02: Ubicación provincial

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MAPA N°03: Ubicación distrital

MAPA N°03: Ubicación local

CEDRO

PAMPASPATA SOCOS

LA VICTORIA

MANSANAYOCC

TU CU

ANCO

A AS CC

CHAUPIYACO

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MAPA N°03: Área de influencia

2.2. DESCRIPCIÓN DE LA PTAR

En el sistema de Alcantarillado Sanitario en la localidad de Anco las redes alcantarillados a la fecha se encuentran defectuosos por haber cumplido su horizonte de diseño, por lo que requiere un mejoramiento y ampliación, debido al constante crecimiento de la población en estos últimos años y no llega a tener una cobertura del 100%, en cuanto a la disposición final de las aguas residuales cuenta con un tratamiento por lagunas facultativas que a consecuencia del crecimiento poblacional 03. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LAS AGUAS RESIDUALES

Las aguas residuales pueden definirse como las aguas que provienen del sistema de abastecimiento de una población, después de haber sido modificadas por diversos usos en actividades domésticas, industriales y comunitarias, siendo recogidas por la red de alcantarillado que las conducirá hacia un destino apropiado.

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Según su origen, las aguas residuales resultan de la combinación de líquidos y residuos sólidos trasportados por el agua, que provienen de residencias, oficinas, edificios comerciales e instituciones, junto con los residuos de las industrias y de actividades agrícolas como de las aguas subterráneas, superficiales o de precipitación que también pueden agregarse eventualmente al agua residual. De acuerdo con su origen, las aguas residuales pueden ser clasificadas como:  Domésticas: son aquellas aguas utilizadas con fines higiénicos (sanitarios, cocinas, lavanderías, etc.) Consisten básicamente en residuos humanos que llegan a las redes de alcantarillado por medio de las descargas de las instalaciones hidráulicas de la edificación y también en residuos originados en establecimientos comerciales, públicos y similares.  Industriales: son residuos líquidos generados en los procesos industriales. Poseen características específicas, dependiendo del tipo de industria.  Infiltración y caudal adicionales: las aguas de infiltración penetran en el sistema de alcantarillado a través de los empalmes de las tuberías, paredes de las tuberías defec- tuosas, tuberías de inspección y limpieza, cajas de paso, estructuras de los pozos de registro, estaciones de bombeo, etc. Hay también aguas pluviales, que son descargadas por medio de varias fuentes, como canales, drenajes y colectores de aguas lluvias.  Pluviales: son agua lluvia, que descargan grandes cantidades de agua sobre el suelo. Parte de estas aguas es drenada y otra escurre por la superficie, arrastrando arena, tierra, hojas y otros residuos que pueden estar sobre el suelo. La temperatura de las aguas residuales es, en general, un poco superior a la temperatura de las aguas de abastecimiento, debido a la contribución de los residuos domésticos de aguas calientes. Sin embargo, puede presentar valores reales elevados, debido a la contribución de residuos líquidos industriales. Normalmente, la temperatura de las aguas residuales es superior a la del aire, excepto en los días más calientes del verano. En relación con los procesos de tratamiento, su influencia se presenta en las operaciones de naturaleza biológica, pues la velocidad de descomposición de las aguas residuales se incrementa con el aumento de

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la temperatura y, en las operaciones donde ocurre el fenómeno de la sedimentación, el aumento de la temperatura hace que disminuya la viscosidad, mejorando las condiciones de este fenómeno. Las aguas residuales domésticas son por lo general perennes, y su composición es esencialmente orgánica y su flujo relativamente constante cuando hay control domiciliario de agua por medio de medidores. Las aguas residuales industriales pueden ser perennes, pero son función del trabajo de la propia industria, lo que generalmente las vuelve intermitentes y con contribuciones localizadas de grandes volúmenes, al contrario de las aguas residuales domésticas. Las aguas residuales provenientes de la infiltración son en extremo variables, dependiendo principalmente del tipo de suelo y de las condiciones climáticas. Las aguas residuales pluviales son típicamente intermitentes y estacionales, varían de acuerdo con la precipitación atmosférica y con la cultura de la población. Su composición cambia también con la duración de las lluvias. El agua residual fresca es, como su nombre lo indica, la primera fase después que los residuos sólidos son adicionados al agua, produciendo el agua residual. Contiene oxígeno disuelto y permanece fresca durante el tiempo que exista la descomposición aerobia. El agua residual describe el agua en la que el oxígeno disuelto se agotó completamente y se estableció la descomposición anaerobia de los sólidos, con producción de sulfuro de hidrógeno y otros gases.

3.1.

OLOR

Los olores característicos de las aguas residuales son causados por los gases formados en el proceso de descomposición anaerobia, presentan los principales tipos de olores:  Olor a moho: razonablemente soportable; típico de agua residual

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fresca.  Olor a huevo podrido: "insoportable"; típico de agua residual vieja o séptica, que ocurre debido a la formación del sulfuro de hidrógeno que proviene de la descomposición del lodo contenido en los residuos.  Olores variados: de productos descompuestos, como repollo, legumbres, pescado; de materia fecal; de productos rancios; de acuerdo con el predominio de productos sulfurosos, nitrogenados, ácidos orgánicos, etcétera. Cuando ocurren olores diferentes y específicos, esto se debe a la presencia de residuos industriales.

3.2.

APARIENCIA

El agua residual es desagradable en su apariencia y en extremo peligroso, en su contenido, principalmente debido al elevado número de organismos patógenos (virus, bacterias, protozoarios, helmintos) causantes de enfermedades. El residuo fresco tiene tonalidad grisácea, mientras que en el residuo séptico el color cambia gradualmente de gris a negro. El color negro caracteriza también el residuo de descomposición parcial. Las aguas residuales pueden, sin embargo, presentar cualquier otro color, en los casos de contribución de residuos industriales como, por ejemplo, los de la industria textil o de tintas. 3.3.

CARACTERÍSTICAS CUALITATIVAS Y CUANTITATIVAS

La primera medida al comenzar el examen de datos para la elaboración del diseño de un sistema de tratamiento de aguas residuales se relaciona con la

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determinación de la cualidad y cantidad de residuos que serán encaminados a la planta de tratamiento, para que sea posible un dimensionamiento más próximo a la realidad, y no basado apenas en datos obtenidos de la bibliografía. Las características de las aguas residuales domésticas son determinadas a partir de secuencia de procedimientos que incluye mediciones locales de caudal, colección de muestras y análisis e interpretación de los resultados obtenidos. El conjunto de esas actividades se denomina caracterización cualitativa y cuantitativa de las aguas residuales. La composición y la concentración de los componentes de los residuos domésticos dependen en gran medida de las condiciones socioeconómicas de la población, así como de la presencia del vertimiento de efluentes industriales en la red de alcantarillado. En regiones industrializadas, la fracción de residuos industriales presentes en el agua residual doméstica puede ser bastante significativa, alterando por completo las características de los mismos. 3.3.1. CARACTERÍSTICAS CUALITATIVAS

Las aguas residuales domésticas están constituidas en un elevado porcentaje (en peso) por agua, cerca de 99,9%, y apenas 0,1% de sólidos suspendidos, coloidales y disueltos. Sin embargo, esta pequeña fracción de sólidos es la que presenta los mayores problemas en el tratamiento y su disposición. El agua es apenas el medio de trasporte de los sólidos. El Grafico N° 3.1, presenta la composición general de las aguas residuales domésticas. Datos típicos de los constituyentes encontrados en las aguas residuales domésticas se presentan en el Cuadro N° 3.1. Dependiendo de la concentración de estos componentes, el residuo puede clasificarse como fuerte, medio o

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diluido. Tanto los componentes como las concentraciones pueden variar durante el día, en los diferentes días de la semana y con los periodos estacionales. El agua residual doméstica está compuesta de componentes físicos, químicos y biológicos. Es una mezcla de materiales orgánicos e inorgánicos, suspendidos o disueltos en el agua. La mayor parte de la materia orgánica consiste en residuos alimenticios, heces materia vegetal, sales minerales, materiales orgánicos y materiales diversos como jabones y detergentes sintéticos. Las proteínas son el principal componente del organismo animal, pero están presentes también en las plantas. El gas sulfuro de hidrógeno presente en las aguas residuales proviene del azufre suministrado por las proteínas. Los carbohidratos son las primeras sustancias destruidas por las bacterias, con producción de ácidos orgánicos (por esta razón, las aguas residuales viejas presentan mayor acidez). Entre los principales ejemplos, se pueden citar los azúcares, el almidón, la celulosa y la fibra de la madera.

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Grafico N° 3.1. Composición de las aguas residuales domésticas.

Agua Residual Doméstica Agua (99,9%)

Sólidos (0,1%) Orgánicos (30%)

Inorgánicos (30%)

Proteínas (60%)

Detritos, Minerales pesados

Carbohidratos (25%)

Sales

Lípidos (10%)

Metales

Los lípidos (aceites y grasas) incluyen gran número de sustancias, que tienen, generalmente, como principal característica común la insolubilidad en el agua, pero son solubles en ciertos solventes como cloroformo, alcoholes y benceno. Están siempre presentes en las aguas residuales domésticas, debido al uso de mantequilla y aceites vegetales en cocinas. Pueden estar presentes también bajo la forma de aceites minerales derivados de petróleo, debido a contribuciones no permitidas (de estaciones de gasolina, por ejemplo), y son altamente indeseables, pues se adhieren a las tuberías, provocando su obstrucción. Las grasas no son deseables, ya que provocan mal olor, forman espuma, inhiben la vida de los microorganismos (en el caso de tratamiento biológico de los residuos), provocan problemas de mantenimiento, etc.

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El agua residual contiene también pequeñas concentraciones de gases disueltos. Entre ellos, el más importante es el oxígeno proveniente del aire que eventualmente entra en contacto con la superficie del agua residual en movimiento. Además del oxígeno, el agua residual puede contener otros gases, como dióxido de carbono, resultante de la descomposición de materia orgánica; nitrógeno disuelto de la atmósfera; sulfuro de hidrógeno formado por la descomposición de componentes orgánicos; gas amoníaco y ciertas sustancias inorgánicas del azufre. Esos gases, aunque en pequeñas cantidades, se relacionan con la descomposición y el tratamiento de los componentes degradables del agua residual. Las propiedades físicas y los componentes químicos y biológicos e los residuos y sus fuentes, a su vez, se presentan en el cuadro N° 3, y los efectos generados por los principales contaminantes presentes en las aguas residuales pueden observarse en el cuadro N° 3.3.

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Cuadro N° 3.2. Características físicas, químicas y biológicas de las aguas residuales y sus fuentes. CARACTERÍSTICAS PROPIEDADES FÍSICAS

FUENTES

descomposición natural de material orgánico Aguas residuales descompuestas, residuos industriales Sistemas domésticos de abastecimiento de agua, residuos domésticos e industriales, erosión del suelo infiltración y conexiones incontroladas Aguas residuales domésticas e industriales CONSTITUYENTES QUÍMICOS ORGÁNICOS Aceites y grasas

Contaminantes importantes Compuestos orgánicos volátiles

Aguas residuales domésticas, comerciales e industriales Aguas residuales domésticas, comerciales e industriales Residuos agrícolas Vertidos industriales Aguas residuales domésticas, comerciales e industriales Aguas residuales domésticas, comerciales e industriales Aguas residuales domésticas, comerciales e industriales Aguas residuales domésticas, comerciales e industriales Descomposición natural de materiales orgánicos

CONSTITUYENTES QUÍMICOS INORGÁNICOS

Metales pesados

Aguas residuales domesticas, sistemas domésticos de abastecimiento de agua, infiltración de agua subterránea Aguas residuales domesticas, sistemas domésticos de abastecimiento de agua, infiltración de agua subterránea Vertidos industriales Aguas residuales domesticas y agrícolas Aguas residuales domésticas, comerciales e industriales Aguas residuales domésticas, comerciales e industriales; escurrimiento superficial Sistemas domésticos de abastecimiento de agua, aguas residuales domésticas, comerciales e industriales

GASES Sulfuro de hidrógeno (H2O)

Descomposición de aguas residuales domésticas Descomposición de aguas residuales domésticas

Oxigeno (O2) infiltración de aguas de superficie CONSTITUYENTES BIOLÓGICOS Cursos de agua y plantas de tratamiento de agua Cursos de agua y plantas de tratamiento de agua Protistos:

Archaebacteria Virus Fuente: Metcalf y Eddy (1991).

Aguas residuales domésticas, infiltración de aguas de Superficie, plantas de tratamiento Aguas residuales domésticos, infiltración de aguas de superficie, planta de tratamiento Aguas residuales domésticas

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Cuadro N° 3.3. Efectos causados por los contaminantes presentes en aguas residuales CONTAMINANTES

PARÁMETRO DE

TIPO DE

Sólidos Suspendidos

Sólidos suspendidos Totales

Industriales

Sólidos flotantes

Aceites y grasas

Domésticos

Materia orgánica Biodegradable

DBO

Patógenos

Coliformes

Domésticos

Fósforo

Industriales

Nutrientes

Compuestos no

Pesticidas Otros

industriales

Industriales Agrícolas

Metales pesados

Elementos específicos (As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn, etc.)

Industriales

Sólidos Inorgánicos disueltos

Sólidos disueltos totales Conductividad eléctrica

Reutilizados

Fuente: adaptado de Barros e. al.(1995) y Von Sperling (1995)

CONSECUENCIAS Problemas estéticos Deposito de lodo Absorción de contaminantes Protección de patógenos Problemas estéticos Industriales Consumo de oxígeno Mortalidad de peces condiciones sépticas Enfermedades transmitidas por el agua Crecimiento excesivo de algas (Eutrofización del cuerpo receptor) Toxicidad para los peces (amonio) Enfermedades de recién nacidos (nitratos) Contaminación del agua subterránea Toxicidad (varios) Espumas(detergentes) Reducción de la transferencia de oxigeno (detergentes) No biodegradabilidad Malos olores(Ej.: fenoles) Toxicidad al tratamiento biológico de las aguas residuales Problemas con la disposición del lodo en la agricultura agua subterránea Salinidad excesiva: perjuicio a las plantaciones (irrigación) (algunos iones) Problemas de permeabilidad del suelo (sodio)

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3.3.2. CARACTERÍSTICAS CUANTITATIVAS

La contribución de las aguas residuales domésticas depende fundamentalmente del sistema de suministro de agua. El agua usada en las viviendas es encaminada posteriormente a las instalaciones prediales, dirigiéndose luego a las redes de alcantarillado. Hay, en consecuencia, una nítida correlación entre el consumo per cápita de agua y la contribución a la red de alcantarillado. Experiencias indican que la DBO5 del agua residual de ciudades asciende a 360 mg/L, para el consumo de agua de 150 L/hab-d, valor usual en las ciudades Europeas. Lo anterior genera una carga percápita de 54 g/hab-d. En el cuadro N° 3.4, se advierten algunos valores de contribución percápita para la DBO5 y en el cuadro N° 3.5 valores para otros parámetros.

Cuadro N° 3.4. Valores percápita DBO5 DBO5 NB-03 688 (Bolivia) BM (Banco Mundial) Metcalf & Eddy, 1995 Cochabamba Alemania Países Europeos

g DBO/hab-d 54 40 a 50 65 - 120 50 a 55 60 45

Fuente: Titirico, 2008

Cuadro N° 3.5. Valores percápita de otros parámetros PARÁMETRO DQO DBO Nitrógeno Total Kjeldahl NH3 como N Fósforo SST

g /hab-d 110 - 295* 50 - 120* 9 - 21,5* 5 - 12* 1-2 60 – 150*

Fuente: Metcalf & Eddy, 1995 * Aportes de contaminación por habitante (en base seca), Crites & Tchobanoglous, 2001

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3.4.

CONCENTRACIÓN DEL AGUA RESIDUAL

Cuanta más alta sea la cantidad de materia orgánica contenida en un determinado residuo, mayor será su concentración y, en consecuencia, más fuerte será el agua residual. Debido a la gran variedad de sustancias orgánicas presentes en la mayoría de las aguas residuales (como, por ejemplo, aguas residuales domésticas), es totalmente impracticable determinarlas en forma individual. Por esta razón, se utiliza el concepto de materia orgánica, que es indicativo de la cantidad de todas las sustancias orgánicas presentes en un agua residual. Para cuantificar la masa de materia orgánica, en la ingeniería sanitaria se utilizan ampliamente las pruebas de DBO (demanda bioquímica de oxígeno) y de DQO (demanda química de oxígeno). 04. MONITOREO 4.1.

PUNTOS DE MUESTREO

- En red de alcantarillado 4.2.

TOMA DE MUESTRAS

a) Muestra simple. Es aquella que es tomada en un tiempo y lugar determinado, para su análisis i ndividual. Cuando existan varios puntos de vertido, se entenderá por muestra simple la integrada por cantidades proporcionales al caudal de cada punto. D eberá recogerse durante la jornada de trabajo de la Unidad. Esta muestra repre senta la composición del agua original para el lugar, tiempo y circunstancias particulares en las que se realizó su captación. Este tipo de muestras será el uti lizado para aguas residuales cuando la autorización de vertido así lo permita o cuando se analicen aguas residuales con contaminación exclusivamente fecal .

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b) Muestra compuesta Este tipo de muestreo será el realizado para todas las muestras residuales a exc epción de aquellas con contenido exclusivamente fecal o cuando la autorizaci ón de vertido así

lo permita, pues la composición del agua varía significativa

mente a lo largo del tiempo. En la mayoría de los casos, el término “mue stra compuesta” se refiere a una combinación de muestras sencillas o p untuales tomadas en el mismo sitio durante diferentes tiempos. La mayo r parte de las muestras compuestas en el tiempo se emplean para observ ar concentraciones promedio. Se recogerán varias muestras simples tomadas a intervalos de tiempo precisados de acuerdo con la frecuencia esperada de l os cambios. Para conformarla, el volumen de cada una de las muestras simple s deberá ser proporcional al caudal de la descarga en el momento de su toma, según la expresión:

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Cuadro N° 4.1. Recomendaciones para la toma de muestras DETERMINACIÓN

ENVASE

Alcalinidad Aceites y grasas DBO5 DQO Cianuro Conductividad Dureza Fosfato

p, v

Metales disueltos

p (A), v(A)

Nitrato Nitrógeno Amoniacal Nitrógeno Kjeldahl

pH Sólidos Sulfato

p, v p, v p,v v, bot. Winkler 300 p, v p, v p, v

Sulfuros

p, v

Temperatura Turbidez P = plástico; V = vidrio

p, v p, v

Oxigeno Disuelto

v p, v p, v p, v p, v p, v v

MUESTRA (ml) 200 1000 1000 100 500 500 100 100

100 500 500

250

100

CONSERVACIÓN

TIEMPO MAX DE

Refrigerar pH