informe final-victor07

UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN DE HUANUCO
INFORME FINAL DE INVESTIGACION
CARACTERIZACION DE LAS AGUAS RESIDUALES
MUNICIPALES DE LA CIUDAD DE HUANUCO
Autores:
Mg. EDELMIRO CUEVA SOLÍS
EAP
Ing. Civil
Mg. VÍCTOR E. CABRERA ABANTO
EAP
Ing. Industrial
M.Sc. FÉLIX H. RIVEROS VILLA
EAP
Ing. Industrial
ING. ANTONIO DOMINGUEZ MAJINO
EAP
Ing. Civil
COLABORADORES:
ING°. CÉSAR ÁLVAREZ ESPANTOSO
SEDA HUANUCO
BIÓL. DAVID ELÍAS RODRIGUEZ VILLAVICENCIO
SEDA HUANUCO
ING. AMB. FERNANDO TAEMOON SON
SEDA HUANUCO
Huánuco, 20 de abril de 2009
Tabla de contenido
RESUMEN: ..................................................................................................................3
INTRODUCCION: ........................................................................................................5
MARCO TEORICO ......................................................................................................8
PROPIEDADES DE LAS AGUAS RESIDUALES .................................................... 10
DEFINICIONES DE LOS PARAMETROS A MEDIR: .............................................. 13
ASPECTOS METODOLOGICOS ............................................................................... 20
DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN................................................................................... 23
ENSAYO PRELIMINAR:......................................................................................... 24
DEL ANALISIS DE LAS AGUAS RESIDUALES ...................................................... 24
RESULTADOS: ......................................................................................................... 26
RESULTADOS DEL CAUDAL ........................................................................................ 27
RESULTADOS DEL INDICADOR DBO5.......................................................................... 28
RESULTADOS DEL INDICADOR DQO. ......................................................................... 31
RESULTADOS DE LA CARGA ORGÁNICA (CO). ............................................................ 32
RESULTADOS DEL FACTOR DE BIODEGRADABILIDAD (K). ............................................. 33
RESULTADOS DE LA CONCENTRACIÓN DE COLIFORMES TOTALES: .............................. 34
RESULTADOS DE LA CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS (S.S) ...................... 35
RESULTADOS DE LA CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS SEDIMENTALES: ............................. 36
RESULTADOS DE LA CONCENTRACIÓN DE ACEITES Y GRASAS: .................................... 36
RESULTADOS DE LA MEDICIÓN DE LA TEMPERATURA (ºC) ............................................ 37
MEDICIÓN DEL PH .................................................................................................... 37
MEDICIÓN DE LA CARGA CONTAMINANTE (L Ó W) ...................................................... 38
V.
DISCUSIÓN........................................................................................................ 39
CONCLUSIONES ...................................................................................................... 43
RECOMENDACIONES .............................................................................................. 45
ANEXOS ...................................................................................................................... 49
2
RESUMEN:
La siguiente tabla muestra los resultados obtenidos de las mediciones directas de
algunos parámetros importantes que caracterizan la composición de las aguas
residuales de la ciudad de Huánuco (Perú). La muestra consistió en nueva (10)
aforos de quince (15) que tiene la ciudad.
Tabla Nº01: Composición de las aguas residuales de la ciudad de Huánuco, Perú 2008.
PARAMETROS
MAGNITUD
UNIDADES
Caudal (Q)
15,0 X106
Litros/día
Demanda Bioquímica de oxigeno (DBO5)
318,1
mg/L
Demanda Química de Oxigeno (DQO)
533,7
mg/l
Aceites y Grasas
2,1
mg/l
Sólidos Suspendidos (SS)
944,0
mg/l
Sólidos sedimentados
6,7
mg/l
Ph
5,2
Sin unidades
Temperatura
18,9
ºC
Coliformes Totales
423X106
NMP/100ml
Coliformes termo-tolerantes
31,3X106
NMP/100ml
Factor de biodegradabilidad
1,7
Materia contaminante
DBO5 =
483,98
DQO =
816,57
A&G=
SS=
S- sed =
3,39
Kg/día
1485,50
11, 85
Fuente propia del grupo investigador
3
La descarga total de aguas residuales es superior a los 15000 m 3/día ó 15
millones de litros por día; esta cantidad representa aproximadamente el 50% del
agua potable que la Empresa del Servicio de Abastecimiento de Agua Potable
(SEDA-Huánuco) vierte a las redes domiciliarias, por tanto de acuerdo el caudal
vertido y a las normas de calidad de las aguas residuales descargadas al río
Huallaga, debemos reducir la contaminación
a los valores presentados en la
siguiente tabla:
Tabla Nº02: Normas de descarga de aguas residuales.
ACEITES Y
DBO
DQO
COLIF. TOT.
SS
pH
GRASAS
MIN
MAX
MIN
MAX
MIN
MAX
MIN
MAX
(103)
MIN
MAX
<3000
<30
<80
<40
<90
<30
<80
<1
<5
5,8
8,6
Fuente: Ing. Amb. Fernando Taemoon Son, KOICA, 2007
El valor del DBO5 =318 mg/L, se ubica en el intervalo media – alta, (220 – 400
mg/Litro); el valor DQO=534 mg/L, también se ubica en el intervalo media – alta
(500–1000 mg/Litro). En ambos caso se tomó como referencia la clasificación de
Melkaff-Eddy (Ver cuadro Nº 05).
El valor medido de SS = 944 mg/litro, normalmente se encuentra en el intervalo de
(220 – 350) mg/Litro, es muy posible que se puedan estar formando lechos que
cubren el fondo e interfiere con la reproducción de la vida acuática y trastorna la
cadena alimenticia, es un factor que contamina fuertemente el cuerpo receptor
(Río Huallaga).
4
Las concentraciones de aceites, grasas, pH, temperatura y Coliformes halladas en
el presente trabajo se encuentran dentro de las normas planteadas en la tabla Nº2
y dentro los promedios que presentan otras ciudades.
Para el tratamiento de estas aguas es necesario que este estudio continúe, por el
momento los valores encontrados sugieren la implementación de una laguna de
oxidación y paralelo a ello es necesario una enseñanza efectiva y real de
educación sobre la conservación del medio ambiente en todos los niveles de la
población.
INTRODUCCION:
La pregunta central que el grupo se planteó fue: ¿Cuáles son las características
físicas-químicas y microbiológicas de las aguas residuales municipales de la
ciudad de Huánuco? De estas interrogantes (obviamente) se derivó en la tarea
central: “Caracterizar las aguas residuales municipales de la ciudad de Huánuco” ,
esta intención implicaba determinar los valores de los parámetros más
importantes de las aguas residuales de la ciudad de Huánuco, estas son:
Características físicas: Caudal(Qp), Temperatura (T), Sólidos suspendidos
totales (SS) y pH.
Características químicas: Demanda bioquímica de oxígeno (DBO5), Demanda
química de oxígeno (DQO), Oxígeno disuelto (OD) y Aceites y grasas (A & G).
Características biológicas: Coliformes totales y Coliformes termotolerantes.
Hipotéticamente esperábamos encontrar los valores de los parámetros dentro de
los rangos mínimos medidos por los investigadores: Dr Gerard Kiely (1999),
Melkaff-Eddy (1991) y otros investigadores. Esta suposición se sustentaba en:
5
 El sistema biológico de los seres humanos son similares en todo el mundo
y que las diferencias se encontraban en:
o El volumen de agua utilizado en: la alimentación, bebida, limpieza en
general, riego de jardines, entre otras actividades y el volumen de
alimentos consumido.
o La población de Huánuco–ciudad es de aproximadamente 330 000,
pero la cifra sobre la población que hacen uso del servicio de
desagüe no conocemos, aún así es una población pequeña.
Nuestro estudio es consecuencia de una necesidad actual y de futuro, la ciudad
de Huánuco no tiene una planta de tratamiento, razón por la cual, las aguas
residuales con otros contaminantes son directamente vertidas al río Huallaga, si
se desea minimizar esta contaminación es urgente diseñar un modelo de planta
de tratamiento económico y eficiente de acuerdo a nuestra realidad, condiciones
económicas y a las características físicas, químicas y microbiológicas de las
aguas residuales, algunos pobladores utilizan las aguas del río Huallaga para
riego de áreas de cultivo de verduras, hortaliza y frutales en las localidades de
Colpa Baja y el Aeropuerto, otros pobladores lo usan como bebedero de ganado
pecuario. Finalmente los productos agropecuarios cosechados extraídos por los
pobladores ofertan al público en el mercado central de la ciudad.
Estas son las necesarias y suficientes razones que nos llevan a caracterizar las
aguas residuales municipales de la ciudad de Huánuco.
La depuración es una necesidad y es una obligación establecida jurídicamente en
normas y nacionales e internacionales, (Ley de aguas, El
Plan Nacional de
6
Saneamiento y Depuración, Protocolo de Kyoto y muchos acuerdos en diversos
protocolos), porque el agua es un recurso que escasea progresiva y
continuamente, la sociedad interfiere en el ciclo hídrico, ocasionando problemas
diversos y complicados.
El beneficio es evidentemente positivo para la población de la ciudad, de aquellas
que se encuentran en aguas abajo en el corredor del valle del río Huallaga, a las
diversas instituciones públicas y privadas de la Región, y en general es un tema
de interés global que compromete a todos los hombres e instituciones de toda
índole. El tratamiento de la aguas residuales además de solucionar problemas de
contaminación, permiten aumentar la disponibilidad del recurso sin necesidad de
seguir explotando las fuentes convencionales para el suministro de agua es, una
de las prácticas que mejor concuerda con los principios de un desarrollo
sostenible. Esperamos que esto sea un aporte para nuevos proyectos de
investigación, orientados a la propuesta de una planta de tratamiento de aguas
residuales.
7
MARCO TEORICO
En la actualidad existe suficiente evidencia de estudios en esta línea de
investigación, diversas ciudades, países y continentes se vienen preocupando y
tomando medidas para solucionar este delicado problema: “La Reducción de la
Contaminación con Aguas Residuales del Medio Ambiente”.
En Latinoamérica la mayor parte de las aguas negras no han recibido tratamiento,
en 1995, se estimó que el porcentaje de latinoamericanos que contaban con
instalaciones para el desecho de aguas residuales incluía 69% de la población
total (80% urbana; 40% rural). Aunque, como promedio, el 80% de la población
urbana de Latinoamérica tiene acceso a servicios de recolección de aguas de
alcantarillado, sin embargo existe una gran variación de estos porcentajes entre
los países.
En 1995, el Banco Mundial estimó que se requeriría una inversión de US$12,000
millones anuales durante 10 años para elevar los estándares de abastecimiento
del agua potable y de las aguas residuales:
US$4,400 millones para la recolección de aguas de alcantarillado,
US$1,200 millones para tratamiento
US$1,200 millones para rehabilitación de las instalaciones existentes, y
El resto para el saneamiento rural.
Estas estimaciones de costos estuvieron basadas en una meta de tratamiento de
aguas residuales para el 60% de la población con sistema de alcantarillado
público, (LAC CDE. 1992).
8
En el Perú, en los últimos 30 años, la ciudad de Lima y Callao ha tenido un
excesivo crecimiento, concentrando actualmente 8 millones de habitantes,
equivalente al 30% de la población nacional, este crecimiento ha rebasado toda
política de planificación de modo que los desechos generados por las diferentes
actividades constituyen una seria problemática de la metrópoli, como es el caso
de las aguas residuales. Lima, genera un promedio de 20 m3/s de aguas
residuales, los cuales son colectados a través de 8 cuencas de drenaje. El 5%
tiene tratamiento, el resto 95% sin tratamiento alguno es dispuesto en las playas
de Lima mediante cinco grandes aforos: Comas, Callao o Centenario, Costanero y
Surco, incluyendo la descarga del colector N° 6, San Juan de Miraflores y
Chosica-Chaclacayo al río Rímac.
Los estudios e investigaciones sobre la vigilancia y control de las actividades
humanas que ocasionan diferentes niveles de impacto en la zona costera indican
que las aguas residuales es la principal causa del deterioro en muchas áreas del
litoral peruano, siguiendo en importancia los contaminantes como metales
pesados que afectan balnearios y centros recreativos y turísticos, (Sánchez et al,
1999).
Actualmente, en el norte, centro y sur del Perú se vienen desarrollándose trabajos
de construcción de plantas de tratamiento de aguas residuales.
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PROPIEDADES DE LAS AGUAS RESIDUALES
Las características principales del agua residual domestica se muestran en el
cuadro Nº 03, citado por Kiely, 1999.
CUADRO 03: PARAMETROS MÁS USADOS EN AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS.
CLASE
Físico
PARÁMETRO
Sólidos totales
Sólidos totales en suspensión
Hidratos de carbono
Proteínas
Lípidos
Grasas y aceites
DBO5, DQO, COT, DTO
Alcalinidad
Químico
Arenas
Metales pesados
Nutrientes N, P.
Cloruros
Azufre
Sulfuro de hidrógeno
Gases
Bacterias
Algas
Microbiológico
Protozoos
Virus
Coliformes
Fuente: Ingeniería Ambiental, 1999, España
Asimismo, el Cuadro 04, muestra la composición típica de las aguas residuales
domésticas, citado por (Kiely, 1999). El cuadro está subrayado para resaltar los
parámetros más importantes y que vamos a medir.
10
VALORES DE LOS PARAMETROS DE LAS AGUAS RESIDUALES DOMÉTICAS
de parámetro
Tipo
CUADRO 04:
Parámetro
Carga total (Kg/h/día)
Total (mg/L)
Sólidos en suspensión
Volátil
- 80%
240
Inerte
-20%
60
Físico
Totales
0,07 Kg/h/d
Sólidos Disueltos
Volátiles
-40%
175
Inerte
-60%
265
Totales
-0,10 Kg/h/d
10-20ºC
Color
Freso-gris, viejo negro
DBO5
-0,006
250
DQO
-0,11
500
N total
Químico
440
Temperatura
COT
160
0,01
40
N orgánico
15
NH3 libre
25
Nitritos
0
Nitratos
0
P total
Microbiológico
300
0,002
9
Orgánico
4
Inorgánico
6
Alcalinidad
100
Grasas/aceites
100
Coliformes totales
(100 – 1000) x106 NMP/L
Coliformes fecales
(10 – 100)x106 NMP/L
Virus totales
(1000–10000) unid. infecc./L
Fuente: Ingeniería Ambiental, 1999, España
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CUADRO 05:
VALORES DE LOS PARAMETROS DE LAS AGUAS RESIDUALES DOMÉTICAS
PRESENTADO POR Metkaff-Eddy (1991)
Fuente: Tratamiento de aguas residuales, Jairo A. Romero Rojas, 2005, Colombia
CUADRO 06:
MAS VALORES DE LOS PARAMETROS DE LAS AGUAS RESIDUALES
DOMÉTICAS PRESENTADO POR F. TAEMOON SON (2007)
PARAMETROS
CONCENTRACION (mg/l)
alta
Media
Baja
DBO5
400
220
110
DQO
1000
500
250
NITROGENO ORGANICO
35
15
8
NITROGENO AMMONIO
50
25
12
FOSFORO TOTAL
85
40
20
MATERIA SOLIDA TOTAL
15
8
4
MATERIA SOLIDA TOTAL
1200
720
350
MATERIA SOLIDA SUSPENDIDA
350
220
100
Fuente: Apuntes proporcionados por el Ing. Amb. Fernando Taemoon Son, KOICA, 2007
La información contenida en las tablas podemos clasificarlas en las siguientes
propiedades:
PROPIEDADES MICROBIOLOGICAS
El componente orgánico de las aguas residuales es un medio del cultivo que
permite el desarrollo de los microorganismos que cierran los ciclos bio-geoquímicos de algunos elementos químicos y que actúan en cinco áreas diferentes:
a)
Descomposición de los compuestos orgánicos contenidos en las aguas
residuales.
b)
Eliminación de determinados compuestos orgánicos que son tóxicos para
los vegetales y microorganismos del suelo.
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c)
Desaparición de microorganismos patógenos.
d)
Participación de los ciclos bio-geo-químicos del nitrógeno, del fósforo y del
azufre.
e)
Reacciones de la materia orgánica transformada y del componente micro
orgánico frente a los constituyentes minerales del suelo.
La presencia de determinados virus (adenovirus, enerovirus, hepatitis A, etc.),
manifiestan una enorme peligrosidad desde el punto de vista sanitario, a pesar de
su baja proporción respecto a bacterias y microorganismos.
DEFINICIONES DE LOS PARAMETROS A MEDIR:
Caudal (Q p )
Es el volumen de agua por unidad de tiempo, para nuestro caso hemos utilizado las
ecuaciones: Qp=A*v y Qp=V/t, Donde: Qp= caudal de agua residuales (m3/s) ó (L/s), A:
Sección transversal del tubo PVC de diámetros entre 8 y 12 pulgadas de diámetro, v=
velocidad del flujo del agua. (m/s), V=volumen, t= es el tiempo que demora en llenar un
determinado volumen de agua residual.
Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO 5 ):
El DBO es la cantidad de Oxigeno necesaria para que las bacterias y otros
microorganismos puedan oxidar (estabilizar) la materia orgánica biodegradable en
condiciones aerobias; es decir expresa la indirectamente la cantidad materia orgánica en
el agua residual en consecuencia es un indicador de la calidad del agua. Este indicador
sirve para diseñar y determinar la eficiencia de unidades de tratamiento. Su aplicación
permite calcular los efectos de las descargas de los efluentes domésticos e industriales
sobre la calidad de las aguas de los cuerpos receptores.
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La prueba de la DBO es un procedimiento experimental, tipo bioensayo y las condiciones
estándar del ensayo incluyen incubación en la oscuridad a 20ºC por un tiempo
determinado, generalmente cinco días. Las condiciones naturales de: temperatura,
población biológica, movimiento del agua, luz solar y la concentración de oxígeno, no
pueden ser reproducidas en el laboratorio, por lo tanto los resultados obtenidos deben
tomar en cuenta los factores anteriores para lograr una adecuada interpretación.
Demanda Bioquímica de Oxígeno Nitrogenácea (DBON)
La descomposición de la materia orgánica, especialmente la hidrólisis de las proteínas,
produce material no carbonáceo como el amoníaco. Este material, nitrógeno amoniacal,
es oxidado por las bacterias nitrificantes en nitrito y nitrato, causando una demanda de
oxígeno conocida como demanda bioquímica de oxígeno nitrogenáceo (DBON).
En un cultivo mixto, como el usado normalmente para determinar DBO, se tiene una
población de bacterias nitrificantes baja, por que la tasa de reproducción de las bacterias
nitrificantes es lenta, normalmente de seis a diez días. Por ello, en el ensayo de DBO, la
DBON sólo se observa después de seis a diez días, sin embargo; en efluentes de plantas
de tratamiento de aguas residuales existe una población de bacterias nitrificantes
suficientes para ejercer DBON y alterar el valor de la DBOC. (Romero, 2005).
Demanda Química de oxigeno (DQO )
La demanda de oxígeno es la cantidad de oxígeno consumido por las sustancias
contaminantes que están en el agua durante un cierto tiempo, ya sean sustancias
orgánicas o inorgánicas, mide el consumo de O2 en la oxidación de las sustancias
reductoras que están en un agua, mide indirectamente el contenido de materia orgánica
tanto de las aguas naturales como de las residuales. En el ensayo, se emplea un agente
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químico fuertemente oxidante en medio ácido para la determinación del equivalente de
oxígeno de la materia orgánica que puede oxidarse.
Oxígeno Disuelto
El Oxígeno Disuelto (OD) es la cantidad de oxígeno que está disuelta en el agua y que es
esencial para los riachuelos y lagos saludables. El nivel de oxígeno disuelto puede ser un
indicador de cuán contaminada está el agua y cuán bien puede dar soporte esta agua a
la vida vegetal y animal. Generalmente, un nivel más alto de oxígeno disuelto indica agua
de mejor calidad. Si los niveles de oxígeno disuelto son demasiado bajos, algunos peces
y otros organismos no pueden sobrevivir.
Gran parte del oxígeno disuelto en el agua proviene del oxígeno en el aire que se ha
disuelto en el agua. Parte del oxígeno disuelto en el agua es el resultado de la
fotosíntesis de las plantas acuáticas. Otros factores también afectan los niveles de OD;
por ejemplo, en un día soleado se producen altos niveles de OD en áreas donde hay
muchas algas o plantas debido a la fotosíntesis. La turbulencia de la corriente también
puede aumentar los niveles de OD debido a que el aire queda atrapado bajo el agua que
se mueve rápidamente y el oxígeno del aire se disolverá en el agua.
Además, la cantidad de oxígeno que puede disolverse en el agua (OD) depende de la
temperatura, por eso el agua más fría puede guardar más oxígeno que el agua más
caliente. Una diferencia en los niveles de OD puede detectarse en el sitio de la prueba si
se hace la prueba temprano en la mañana cuando el agua está fría y luego se repite en la
tarde en un día soleado cuando la temperatura del agua haya subido. Una diferencia en
los niveles de OD también puede verse entre las temperaturas del agua en el invierno y
las temperaturas del agua en el verano. Asimismo, una diferencia en los niveles de OD
15
puede ser aparente a diferentes profundidades del agua si hay un cambio significativo en
la temperatura del agua.
Los niveles de oxígeno disuelto típicamente pueden variar de 0 - 18 partes por millón
(ppm) aunque la mayoría de los ríos y riachuelos requieren un mínimo de 5 - 6 ppm para
soportar una diversidad de vida acuática. Además, los niveles de OD a veces se
expresan en términos de Porcentaje de Saturación. Sin embargo para este proyecto, los
resultados se reportarán en ppm o en mg/L, (Romero, 2005). El procedimiento de prueba
se adjunta en el Anexo: ____
Carga orgánica (CO)
Se calcula mediante la ecuación: CO=DBO5*QP*F
Donde: DBO5= DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO DURANTE 05 DIAS a 20 0C QP=CAUDAL EN
LITROS/SEGUNDO y F= FACTOR DE CONVERSION = 0,045Kg de DBO5/DIA.
La demanda química de oxigeno es un parámetro que nos señala el consumo de oxigeno
equivalente a la materia orgánica oxidable químicamente mediante un agente químico
oxidante fuerte. Nos da una referencia de la concentración orgánica e inorgánica de la
vida biológica en el agua residual.
El valor de CO nos permite conocer la cantidad de materia orgánica que se acumula en
un tiempo determinado (día), no toma en cuenta elementos extraños o ajenos que se
añaden al agua residual y que originan un aumento de la contaminación. Cuando los
valores de la carga orgánica está por debajo de los 300 mg/L se desarrollan algas
entonces se dice que esta laguna es facultativa, al contrario cuando está por encima de
los 300m/L entonces se dice que son lagunas anaeróbicas
16
Relación de biodegradabilidad (K):
Para determinar la relación de biodegradabilidad se usó la fórmula: K=DQO/DBO5
DONDE: DQO=DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO, DBO5= DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO
DURANTE 05 DIAS a 20 0C.
El valor de K nos da una idea de la relación del consumo de oxigeno realizado por la
materia orgánica con respecto a la inorgánica, ambas biodegradables, estos valores
reales oscilan entre 1,2 y 2,5; para aguas residuales domiciliarias se espera que el DQO
y el DBO5 sean iguales (K=1), sin embargo eso no ocurre porque no todos los
compuestos orgánicos son oxidables biológicamente y además durante las mediciones
del DQO aumenta porque provienen DQO de la materia inorgánica.
Carga Contaminante (L ó W)
La carga contaminante está referida a la cantidad de materia contaminante C, que existe
en las aguas residuales, la materia contaminante se expresa a través de los parámetros
de concentración como son: el DBO5, DQO, Grasas y Aceites, Sólidos suspendidos,
Sólidos Sedimentables, también se puede encontrar la carga contaminante derivado de
otras concentraciones.
L=QxC
Donde: Q= Caudal de la fuente hídrica, en; L/día, C = Concentración del contaminante
(químicas ó biológicas) en Kg/l; y L= carga contaminante (Kg/dia).
Coliformes totales
Es un indicador de la existencia de organismos de producción de enfermedades, los
valores en el hombre oscila de 1000 hasta 400000 millones de Coliformes, su
composición son bacilos como: gram-negativos, los aerobios, anaerobios, el grupo coliaéreo-genes: Escherichia -E-coli, entre otros.
17
Los valores de concentración varían entre (1-1500) X 106 NMP/100 ml.
Materia orgánica
Los sólidos suspendidos de pueden contener un 75% de materia orgánica, los sólidos
disueltos un 40%. La materia orgánica de las aguas residuales es una combinación de C,
H, O y N; estos como proteínas (40-60)%; carbohidratos (25-50)%; grasas y aceites 10%.
Sólidos totales: es el residuo que queda al evaporar y secar a 103 -105ºC
Sólidos sedimentales: es la cantidad de sólidos asentados al fondo del cono Imhoff,
en un período de de una hora, representa la cantidad de lodo removible por
sedimentación simple, se expresa en ml/L
Sólidos disueltos (<1,2 um),
representan el material soluble y coloidal, el cual
requiere usualmente, para su remoción oxidación biológica ó coagulación, y
sedimentación, se recomienda un límite de 16000 mg/L.
Sólidos suspendidos (>1,2 um), es la diferencia entre los sólidos totales de la
muestra filtrada y los sólidos de la muestra no filtrada.
Sólidos volátiles son aquellos que resulta de la fracción orgánica de de los sólidos
que volatilizan a temperaturas de 550 ºC
pH
Es la medida de concentración de iones de Hidrogeno en el agua, expresada como
logaritmo negativo de la concentración de molar del ión de Hidrogeno. Para pH menores
de seis (06) favorecen el crecimiento de hongos sobre la bacterias, a pH bajo favorece el
poder bactericida del cloro, a pH altos predomina el nitrógeno amoniacal (toxica), entre
los valores 6,5 y 8,5 permite la existencia de vida biológica y permite el éxito de diferentes
procesos de tratamiento.
Temperatura
18
La temperatura es un parámetro importante en las características de las aguas residuales
así como el tratamiento de las mismas, en general las aguas residuales son más
calientes que las aguas de abastecimiento. La temperatura influye en la vida acuática
porque altera la concentración de saturación de oxigeno disuelto y la velocidad de las
reacciones químicas y de la actividad bacterial.
Entre (25-35)ºC la digestión aeróbica es optima, a 50ºC se suspende la
digestión y la nitrificación,.
Bajo 15ºC la digestión es lenta.
A 5ºC no operan las bacterias autotrófica nitrificante deja de trabajar
Grasas y aceites
Son compuestos de C, H y O, que flotan en el agua residual y recubren las superficies
con las cuales entran en contacto, causan iridiscencia y problemas de mantenimiento, e
interfieren con la actividad biológica pues son difíciles de bio-degradar. La cantidad es de
aproximadamente el 10% de la materia orgánica.
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ASPECTOS METODOLOGICOS
El estudio se realizó multidisciplinariamente con la Empresa SEDA-Huánuco
mediante la suscripción de un convenio con la Facultad de Ingeniería Industrial y
Sistemas de la Universidad Nacional Hermilio Valdizan de Huánuco.
La ciudad de Huánuco está ubicada en el Departamento de Huánuco, Provincia y
Distrito del mismo nombre, localizado en la parte central del país. Comprende
territorios andino, ceja de selva, selva alta y selva baja. Limita por el Norte con los
departamentos de La Libertad, San Martín, Loreto y Ucayali; por el Sur con el
departamento de Pasco y por el Oeste con los Departamentos de Ancash y Lima.
Según el Meridiano de Grenwisch la ubicación exacta es la siguiente:
Parte Septentrional :
8º 44’ 55’’
latitud sur
Parte Meridional
:
10º 20’ 21’’ latitud sur
Parte Oriental
:
74º 39’ 00’’ longitud oeste
Parte Oeste
:
77º 30’ 00’’ longitud oeste
La ciudad de Huánuco tiene una temperatura promedio anual es de 20 o a 21o.
Existen vientos con dirección Norte-Sur que se hacen persistentes por las tardes,
mientras que la humedad relativa es baja y fluctúa entre 50% a 60 %.
Los análisis de laboratorio fueron realizados en el Laboratorio Ambiental
Amazónico de la Planta de Tratamiento de Agua Potable de SEDA HUÁNUCO,
este laboratorio fue muy bien implementado a través del convenio PERU-KOREA.
20
Después de hacer una inspección y reconocimiento de los 15 aforos más
importantes de la ciudad (VER ANEXO Nº___ ), se consideró solamente diez
aforos (uno repetido), con la finalidad de que la muestra abarque en lo posible la
distribución poblacional y responde a un análisis de estratificación, en la cual se
ha considerado la representatividad de los diferentes estratos socio económico de
la población.
Los aforos seleccionados fueron los siguientes:
Penal de Potracancha; El Trébol; El Kilombo, El Camal Municipal, Circunvalación,
Las Moras 1; Las Moras 2; Guardia Civil; Unheval; Tarapacá.
La frecuencia de muestreo fue por cada hora durante las veinticuatro horas del día a lo
largo de un período de cinco días, haciendo un total de 2280 muestras.
Materiales, instrumentos y materiales
Los reactivos, instrumentos y materiales que presentamos aquí no es todo, una
gran parte ha sido dispuesto por la empresa SEDA-HCO, y no lo presentamos:
2,5 Litros de ácido sulfúrico concentrado al 95-97 %
2,5 Litros de ácido clorhídrico concentrado al 37 %
1 Kg de soda cáustica
6 Cooler de conservación de muestras en frío de 24 litros.
6 Tachos cilíndricos de 30 litros de capacidad
160 Botellas de color ámbar de 1,0 L de capacidad.
2 Paletas de madera para agitación
160 Corchos para botellas de 1 L.
21
160 Etiquetas autoadhesivas para tinta indeleble
06 Embudos de plástico
100 Unidades de guantes quirúrgico descartables
100 Unidades de mascarillas quirúrgicas descartables.
10 Escobillas para lavado e botellas
06 Juegos de guantes de jebe N° 9.
06 Linternas medianas.
Los reactivos, materiales, artículos diversos y gastos de logística fueron
autofinanciados por el grupo de investigación, sin embargo fueron solicitados al
señor Rector con oficio Nº 001-2007-TAAR de fecha 08 de Noviembre 2007, a
pesar de las reiteradas insistencias fue denegada dicha solicitud, una copia de
dicha solicitud se envió la Oficina Central de Investigación.
Los gastos para la compra fueron asumidos por los profesores: Edelmiro Cueva
Solís, Víctor Cabrera Abanto y Félix Rivero Villa:
22
Diseño de la investigación
El siguiente cuadro simplifica la planificación de las actividades realizadas:
DE OPERACIONES DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
Tabla NºFLUJOGRAMA
06: FLUJOGRAMA
DE OPERACIONES DEL TRABAJO DE
CARACTERIZACIÓNPARA
DE LAS LA
AGUAS
RESIDUALES MUNICIPALES
DE LAAGUAS
CIUDAD
INVESTIGACION,
CARACERIZACCION
DE LAS
DE HUÁNUCO
RESIDUALES
INSPECCIÓN Y EVALUACIÓN DE LAS CONDICIONES OPERATIVAS DE LOS INSTRUMENTOS,
EQUIPOS Y REACTIVOS QUÍMICOS EN LOS LABORATORIOS DE LA UNHEVAL Y SEDA-HUÁNUCO
ADQUISICIÓN DE LOS MATERIALES, INSTRUMENTOS Y REACTIVOS
QUÍMICOS PARA ANÁLISIS DE LABORATORIO
IDENTIFICACIÓN DE LOS 15 PUNTOS MAS REPRESENTATIVOS DE AGUAS RESIDUALES A LO
LARGO DE LOS MÁRGENES IZQUIERDA Y DERECHA DEL RÍO HUALLAGA DENTRO DEL CASCO
URBANO DE LA CIUDAD DE HUÁNUCO
OPERACIONES PRELIMINARES DE MUESTREO EN LOS PUNTOS DE DESCARGA
(MEDICIONES PRELIMINARES DE CAUDAL)
(24 HORAS DE MUESTREO POR PUNTO DE DESCARGA DURANTE 7 DÍAS PARA 6 VARIABLES)
ANÁLISIS DE LABORATORIO PRELIMINARES
(FÍSICO, QUÍMICO Y MICROBIOLÓGICO)
OPERACIONES DEFINITIVAS DE MUESTREO EN LOS PUNTOS DE DESCARGA
(24 HORAS DE MUESTREO POR PUNTO DE DESCARGA DURANTE 7 DÍAS PARA 6 VARIABLES)
(MEDICIONES DEFINITIVAS DE CAUDAL)
ANÁLISIS DE LABORATORIO DEFINITIVOS
(FÍSICO, QUÍMICO Y MICROBIOLÓGICO)
TRATAMIENTO DE LOS DATOS, INTERPRETACIÓN
Y CONTRASTACIÓN DE LOS RESULTADOS
REDACCIÓN DEL INFORME DE INVESTIGACIÓN
23
ENSAYO PRELIMINAR:
Se ejecutó un primer ensayo en el punto de descarga “Tarapacá”, con la finalidad
identificar los errores de medición y garantizar un mínimo error en las mediciones,
para ello contamos con la participación de estudiantes de Ingeniería Industrial,
solo para el ensayo más no para las mediciones definitivas.
En esta prueba piloto se organizó a los estudiantes en grupos (6) y se les
proporcionó el material apoyo necesario.
DEL ANALISIS DE LAS AGUAS RESIDUALES
El análisis de Laboratorio estuvo a cargo de dos profesionales de SEDA-HCO Ing.
César Álvarez Espantoso y el Biol. David Elías Rodríguez Villavicencio y la
medición del caudal y toma de las muestras fueron dirigidos por los profesores de
la UNHEVAL, que integran el grupo.
Caudal (Qp): Para medir el caudal se utilizaron dos técnicas sencillas que dependían de
la dificultad de acceso a los aforos: la técnica del recipiente y el de la velocidad de
flotador. La primera técnica fue medir los promedios de la cantidad de líquido almacenado
en un recipiente de volumen conocido y el tiempo que demoró en llenar el recipiente, de
tal manera que se usó la siguiente ecuación: Qp=V/t. La segunda técnica (el método del
flotador) se implementó de acuerdo a la ecuación Qp=R*v*A, donde R depende del tipo
de canal, los valores se muestra en la tabla Nº 07; para medir el caudal con este modelo,
se tiene que medir la velocidad del flujo v, que es la misma del elemento flotador
(tecnopor, madera, etc), para ello se mide una distancia, el tiempo en que demora en
recorrer esa distancia y el área de la sección transversal del ducto.
24
Tabla Nº 07 : valores de R para canales con profundidad mayor a 15 cm.
Descripción del canal
R
Revestido con concreto, profundidad mayor a 15 cm
0,8
De tierra, profundidad mayor a 15 cm.
0,7
Rio o riachuelo, profundidad mayor a 15 cm
0,5
Rio o canal de tierra, profundidad mayor a 15 cm.
0,25-0.5
Fuente: Manejo de aguas en el sector rural, Prada y Villavicencio. Colombia, 2004.
En cuanto a los siguientes parámetros: DBO5, CO, CL, DQO, Colif-Tols, SS, SSed
y otros, para cada aforo se utilizaron botellas grandes de cerveza color marrón
oscuro, en un intervalo de una hora se recogía una muestra de aguas residuales y
se almacenaba dentro del cooler; para luego transportarla al laboratorio de SEDAHCO.
Los análisis han sido realizados de acuerdo a las normas de internacionales y
exigidos por la empresa SEDA-HCO.
Los parámetros: pH, temperatura (T), fueron medidos durante la toma de la
muestra utilizando termómetro y papel tornasol, estos datos fueron etiquetados en
la misma botella.
25
RESULTADOS:
Las mediciones directas de los parámetros más importantes que caracterizan la
composición de las aguas residuales se encontró que el caudal total (QT) de
aguas residuales es superior a los 15000 m3/día y representa aproximadamente el
50% del agua potable que la Empresa del Servicio de Abastecimiento (SEDAHuánuco) abastece a las redes domiciliarias; de acuerdo a este resultado,
encontramos los valores: DBO5 = 318 mg/L, y se ubica en el intervalo media –
alta: (220–400) mg/Litro; DQO=533,7 también se ubica en el intervalo media–alta:
(500–1000) mg/Litro; la magnitud de la concentración SS=944 mg/L, es
demasiado alto, pues debería encontrarse en el intervalo de (220 – 350) mg/Litro,
estos datos se ubican de acuerdo a la clasificación de Melkaff-Eddy (1991); el
dato encontrado SS, merece atención porque nos lleva a pensar que se pueden
estar formando lechos que cubren el fondo e interfiere con la reproducción de la
vida acuática, trastornando la cadena alimenticia y que contamina fuertemente el
cuerpo receptor (Río Huallaga). En cambio, las concentraciones de aceites-grasas
(2.1 mg/L), pH (5,2), temperatura (19ºC) y coliformes (68,3x10 6NMP/100mL), se
encuentran dentro de las normas presentadas por el Ing. Amb. Fernando
Taemoon Son, KOICA, 2007. Con los valores encontrados podemos diseñar y
construir lagunas de estabilización, pero no es suficiente en la reducción de la
contaminación, entonces es necesario implementar programas educativos muy
prácticos.
26
Los parámetros promedio y totales de las aguas residuales de la ciudad de
Huánuco, se presentan en la tabla Nº08:
Tabla Nº 08 : valores los parámetros que caracterizan las aguas residuales de la ciudad
de Huanuco – 2007-2008
PARAMETROS
Caudal (Q)
MAGNITUD
UNIDADES
15,0 X106
Litros/día
318,1
mg/L
533,7
mg/l
Aceites y Grasas
2,1
mg/l
Sólidos Suspendidos (SS)
944,0
mg/l
Sólidos sedimentados
6,7
mg/l
Ph
5,2
Sin unidades
Temperatura
18,9
ºC
Coliformes Totales
68,3X106
NMP/100ml
Coliformes termo-tolerantes
31,3X106
NMP/100ml
Demanda Bioquímica de oxigeno
(DBO5)
Demanda Química de Oxigeno
(DQO)
Fuente propia del grupo investigador
Resultados del caudal
Los valores encontrados son:
El rango de los valores del caudal oscila entre:
∆Qp= 10L/s – 37L/s
El caudal total de la muestra:
Qpt = 0,18 (m3/s)
=180 L/s
El promedio del caudal por aforo:
Qp = 0,02 (m3/s)
=20L/s
El margen de variabilidad del caudal entre aforos: 0,01(m3/s)
=10 L/s
27
TABLA Nº 09: Medición y cálculo de Qp
AFOROS DE DESCARGA CIUDAD DE
HUANUCO
Qp(m3/s)
Qp(106X(L*/dia))
TARAPACA
0,017
KILOMBO
0,010
CIRCUNVALACION
0,037
POTRACANCHA
0,030
TREBOL
0,010
UNHEVAL
0,030
GUARDIA CIVIL
0,010
1,44
8,64
3,17
2,59
2,88
2,59
8,64
ZONA CERO 01 - MALECON HUALLAGA
0,010
8,64
ZONA CERO 02 - JR ICA
0,010
TARAPACA
0,017
8,64
1,44
Fuente propia: grupo de investigación UNHEVAL-SEDA.HUANUCO
Las mediciones por aforo se tomaron durante un día y luego fue promediado el valor del
caudal. El valor total del caudal obtenido corresponde a una población equivalente, mayor
a doscientos mil (200,000) pobladores que descargan al río Huallaga, y cada persona en
promedio utiliza 75 litros por día.
El valor del caudal será utilizado para determinar otros parámetros de las aguas
residuales, además es un indicador importante para diseñar modelos diversos de una
planta de tratamiento de aguas residuales para Huánuco.
Resultados del indicador DBO 5
El rango de los valores de la DBO5 oscila entre:
∆DBO5= 220 – 460 mg/L
El promedio del DBO5 medido de la muestra de aforos:
DBO5 = 317,8 mg/L
La variabilidad del DBO5 entre aforos:
88,9 mg/L
28
TABLA Nº 10: Medición y cálculo de la DBO5
AFOROS DE DESCARGA CIUDAD DE HUANUCO
DBO5
TARAPACA
229
KILOMBO
240
CIRCUNVALACION
310
POTRACANCHA
464
TREBOL
449
UNHEVAL
280
GUARDIA CIVIL
261
ZONA CERO 01 - MALECON HUALLAGA
220
ZONA CERO 02 - JR ICA
350
TARAPACA
375
Fuente propia: grupo de investigación UNHEVAL-SEDA.HUANUCO
De los datos encontrados podemos decir que el promedio de DBO5 vertidos al rio
Huallaga es de aproximadamente 317,8 mg/L, el rango de variación ocurre entre 220 y
460 mg/L y la variabilidad de la cantidad de emisión entre aforos es de 88,9 mg/L de
DBO5
Los valores obtenidos se presentan en la tabla Nº 10 y se encuentran dentro de los
valores de MEDIA-FUERTE según la clasificación de Metkaff-Eddy, 1985, ver recuadro
resaltado en la tabla Nº05 (repetida)
Asimismo, coincide con la propuesta Ing. Amb. Fernando Taemoon Son, miembro
voluntario de KOICA, (PERU-KOREA), nos encontramos en la clasificación entre MEDIAALTA. (ver recuadro resaltado en la tabla Nº 06, repetida).
29
Otras mediciones realizados por F. Taemoon del DBO5 en el año 2005, oscilaban entre
105 -290 mg/l y los aforos más contaminado eran de las zonas de Paucarbamba,
Paucarbambilla, Fonavi y Huánuco ciudad.
En el año 2006 encontró los valores entre 270 y 300 para Tingo Maria y Aucayacu
respectivamente, es decir altamente contaminado.
En el año 2007 midió el DBO5 del río Huallaga a la altura de Aucayacu, los valores
encontrados fueron: 1,9 - 3,3, y
En el año 2008 midió el DBO5 del río Huallaga, altura inicio y final de Huánuco: 41,40 –
37,70.
PARAMETROS
CONCENTRACION (mg/l)
alta
Media
Baja
DBO5
400
220
110
DQO
1000
500
250
NITROGENO ORGANICO
35
15
8
NITROGENO AMMONIO
50
25
12
FOSFORO TOTAL
85
40
20
MATERIA SOLIDA TOTAL
15
8
4
MATERIA SOLIDA TOTAL
1200
720
350
350
220
100
MATERIA SOLIDA SUSPENDIDA
30
Resultados del indicador DQO.
El rango de los valores del DQO oscila entre:
∆DBO= 286,33 – 724,33 mg/L
El promedio del DBO medido de la muestra de aforos:
La variabilidad del DBO entre aforos:
DBO = 533,73 mg/L
141,7 mg/L
TABLA Nº 07: Medición y cálculo de la DQO
AFOROS DE DESCARGA CIUDAD DE
TARAPACA
HUANUCO
DQO(mg/L)
286,33
KILOMBO
471,00
CIRCUNVALACION
509,00
POTRACANCHA
724,33
TREBOL
561,00
UNHEVAL
504,81
GUARDIA CIVIL
522,54
ZONA CERO 01 - MALECON HUALLAGA
374,91
ZONA CERO 02 - JR ICA
661,51
TARAPACA
721,85
Fuente propia: grupo de investigación UNHEVAL-SEDA.HUANUCO
De la tabla Nº 07 el promedio de DQO vertidos al Río Huallaga es del orden de 533,73
mg/L, con una variabilidad media de emisión entre aforos es de aproximadamente 141,7
mg/L de DQO. Según la clasificación de las tablas 05 y 06, podemos ver que nos
encontramos en una clasificación MEDIA-FUERTE y ALTA-MEDIA, (ver tablas repetidas
Nº05 y 06)
31
PARAMETROS
DBO5
DQO
NITROGENO ORGANICO
NITROGENO AMMONIO
FOSFORO TOTAL
MATERIA SOLIDA TOTAL
MATERIA SOLIDA TOTAL
MATERIA SOLIDA SUSPENDIDA
CONCENTRACION (mg/l)
alta
Media
Baja
400
220
110
1000
500
250
35
15
8
50
25
12
85
40
20
15
8
4
1200
720
350
350
220
100
Resultados de la Carga Orgánica (CO) .
El rango de los valores del CO oscila entre:
∆CO= 99-280 (Kg-DBO5/día)
El promedio del CO:
CO = 265,3 (Kg-DBO5/día)
La variabilidad del CO entre aforos:
183,4 (Kg-DBO5/día).
TABLA Nº 08: Medición y cálculo de la CO
AFOROS DE DESCARGA CIUDAD DE
CO(kgDBO5/dia)
HUANUCO
171,75
TARAPACA
KILOMBO
108
CIRCUNVALACION
511,5
POTRACANCHA
626,4
TREBOL
202,05
UNHEVAL
378
GUARDIA CIVIL
117,45
ZONA CERO 01 - MALECON HUALLAGA
99
ZONA CERO 02 - JR ICA
157,5
TARAPACA
281,25
Fuente propia: grupo de investigación UNHEVAL-SEDA.HUANUCO
Para nuestro caso, de acumular las aguas residuales en lagunas de oxidación éstas
serían lagunas facultativas cuyo diseño es simple.
Los valores de la CO varían entre 99-280 (Kg-DBO5/día), el promedio las aguas
residuales de Huánuco tienen 265,3 (Kg-DBO5/día), con un margen de variación de todos
los aforos de 183,4 (Kg-DBO5/día). Estos valores se encuentran de los valores normales
32
de ciudades pequeñas como es la nuestra, sin embargo este valor debe ser reducido
para evitar la eutrofización de las zonas de descarga.
Resultados del factor de biodegradabilidad ( K).
Para determinar la relación de biodegradabilidad se usó la fórmula: K=DQO/DBO5, DONDE
DQO=DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO, DBO5= DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO DURANTE 05
DIAS a 20 0C.
El rango de los valores de K oscila entre:
∆K= 1,2-12,5
El promedio de la K medido de la muestra de aforos:
K =1,70
La variabilidad de la K entre aforos:
0,28
TABLA Nº 09: Cálculo de K
AFOROS DE DESCARGA CIUDAD DE HUANUCO
K
TARAPACA
1,25
KILOMBO
1,96
CIRCUNVALACION
1,64
POTRACANCHA
1,56
TREBOL
1,25
UNHEVAL
1,80
GUARDIA CIVIL
2,00
ZONA CERO 01 - MALECON HUALLAGA
1,70
ZONA CERO 02 - JR ICA
1,89
TARAPACA
1,92
Fuente propia: grupo de investigación UNHEVAL-SEDA.HUANUCO
Al observar la Tabla Nº 09, vemos que los valores efectivamente oscilan entre 1.25 –
2.00, y el promedio de la relación de biodegradabilidad en todos los aforos es K=1,70;
con una variabilidad media del coeficiente entre los aforos de aproximadamente 0,28; lo
cual implica que la materia biodegradable en el agua residual es medianamente
homogénea.
33
Resultados de la Concentración de Coliformes Totales:
El Número de Coliformes totales por cada 100 ml de agua residual por cada aforo se
presenta en Tabla Nº 10 donde los valores caen dentro de este rango, los valores de
Tarapacá presenta valores muy grandes.
TABLA Nº 10: Medición de la cantidad de Coliformes totales
AFOROS DE DESCARGA CIUDAD DE HUANUCO
Col. Totales
106X(NMP/100ml)
TARAPACA
KILOMBO
CIRCUNVALACION
POTRACANCHA
TREBOL
UNHEVAL
GUARDIA CIVIL
ZONA CERO 01 - MALECON HUALLAGA
1300
1,5
22
12
28
1,3
1300
1,2
ZONA CERO 02 - JR ICA
TARAPACA
330
27
Fuente propia: grupo de investigación UNHEVAL-SEDA.HUANUCO
El valor promedio es de 52,9 X106 NMP/100 ml, la variabilidad es alta Hay ciudades que
se encuentran sobre este valor, el aporte de todos los aforos al total es de 423X106
NMP/100 ml.
34
Resultados de la concentración de sólidos suspendidos (S.S)
TABLA Nº 11: Medición de sólidos suspendidos
AFOROS DE DESCARGA CIUDAD DE HUANUCO
Sólidos suspendidos
(kg/LX10-4)
TARAPACA
KILOMBO
CIRCUNVALACION
POTRACANCHA
TREBOL
UNHEVAL
GUARDIA CIVIL
9,70
8,20
1,20
9,40
8,50
9,80
8,50
ZONA CERO 01 - MALECON HUALLAGA
9,20
ZONA CERO 02 - JR ICA
TARAPACA
9,60
9,50
Fuente propia: grupo de investigación UNHEVAL-SEDA.HUANUCO
Estos valores son altos, los valores oscilan entre (100 a 200) mg/l, en nuestro caso es de
(820 – 970) mg/l, el promedio es de 944 mg/l, el aporte de todos los aforos es 9440 mg/l,
es decir 9 g/l. La carga contaminante es alta.
35
Resultados de la concentración de sólidos sedimentales:
TABLA Nº 12: Medición de la cantidad de Sólidos Sedimentales
AFOROS DE DESCARGA CIUDAD DE
SOLIDOS
HUANUCO
SEDIMENTALES
TARAPACA
KILOMBO
CIRCUNVALACION
POTRACANCHA
TREBOL
UNHEVAL
GUARDIA CIVIL
ZONA CERO 01 - MALECON HUALLAGA
(kg/Lx10-6)
ZONA CERO 02 - JR ICA
TARAPACA
4,00
2,50
1,50
1,00
8,00
5,00
8,00
4,00
5,00
5,00
Fuente propia: grupo de investigación UNHEVAL-SEDA.HUANUCO
Estos valores son altos, los valores oscilan entre (100 a 200) mg/l, en nuestro caso es de
(820 – 970) mg/l, el promedio es de 944 mg/l, el aporte de todos los aforos es 9440 mg/l,
es decir 9 g/l. La carga contaminante es alta.
Resultados de la concentración de Aceites y grasas:
TABLA Nº 13: Medición de la cantidad de aceites y grasas
AFOROS DE DESCARGA CIUDAD DE
HUANUCO
TARAPACA
KILOMBO
CIRCUNVALACION
POTRACANCHA
TREBOL
UNHEVAL
GUARDIA CIVIL
ZONA CERO 01 - MALECON HUALLAGA
ZONA CERO 02 - JR ICA
TARAPACA
Aceites y Grasas
(kg/l) X 106
2,5
1,1
2,95
3,15
2,65
1,3
1,22
1,75
2,05
2,34
Fuente propia: grupo de investigación UNHEVAL-SEDA.HUANUCO
36
Los valores de aceite y grasas son valores que se encuentra entre los rangos de (1-100)
mg/l, en nuestro caso los valores son bajos, sin embargo se tiene que vigilar y controlar la
contaminación con aceites y grasas.
Resultados de la medición de la temperatura (ºC)
En nuestro caso los valores de temperatura encontrados se muestran en la tabla Nº 14:
TABLA Nº 14: Medición de la Temperatura T(ºC)
AFOROS DE DESCARGA CIUDAD DE
TEMPERATURA
HUANUCO
DE MUESTRA
TARAPACA
17,20
KILOMBO
17,28
CIRCUNVALACION
17,50
POTRACANCHA
18,24
TREBOL
20,15
UNHEVAL
21,22
GUARDIA CIVIL
17,91
ZONA CERO 01 - MALECON HUALLAGA
20,13
ZONA CERO 02 - JR ICA
20,99
TARAPACA
18,50
Fuente propia: grupo de investigación UNHEVAL-SEDA.HUANUCO
En este rango de temperaturas podemos afirmar que la vida acuática son óptimos, la
temperatura promedio es de 19ºC, menor que la temperatura del medio externo en
períodos calientes y es mayor que la temperatura del ambiente externo en períodos fríos.
Medición del pH
Los valores encontrados se muestra en la tabla Nº15, el valor oscila entre 4.17 y 7.73,
mediciones realizadas por otros investigador oscila entre 5-7; del río Huallaga 8,8- 8,85
(inicio antes de los aforos – después de los aforos, 07/07/08); del río Higueras 7,48-7,40;
(antes de la contaminación –final de la contaminación); del río Huallaga (altura de
Aucayacu, 1997): 6,1-6,4.
37
El promedio en general del pH de todos los aforos es de 5.2, el margen de variación de
los aforos es de 1.
TABLA Nº 14: Medición de la Temperatura T(ºC)
AFOROS DE DESCARGA CIUDAD DE
HUANUCO
TARAPACA
KILOMBO
CIRCUNVALACION
POTRACANCHA
TREBOL
UNHEVAL
GUARDIA CIVIL
ZONA CERO 01 - MALECON
ZONA
CERO 02 - JR ICA
HUALLAGA
TARAPACA
pH
7,73
4,16
4,64
5,11
4,17
5,45
5,25
4,99
5,09
5,03
Fuente propia: grupo de investigación UNHEVAL-SEDA.HUANUCO
Medición de la Carga Contaminante (L ó W)
TABLA Nº 15: Cálculo de la carga contaminante L (Kg/Día)
CARGA
CONTAMINANTE
AFOROS DE
L DEL
L DEL
DBO5(KG/DIA) DQO(KG/DIA)
L DE ACEITES Y
GRASAS
L DE SOLIDOS
L
SUSPENDIDOS SEDIMENTALES
(KG/DIA)
(KG/DIA)
(KG/DIA)
412,32
3,60
1396,80
5,76
DESCARGA
TARAPACA
DE
LA CIUDAD DE
KILOMBO
329,85
207,36
406,94
0,95
708,48
2,16
HUANUCO
CIRCUNVALACION
982,08
1612,51
9,35
3801,60
47,52
POTRACANCHA
1204,42
1877,46
8,16
2436,48
25,92
TREBOL
129,41
161,57
0,76
244,80
2,30
UNHEVAL
726,93
1308,47
3,37
2540,16
12,96
GUARDIA CIVIL
225,72
451,47
1,05
734,40
6,91
ZONA CERO 01 - MALECON
190,55
323,92
1,51
794,88
3,46
HUALLAGA
ZONA
CERO 02 - JR ICA
302,50
571,54
1,77
829,44
4,32
TARAPACA
540,94
1039,46
3,37
1368,00
7,20
TOTAL DE L
4839,74
8165,68
33,90
14855,04
118,51
PROMEDIO L POR AFORO
483,97
816,57
3,39
1485,50
11,85
Fuente propia: grupo de investigación UNHEVAL-SEDA.HUANUCO
En la tabla Nº15 se tiene la carga contaminante por aforo, asimismo se tiene las cargas
totales por cada elemento contaminante, en general son cifras que se encuentra dentro
de los valores medios dada la población equivalente que vierte agua residual al rio. Para
38
el caso del DBO5, es de 4840 Kg de oxigeno necesario que necesitan los
microorganismos para oxidar la materia orgánica por cada día.
La carga total contaminante debido a DQO es de 8165.68 Kg de oxigeno y otros
elemento que coadyuvan a oxidar materia orgánica e inorgánica por cada día.
DISCUSIÓN
Las discusiones de los resultados de la investigación se centran en los siguientes
puntos:
1.
Para medir el caudal se utilizaron dos técnicas sencillas que dependían de
la accesibilidad a los aforos: La técnica del recipiente y la de velocidad del
flotador. La primera técnica consistió en medir los promedios del volumen
del líquido almacenado en un recipiente de volumen conocido y el tiempo
que demandó en llenar el recipiente. Para los cálculos del caudal se usó la
siguiente ecuación; Qp=V / t. Para la segunda técnica (velocidad del
flotador) se utilizó la ecuación Qp=R*v*A, donde R depende del tipo de
canal. Los valores determinados son:
Caudal total de la muestra:
Qpt = 0,181 (m3/s) =181 L/s
Caudal promedio por aforo:
Qp = 0,02 (m3/s)
=20L/s
Este indicador servirá para diseñar y proponer las instalaciones de la planta
de tratamiento de aguas residuales en la ciudad de Huánuco.
2.
La demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) promedio medido en la
muestra de aforos fue de DBO5 = 317,8 mg/L. Estos valores de DBO5
39
coinciden con los trabajos realizados por (Taemoon, 2007), quién clasificó
el DBO5 entre Media-Alta con valores de 105 y 290 mg/L, resaltando que
los aforos más contaminados fueron las descargas de Paucarbamba,
Paucarbambilla, Fonavi-I y propiamente el centro de la ciudad de Huánuco.
Por otro lado, los valores obtenidos de DBO5 se encuentran dentro de los
valores de Media-Fuerte, según la clasificación de (Metkalf-Eddy, 1985).
3.
La demanda química de oxígeno (DQO) fue de 533,73 mg/L, se puede
apreciar que la caracterización de esta variable corresponde a una
clasificación de Media-Fuerte y Alta-Media, según la clasificación de
(Metkalf-Eddy, 1985) y (Taemoon, 2007).
4.
La carga orgánica (CO) obtenida fue de 265,3 KgCO/día. Cuando los
valores de la carga orgánica está por debajo de los 300 mg/L se
desarrollan algas entonces se dice que esta laguna es facultativa, al
contrario cuando está por encima de los 300m/L entonces se dice que son
lagunas anaeróbicas.
5.
El valor del factor de biodegradabilidad (K) fue de 1,70, el cual proporciona
el consumo de oxigeno por la materia orgánica más la inorgánica, ambas
biodegradables respecto sólo a la materia orgánica biodegradable, estos
valores reales oscilan entre 1,2 y 2,5. Para aguas residuales domiciliarias
se espera que el DQO y el DBO5 sean iguales a la unidad (K=1), sin
embargo; esto no ocurre por varios factores.
40
6.
El valor promedio para Coliformes Totales es de 52,9x106 NMP/100 ml, la
variabilidad es alta y no se puede determinar una desviación estándar
apropiado. Sin embargo, en la descarga de aguas residuales de muchas
ciudades están en este rango de valor. La población de coliformes totales
en todos los aforos muestreados fue de 423x106 NMP/100 ml.
7.
Los valores encontrados para sólidos suspendidos promedio fue de 8,36 x
10-4 Kg/L, mientras que para sólidos sedimentables promedio fue de 6,65 x
10-4 Kg/L, por consiguiente la carga contaminante es alta, (Kiely, 1999)
8.
La determinación de la concentración de aceites y grasas fue de 2,10 mg/L,
siendo bajo para las a aguas residuales de la ciudad de Huánuco, en
comparación con ciudades con actividad industrial alta.
9.
La temperatura promedio de las aguas residuales fue de 18,91°C, menor
que la temperatura del medio ambiente externo en la ciudad de Huánuco
en períodos de verano y mayor que la temperatura ambiente externo en
época de invierno. Para este rango de temperaturas la vida acuática es
óptima.
10.
El promedio del pH de las aguas residuales de todos los aforos en la
ciudad de Huánuco fue de 5.2, con un margen de variación de una unidad
entre los aforos.
41
11.
Finalmente, la carga contaminante (L ó W) está referida a la cantidad de
materia contaminante que existe en las aguas residuales. La materia
contaminante se expresa mediante la concentración de los parámetros
DBO5,
DQO,
grasas
y
aceites,
sólidos
suspendidos
y
sólidos
sedimentados, cuyos valores determinados fueron: (DBO5 = 483,98
Kg/día), (DBO = 816,57 Kg/día), (Aceites & Grasas = 3,39 Kg/día), (Sólidos
suspendidos =1485,50 Kg/día) y (Sólidos sedimentables = 11, 85 Kg/día),
respectivamente.
42
CONCLUSIONES
1. El número de descargas principales y secundarias de aguas residuales
plenamente identificadas en la ciudad de Huánuco fueron de quince (15),
de los cuales se han muestreado en este estudio a nueve (9) descargas,
siendo ellos los más representativos.
2. El Caudal total de las descargas muestreadas fue de Qpt = 0,181 (m 3/s) =
181 L/s
3. La demanda bioquímica de oxígeno fue de DBO 5 = 317,8 mg/L, mientras
que la demanda química de oxígeno (DQO) fue de 533,73 mg/L.
4. La carga orgánica (CO) obtenida fue de 265,3 KgCO/día y el factor de
biodegradabilidad de 1,70.
5. La población de coliformes totales en todos los aforos muestreados fueron
de 423x106 NMP/100 mL.
6. Los valores encontrados para sólidos suspendidos promedio fue de 8,36 x
10-4 Kg/L, mientras que para sólidos sedimentables promedio fue de 6,65 x
10-4 Kg/L.
7. La determinación de la concentración de aceites y grasas fueron de 2,10
mg/L. Asimismo, la temperatura promedio de las aguas residuales fue de
18,91°C y el pH promedio de 5,2.
43
8. Para la materia o carga contaminante el estudio arrojó los siguientes
valores para las variables estudiadas: (DBO5 = 483,98 Kg/día), (DBO =
816,57 Kg/día), (Aceites &
Grasas
suspendidos = 1485,50 Kg/día) y (Sólidos
=
3,39
Kg/día),
sedimentables
=
(Sólidos
11,
85
Kg/día), respectivamente.
44
RECOMENDACIONES
1. Realizar estudios de propuesta de planta de tratamiento de aguas
residuales para las aguas residuales de la ciudad de Huánuco, en base la
caracterización desarrollada en el presente estudio.
2. Por los resultados encontrados en esta investigación, el Río Huallaga se
encuentra altamente contaminada, lo que conlleva a la recomendación de
no utilizar para riego de áreas de cultivo, menos como bebedero de
animales pecuarios.
3. Realizar estudios más exhaustivos muestreando en las quince (15)
descargas de aguas residuales, en épocas de verano e invierno,
paralelamente con la determinación de los caudales en los aforos.
45
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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48
Anexos
49
Anexo Nº 01
DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO
METODO TRADICIONAL (DBO 5-días-DBO5)
CÓDIGO GENERAL:
007
I.
Sumario y Aplicaciones
1.
La demanda bioquímica de oxígeno (DBO) es una prueba usada para la
determinación de los requerimientos de oxígeno para la degradación bioquímica
de la materia orgánica en las aguas municipales, industriales y en general
residual; su aplicación permite calcular los efectos de las descargas de los
efluentes domésticos e industriales sobre la calidad de las aguas de los cuerpos
receptores. Los datos de la prueba de la
DBO se utilizan en ingeniería para
diseñar las plantas de tratamiento de aguas residuales.
2.
La prueba de la DBO es un procedimiento experimental, tipo bioensayo,
que mide el oxígeno requerido por los organismos en sus procesos metabólicos al
consumir la materia orgánica presente en las aguas residuales o naturales. Las
condiciones estándar del ensayo incluyen incubación en la oscuridad a 20ºC por
un tiempo determinado,
generalmente cinco días. Las condiciones naturales de
temperatura, población biológica, movimiento del agua, luz solar y la
concentración de oxígeno no pueden ser reproducidas en el laboratorio. Los
resultados obtenidos deben tomar en cuenta los factores anteriores para lograr
una adecuada interpretación.
3.
Las muestras de agua residual o una dilución conveniente de las mismas,
se incuban por cinco días a 20ºC en la oscuridad. La disminución de la
concentración de oxígeno disuelto (OD), medida por el método Winkler o una
modificación del mismo, durante el periodo de incubación, produce una medida de
la DBO.
II.
Limitaciones e Interferencias
1.
Existen numerosos factores que afectan la prueba de la DBO, entre ellos la
relación de la materia orgánica soluble a la materia orgánica suspendida,
los sólidos sedimentables, los flotables, la presencia de hierro en su forma
50
oxidada o reducida, la presencia de compuestos azufrados y las aguas no
bien mezcladas. Al momento no existe una forma de corregir o ajustar los
efectos de estos factores.
2.
DBO carbonácea contra nitrogenácea. La oxidación de las formas
reducidas del nitrógeno como amoniaco y nitrógeno orgánico, mediada por
los microorganismos, ejercen una demanda nitrogenácea, que ha sido
considerada como una interferencia en la prueba; sin embargo, esta puede
ser eliminada con la adición de inhibidores químicos. Cuando se inhiba la
demanda nitrogenácea de oxígeno, reportar los resultados como demanda
bioquímica de oxígeno carbonácea (DBOC5); cuando no se inhiba, reportar
los resultados como DBO5.
1.
Requerimientos de dilución. Si el agua de dilución es de baja calidad, su
DBO aparecerá como DBO de la muestra, efecto que será amplificado por
el factor de dilución, y el resultado tendrá una desviación positiva. El
método de análisis debe incluir agua de dilución de verificación y agua de
dilución como blanco para establecer su calidad, mediante la medición del
consumo de oxígeno con una mezcla orgánica conocida, generalmente
glucosa y ácido glutámico. La fuente del agua de dilución puede ser:
destilada a partir del agua de grifo, o agua libre de sustancias orgánicas
biodegradables o bioinhibitorias tales como cloro o metales pesados. El
agua destilada puede contener amoniaco o compuestos orgánicos
volátiles; el agua desionizada también puede estar contaminada con
compuestos orgánicos solubles lixiviados del lecho de la resina; el uso de
destiladores con conductos o accesorios de cobre en las líneas de agua
destilada pueden producir agua con cantidades excesivas de cobre, que
actúa como biocida.
III.
Toma y Preservación de Muestras
1.
Las muestras para determinación de la DBO se deben analizar con
prontitud; si no es posible, refrigerarlas a una temperatura cercana al punto
de congelación, ya que se pueden degradar durante el almacenamiento,
dando como resultado valores bajos. Sin embargo, es necesario
51
mantenerlas el mínimo tiempo posible en almacenamiento, incluso si se
llevan a bajas temperaturas. Antes del análisis calentarlas a 20ºC.
1.
Muestras simples. Si el análisis se emprende en el intervalo de 2 h después
de la recolección no es necesario refrigerarlas; de lo contrario, guardar la muestra
a 4ºC o menos; reportar junto con los resultados el tiempo y la temperatura de
almacenamiento. Bajo ningún concepto iniciar el análisis después de 24 h de
haber tomado la muestra; las muestras empleadas en la evaluación de las tasas
retributivas o en otros instrumentos normativos, deben ser analizadas antes de
que transcurran 6 h a partir del momento de la toma.
2.
Muestras compuestas. Mantener las muestras a 4º C o menos durante el
proceso de composición, que se debe limitar a 24 h. Aplicar los mismos
criterios que para las muestras sencillas, contando el tiempo transcurrido
desde el final del período de composición. Especificar el tiempo y las
condiciones de almacenamiento como parte de los resultados.
IV.
Aparatos
1.
Botellas de incubación para la DBO, de 250 a 300 mL de capacidad.
Lavarlas con detergente, enjuagarlas varias veces, y escurrirlas antes de
su uso. Para evitar la entrada de aire en la botella de dilución durante la
incubación, se debe utilizar un sello de agua, que se puede lograr
satisfactoriamente invirtiendo las botellas en un baño de agua o
adicionando agua en el reborde cóncavo de la boca de las botellas
especiales para la DBO. Colocar una copa de papel o plástica o un
capuchón metálico sobre la boca de la botella para reducir la evaporación
del sello de agua durante la incubación.
2.
1ºC; excluir cualquier fuente luminosa para eliminar el proceso de
producción fotosintética de OD.
V.
Reactivos
52
1.
Solución tampón de fosfato: Disolver 8,5 g de KH2PO4, 21,75 g de K2HPO4,
33,4 g de Na2HPO4.7H2O, y 1,7 g de NH4Cl en aproximadamente 500 mL
de agua destilada y diluir a 1 L. El pH debe ser 7,2 sin posteriores ajustes.
Si se presenta alguna señal de crecimiento biológico, descartar este o
cualquiera de los otros reactivos.
2.
Solución de sulfato de magnesio: Disolver 22,5 g de MgSO 4.7H2O en agua
destilada y diluir a 1 L.
3.
Solución de cloruro de calcio: Disolver 27,5 g de CaCl2 en agua destilada y
diluir a 1L.
4.
Solución de cloruro férrico: Disolver 0,25g de FeCl3.6H2O en agua
destilada, diluir a 1L
5.
Soluciones ácida y alcalina, 1 N, para neutralización de muestras cáusticas
o ácidas.
(a)
Acido. A un volumen apropiado de agua destilada agregar muy
lentamente y
mientras
se
agita,
28
mL
de
ácido
sulfúrico
concentrado; diluir a 1 L.
(2)
Alcali. Disolver 40 g de hidróxido de sodio en agua destilada y diluir
a 1 L.
6.
Solución de sulfito de sodio: Disolver 1,575 g de Na 2SO3 en 1000 mL de
agua destilada. Esta solución no es estable y se debe preparar
diariamente.
7.
Inhibidor de nitrificación: 2-cloro-6-(triclorometil)piridina.
8.
Solución de glucosa-ácido glutámico: Secar a 103ºC por 1 h glucosa y
ácido glutámico grado reactivo. Disolver 150 mg de glucosa y 150 mg de
ácido glutámico en agua destilada y diluir a 1 L. Preparar inmediatamente
antes de su uso.
9.
Solución de cloruro de amonio: Disolver 1,15 g de NH4Cl en 500 mL de
agua destilada, ajustar el pH a 7,2 con solución de NaOH, y diluir a 1 L. La
solución contiene 0,3 mg de N/mL.
VI.
Procedimiento
53
1.
Preparación del agua de dilución. Colocar la cantidad de agua necesaria en
una botella y agregar por cada litro, 1 mL de cada una de las siguientes
soluciones: tampón fosfato, MgSO4, CaCl2, y FeCl3. El agua de dilución se
puede inocular como se describe en 6.4; chequear y guardar como se
describe en 6.2 y 6.3, de tal manera que siempre se tenga disponible.
Llevar el agua de dilución a una temperatura de 20ºC antes de su uso;
saturarla con OD por agitación en una botella parcialmente llena, por
burbujeo de aire filtrado libre de materia orgánica, o guardarla en botellas lo
suficientemente grandes con tapón de algodón, para permitir su saturación.
Emplear material de vidrio bien limpio para proteger la calidad del agua.
Verificación del agua de dilución. Aplicar este procedimiento como una
forma de verificación básica de la calidad del agua de dilución.
Si el agua consume más de 0,2 mg de oxígeno/L se debe mejorar su
purificación o emplear agua de otra fuente; si se usa el procedimiento de
inhibición de la nitrificación, el agua de dilución inolculada, se debe guardar
en un sitio oscuro a temperatura ambiente hasta que el consumo de
oxígeno se reduzca lo suficiente para cumplir el criterio de verificación.
Confirmar la calidad del agua de dilución almacenada que está en uso,
pero no agregar semilla para mejorar su calidad. El almacenamiento no es
recomendable cuando se va a determinar la DBO sin inhibición de
nitrificación, ya que los organismos nitrificantes se pueden desarrollar en
este período. Revisar el agua de dilución para determinar la concentración
de amonio, y si es suficiente después del almacenamiento; de lo contrario,
agregar solución de cloruro de amonio para asegurar un total de 0,45 mg
de amonio como nitrógeno/L. Si el agua de dilución no ha sido almacenada
para mejorar su calidad, agregar la cantidad suficiente de semilla para
producir un consumo de OD de 0,05 a 0,1 mg/L en cinco días a 20ºC.
Llenar una botella de DBO con agua de dilución, determinar el OD inicial,
incubar a 20ºC por 5 días y determinar el OD final como se describe en 6.8
54
y 6.10. El OD consumido en este lapso no debe ser mayor de 0,2 mg/L y
preferiblemente menor de 0,1 mg/L.
Chequeo con glucosa-ácido glutámico. Debido a que la prueba de la DBO
es un bioensayo, sus resultados pueden estar muy influenciados por la
presencia de sustancias tóxicas o por el uso de semillas de mala calidad.
Muchas veces el agua destilada puede estar contaminada con cobre, o
algunos inóculos de aguas residuales pueden ser relativamente inactivos, y
si se emplean tales aguas o inóculos siempre se van a obtener bajos
resultados. Controlar periódicamente la calidad del agua de dilución, la
efectividad de las semillas y la técnica analítica, por mediciones de la DBO
para compuestos orgánicos puros y muestras con adiciones conocidas. En
general, para determinaciones de la DBO que no requieran una semilla
adaptada, usar como solución estándar de chequeo una mezcla de 150 mg
de glucosa/L y 150 mg de ácido glutámico/L. La glucosa tiene una
velocidad de oxidación excepcionalmente alta y variable, pero cuando es
empleada con ácido glutámico se estabiliza, y es similar a la obtenida con
aguas
residuales
municipales.
Si
un
agua
residual
contiene
un
constituyente mayoritario identificable, que contribuye a la DBO, usar este
compuesto en remplazo de la mezcla de glucosa-ácido glutámico.
Determinar la DBO5 a 20ºC de una dilución al 2% de la solución estándar
de chequeo glucosa-ácido glutámico mediante las técnicas descritas en los
numerales 6.4 a 6.10. Evaluar los datos como se describe en la sección de
Precisión.
Inoculación.
1.
Origen de las semillas o inóculo. Es necesario que en la muestra esté
presente una población de microorganismos capaces de oxidar la materia
orgánica biodegradable. Las aguas residuales domésticas no cloradas, los
efluentes no desinfectados de plantas de tratamiento biológico, y las aguas
superficiales que reciben descargas residuales contienen poblaciones
satisfactorias de microorganismos. Algunas muestras no contienen una
55
población microbiana suficiente (por ejemplo, efluentes industriales sin
tratamiento, aguas desinfectadas, efluentes con elevada temperatura o con
valores extremos de pH), por tanto deben inocularse por adición de una
población adecuada de microorganismos. La semilla o inóculo preferible es
el efluente de un sistema de tratamiento biológico, en su defecto, el
sobrenadante de aguas residuales domésticas después de dejarlas
decantar a temperatura ambiente por lo menos 1 h pero no más de 36 h.
Cuando se emplee el efluente de un proceso de tratamiento biológico, se
recomienda aplicar el procedimiento de inhibición de la nitrificación.
Algunas muestras pueden contener materiales no degradables a las tasas
normales de trabajo de los microorganismos; inocular tales muestras con
una población microbiana adaptada, obtenida a partir de efluentes sin
desinfectar de un proceso de tratamiento biológico de aguas residuales.
También se puede obtener la semilla en el cuerpo de agua receptor del
vertimiento, preferiblemente de 3 a 8 Km después del punto de descarga.
Cuando no se disponga de ninguna de dichas fuentes del inóculo,
desarrollar en el laboratorio una semilla adaptada, por aireamiento continuo
de una muestra clarificada de agua residual doméstica y adición de
pequeños incrementos diarios de aguas residuales. Para obtener la
población microbiana inicial, usar una suspensión de suelo, un lodo
activado, o una preparación a partir de semilla comercial. Ensayar el
rendimiento de la semilla haciendo pruebas de la DBO en las muestras
hasta obtener una población satisfactoria. Si los valores de la DBO
aumentan con el tiempo hasta un valor constante, se consideran como un
indicio de la adaptación sucesiva de la semilla o inóculo.
1.
Control de inóculos. Determinar la DBO del material inoculante como si se
tratara de una muestra. De este valor y del conocimiento del dato del agua
de dilución determinar el OD consumido. Hacer las diluciones necesarias
hasta obtener una disminución de por lo menos el 50% del OD. La gráfica
de la disminución de OD expresada en miligramos por litro contra los
mililitros de inóculo, origina una recta cuya pendiente debe interpretarse
56
como la disminución de OD por mililitro de inóculo. La intercepción de la
recta con el eje de los valores de reducción del OD representa la
disminución del oxígeno provocada por el agua de dilución, valor que debe
ser inferior a 0,1 mg/L (ver 6.8). Con el objeto de corregir el valor de OD
consumido por una muestra, se debe restar a éste el consumido por el
inóculo. El consumo de OD del agua de dilución más el inóculo puede estar
en el intervalo de 0,6 a 1,0 mg/L. En el numeral 6.6 se describen las
técnicas para adición de material inoculante al agua de dilución, para dos
métodos de dilución de muestras.
Blanco de agua de dilución. Con el objeto de verificar la calidad del agua
de dilución sin inóculo y la limpieza de los materiales, usar una porción de
la misma y llevarla junto con las muestras a través de todo el
procedimiento. El OD consumido por el agua de dilución debe ser menor
de 0,2 mg/L y preferiblemente no mayor de 0,1 mg/L.
Pretratamiento de la muestra
1.
Muestras con alcalinidad cáustica o acidez. Neutralizar las muestras a pH
entre 6,5 y 7,5 con una solución de ácido sulfúrico (H2SO4) o hidróxido de
sodio (NaOH) de concentración tal que la cantidad de reactivo no diluya la
muestra en más de 0,5%. La menor dilución de muestra no debe afectar el
pH dado por el agua de dilución inoculada.
2.
Muestras con compuestos residuales de cloro. Evitar las muestras que
contengan cloro residual; tomarlas antes del proceso de cloración; si la
muestra ha sido clorada pero no presenta cloro residual detectable,
inocular el agua de dilución; si hay cloro residual, declorar la muestra e
inocular el agua de dilución (ver 6.7). No ensayar las muestras que han
sido decloradas, sin inocular el agua de dilución. En algunas muestras, el
cloro se elimina si se dejan 1 o 2 h a la luz, lo cual puede suceder durante
el transporte y manejo de la muestra. Para muestras en las cuales el cloro
residual no se disipa en un tiempo razonablemente corto, eliminar el cloro
residual por adición de solución de Na2SO3. El volumen de Na2SO3
57
requerido se determina en una porción de 100 a 1 000 mL de la muestra,
previamente neutralizada, por la adición de 10 mL de ácido acético 1 + 1 o
H2SO4 1 + 50, 10 mL de solución de yoduro de potasio (10 g KI/100 mL),
por cada 1000 mL de muestra; el volumen resultante se titula con solución
de Na2SO3 hasta su punto final, determinado por el indicador almidón-yodo.
Se agrega a la muestra neutralizada, el volumen relativo de solución de
Na2SO3 determinado, se mezcla bien y se deja en reposo cerca de 10 a 20
minutos. Ensayar la muestra para determinar el cloro residual. (NOTA: Un
exceso de Na2SO3 en la muestra, consume oxígeno y reacciona con ciertas
cloraminas orgánicas que pueden estar presentes en muestras tratadas).
3.
Muestras contaminadas con sustancias tóxicas. Las muestras de aguas
residuales provenientes de industrias, por ejemplo electroquímicas,
contienen metales tóxicos. Estas muestras requieren de estudios
especiales y deben ser tratadas antes de medirles la DBO.
4.
Muestras sobresaturadas con OD. En muestras procedentes de aguas muy
frías o de aguas en que la producción primaria es alta, los valores de OD a
20ºC suelen ser mayores de 9 mg de OD/L. Para prevenir pérdidas de
oxígeno durante la incubación, llevar la temperatura de la muestra a 20ºC
en una botella parcialmente llena, mientras se sacude fuertemente o se
burbujea aire comprimido filtrado y limpio.
5.
de hacer las diluciones.
6.
Inhibición de la nitrificación. A las muestras contenidas en botellas de 300
mL se agregan 3 mg de 2-cloro-6-(triclorometil)-piridina (TCMP) o se puede
agregar directamente al agua de dilución para lograr una concentración
final de aproximadamente 10 mg de TCMP/L. (NOTA: Es posible que la
TCMP se disuelva lentamente y permanezca flotando en la superficie de la
muestra; algunas formulaciones comerciales se disuelven más fácilmente
pero no son 100% puras, por lo que se debe ajustar la dosificación). Las
muestras que requieren el procedimiento de inhibición de la nitrificación
incluyen: efluentes tratados biológicamente, muestras inoculadas con
efluentes tratados biológicamente, y aguas de río, pero no se limitan
58
necesariamente a estas. En el reporte de los resultados registrar el uso del
procedimiento de inhibición de la nitrificación.
Técnica de dilución. Los resultados más acertados se obtienen con
diluciones de muestra en las que los valores de OD residual son por lo
menos 1 mg/L y un consumo de OD de por lo menos 2 mg/L después de
los 5 días de incubación. La experiencia con muestras de diferente origen
permiten optimizar el número de diluciones requeridas; la correlación de la
DQO con la DBO puede constituir una guía efectiva para la selección de
las diluciones más convenientes. Si no se dispone de esta metodología, se
pueden emplear las diluciones de 0,0 a 1,0 % para efluentes líquidos
industriales, 1 a 5 % para efluentes industriales no tratados y decantados, 5
a 25 % para efluentes con tratamiento secundario o biológico, y 25 a 100 %
para corrientes contaminadas.
Las diluciones se efectúan en probetas y luego se transfieren a las botellas
de DBO, o se preparan directamente en las botellas. Cualquiera de los dos
métodos de dilución puede combinarse con cualquier técnica para
medición de OD. El número de botellas a ser preparadas para cada
dilución depende de la técnica de análisis del OD y del número de réplicas
deseadas. Cuando sea necesaria la inoculación, agregar la semilla
directamente al agua de dilución o a cada probeta o botella de DBO antes
de la dilución. La inoculación en las probetas evita la disminución de la
relación semilla: muestra cuando se hace un incremento en las diluciones.
1.
Diluciones preparadas en probeta. Si se emplea el método modificado de la
azida para la medición de OD, transvasar cuidadosamente el agua de
dilución -inoculada si es necesario-, hasta llenar la mitad de una probeta de
1 a 2 L de capacidad por medio de sifón para evitar la entrada de aire.
Agregar la cantidad deseada de muestra cuidadosamente mezclada y diluir
al nivel apropiado con agua de dilución; mezclar bien con una varilla tipo
émbolo y evitar la entrada de aire. Trasvasar la dilución a dos botellas de
DBO por medio de sifón. Determinar el OD inicial en una de estas botellas.
59
Tapar herméticamente la segunda botella, con sello de agua, e incubar por
5 d a 20ºC. Si se determina el OD por el método de electrodo de
membrana, transvasar la mezcla de dilución a una botella DBO por medio
de sifón. Determinar el OD inicial en esta botella, descartar el residuo y
llenar nuevamente la botella con la muestra diluida. Tapar herméticamente
la botella, con sello de agua, e incubar por 5 d a 20ºC.
2.
Diluciones preparadas directamente en botellas DBO. Con una pipeta de
boca ancha agregar el volumen de muestra deseado a diferentes botellas
para DBO de volumen conocido. Agregar, a cada botella o al agua de
dilución, las cantidades apropiadas de semilla; llenar las botellas con
suficiente agua de dilución, inoculada si es necesario, de tal manera que al
insertar el tapón se desplace todo el aire, sin dejar burbujas. Para
diluciones mayores de 1:100 hacer una dilución preliminar en una probeta
antes de hacer la dilución final. Preparar dos botellas de cada dilución
cuando se empleen los métodos yodométricos de volumetría para la
medición del OD; determinar el OD inicial en una de las dos botellas, tapar
herméticamente la segunda botella, con sello de agua, e incubar por 5 d a
20ºC. Si se emplea el método de electrodo de membrana para la medición
de OD, preparar solamente una botella de DBO por cada dilución;
determinar el OD inicial en esta botella y remplazar cualquier contenido
desplazado
con
agua
de
dilución
para
llenar
la
botella.
Tapar
herméticamente, con sello de agua, e incubar por 5 d a 20ºC. Enjuagar el
electrodo de OD entre determinaciones para prevenir la contaminación
cruzada de las muestras.
Determinación del OD inicial. Si la muestra contiene sustancias que
reaccionan fácilmente con el OD, es necesario determinar el OD antes de
llenar la botella de DBO con la muestra diluida. Si el consumo de OD inicial
es insignificante, el período entre la preparación de la dilución y la medida
del OD inicial no es crítico. Emplear el método modificado de la azida
(método yodométrico) o el método de electrodo de membrana, para
determinar el OD inicial en todas las muestras diluidas, testigos y, si se
considera necesario, en los controles de semilla.
60
los controles de semilla, los blancos de agua de dilución y los patrones de
glucosa-ácido glutámico. Hacer un sello de agua como se describe en 6.7.
Determinación del OD final. Determinar el OD en las muestras diluidas, los
blancos y los patrones después de 5 días de incubación como se describe
en 6.8.
VII.
1.
Cálculos
Cuando el agua de dilución no ha sido inoculada:
DBO5, mg/lt = (D1-D2)/P
2.
Cuando el agua de dilución ha sido inoculada:
DB)5, mg/lt = {(D1-D2)-(B1-B2)*f }/P
donde:
D1 = OD de la muestra diluida inmediatamente después de la preparación,
mg/L,
D2 = OD de la muestra diluida después de 5 d de incubación a 20ºC, mg/L,
P = fracción volumétrica decimal de la muestra empleada,
B1 = OD del control de semilla antes de la incubación, mg/L (sección 6.1.4),
B2 = OD del control de semilla después de la incubación, mg/L (sección
6.1.4), y
f= proporción de semilla en la muestra diluida a la semilla en el control de
semilla
= (% de semilla en la muestra diluida)/(% de semilla en el control de
semilla).
61
3.
Si el material inoculante se agrega directamente a la muestra o a las
botellas de control:
f=(volumen de semilla en la muestra diluida)/(volumen de semilla en el
control de semilla)
4.
Si se ha inhibido la nitrificación, reportar los resultados como DBO5.
1.
Los resultados obtenidos para las diferentes diluciones pueden ser
promediados si se cumple con los requisitos de valores de OD residual de
mínimo 1 mg/L y un consumo de OD de por lo menos 2 mg/L. Este
promedio se puede hacer si no hay evidencia de toxicidad en las muestras
menos diluidas o de alguna alteración detectable.
2.
En estos cálculos no se hace corrección por el OD consumido por el blanco
de agua de dilución durante la incubación. Esta corrección no es necesaria
si el agua de dilución cumple el criterio de blanco estipulado en el
procedimiento. Si el agua de dilución no cumple este criterio, la corrección
es difícil y los resultados serán cuestionables.
VIII.
1.
Precisión
No existe un procedimiento aceptable para establecer la precisión y
exactitud de la prueba de la DBO. El control de glucosa-ácido glutámico
prescrito está proyectado como un punto de referencia para la evaluación
de la calidad del agua de dilución, la efectividad de la semilla, y la técnica
analítica.
2.
Ochenta y seis analistas, pertenecientes a 58 laboratorios analizaron
muestras de aguas naturales dosificadas con incrementos exactos de
compuestos orgánicos, con valores promedios de DBO de 2,1 y 175 mg/L;
3.
Las pruebas realizadas en un laboratorio con una solución de glucosaácido glutámico de 300 mg/L, produjeron los siguientes resultados:
Número de meses
:
14
62
4.
Número de triplicados
:
421
Promedio recuperado mensualmente
:
204 mg/L
Desviación estándar promedio mensual :
10,4 mg/L
Los estudios estadísticos de precisión y exactitud de las determinaciones
de la DBO, realizados en ejercicios de inter calibración que involucraron de
2 a 112 laboratorios, con diferentes analistas y semillas, en muestras
sintéticas que contenían glucosa y ácido glutámico en proporción 1:1 en el
intervalo de concentraciones de 3,3 a 231 mg/L, proporcionaron el
promedio, X, y la desviación estándar, S, a través de las ecuaciones de
regresión correspondientes:
X = 0,658 (nivel agregado, mg/l) + 0,280 mg/L
S = 0,100 (nivel agregado, mg/l) + 0,547 mg/L
Para el estándar primario de 300 mg/L, el promedio de DBO 5-d fue de 198
mg/L con una desviación estándar de 30,5 mg/L.
5.
Valores límites de control: Debido a la gran variedad de factores que
afectan las pruebas de la DBO en los estudios multilaboratorios y la
consecuente disparidad en los resultados, se recomienda como valor límite
de control para laboratorios individuales u
determinada en las pruebas interlaboratorios. Para cada laboratorio,
establecer los valores límites de control efectuando un mínimo de 25
análisis de glucosa-ácido glutámico (ver 6.3) en un período de algunas
semanas o meses y calcular la media y la desviación estándar. Emplear
como valor límite de control para futuros chequeos de glucosa-ácido
calculados para los ensayos de un solo laboratorio, presentados
anteriormente, con los resultados interlaboratorios. Reevaluar los valores
investigar el origen del problema. Si la DBO medida para un patrón de
63
glucosa-ácido glutámico está fuera del intervalo aceptado, rechazar las
pruebas hechas con tales semilla y agua de dilución.
4.
Intervalo de trabajo: es igual a la diferencia entre el máximo OD inicial (7 a
9 mg/L) y el mínimo OD residual de 1 mg/L multiplicado por el factor de
dilución. Un límite de detección más bajo de 2 mg/L se establece para una
disminución del OD mínima de 2 mg/L.
ejemplo
Muestro
Las muestras deben recogerse como en la prueba del oxígeno disuelto, cuando no se
requiera diluir las muestras, pueden usarse muestras instantáneas de aguas negras
crudas o tratadas, pero son más representativas de la composición media, las muestras
integradas. Esta prueba no puede hacerse sobre efluentes clorados.
Equipo
Dispositivo para muestreo o cucharón de aluminio.
frascos claros de cristal, con tapon esmerilado, de 100 ml.
Dos pipetas de 5 ml, graduadas en 0.1 ml.
Tres pipetas de 1 ml, graduadas en 0.1 ml.
Probeta graduada de 250 ml.
Matraz Erlenmeyer de 500 ml.
Bureta.
1. Soporte para bureta.
2. Pinzas.
3. Frasco gotero de 30 ml.
4. Termómetro.
5. Frasco de 20 l (5 galones).
6. Bomba de vacío para filtración.
7. Pipetas para transferir, de 5, 10, 20, 50 y 100 ml.
8. Balanza analítica.
9. Baño de agua a 20℃.
10. Sifón de vidrio.
11. Tubo de hule.
64
12. Pinza para tubo de hule.
Reactivos
1. Para
la
mayoría
de
los
laboratorios de
plantas de
tratamiento
probablemente es aconsejable la compra de los reactivos. Todos se
pueden adquirir en las casas proveedoras comerciales.
2. Tendrá que prepararse el reactivo de tiosulfato N/40 por dilución de la
solución N/10, así como el agua de dilución que se use en esta prueba.
3. Acido sulfúrico concentrado.
4. Sulfato manganoso; 480 gramos de MnSO4·4H2O, ó 400 gramos de
MnSO4·2H2O por litro.
5. Alcalina de nituro-yoduro; 500 gramos de NaOH y 135 gramos de NaI se
disuelven por separado y se mezclan para ajustarse a un litro.
Justamente antes de usarse, se disuelve un gramo de NaN3 en 100 ml
de la solución alcalina de yoduro. No se calienta. Se requieren tres horas
para que se disuelva el nitruro de sodio. La solución alcalina de nitruroyoduro es estable solamente durante dos semanas.
6. El Tiosulfato de sodio N/40. Dilúyase un volumen de N/10 con tres
volúmenes de agua distilata, para hacer tiosulfato de sodio N/40, el cual
es estable solamente durante unas dos semanas y debe usarse
recientemente preparado o revalorarse.
7. Indicador de almidón, de cinco gramos por litro; se preserva con 1.25
gramos de ácido salisílico.
8. Cloruro férricico; 0.25 gramos de Fecl3·6H2O por litro.
9. Cloruro de calcio; 27.5 gramos de Cacl2 por litro.
10. Sulfato de magnesio; 22.5 gramos de MgSO4·7H2O por litro.
11. Amortiguador de fosfato de amonio. Disuélvanse 8.5 gramos de
KH2PO4, 21.75 gramos de K2HPO4, 33.4 gramos de Na2HPO4∙7H2O y
1.7 gramos de NH4cl en unos 500 ml de agua destilada y diluyase a un
litro. El pH de esta solución amortiguador debe ser de 7.2 sin ulterior
ajuste.
65
Procedimiento
1. Agréguese 20 litros (5 galones) de agua destilada.
2. Agréguense 18.9 ml de solución de cloruro férrico, 18.9 ml de solución de
cloruro de calcio, 18.9 ml de solución de sulfato de magnesio y 18.9 ml de
solución amortiguadora de fosfato de amonio (pH 7.2) al agua de dilución,
y
mézclese bien.
3. Sifoneese agua de dilución a un frasco de 300 ml de tapón esmerilado, hasta
que quede lleno aproximadamente a la mitad.
4. Al frasco lleno hasta la mitad agréguese con una pipeta la cantidad de muestra
deseada. Las cantidades podrían ser:
4.1. Aguas negras crudas, 3.0 a 6.0 ml.
4.2. Aguas negras sedimentadas, 6.0 a 12.0 ml.
4.3. Efluente final, 50 a 100ml.
5.
Llénese el frasco hasta el cuello, con el agua de dilución y tápese de manera
que no queden atrapadas burbujas de aire.
6.
Llénese otro frasco de 300 ml con agua de dilución solamente.
7.
Colóquense ambos frascos en un baño de agua a 20℃ o en un incubador.
8.
Determínese el oxígeno disuelto de la muestra si es de un efluente o de una
corriente. El oxígeno disuelto de las aguas negras crudas o sedimentadas puede
considerarse como igual a cero.
9.
Después de cinco días determínese el oxígeno disuelto en cada una de las
muestras incubadas, por el procedimiento descrito al principio.
10. Determínese el volumen exacto de cada uno de los frascos de 300 ml.
Cálculo
1. Los resultados se expresan en ppm de demanda bioquímica de oxígeno.
Número del frasco
A
B
Volumen del frasco
305
295
Volumen de la muestra
0
5
Valoración de 200 ml, después de cinco días de incubado
66
Lectura de la bureta después de la titulación
8.2
12.7
Lectura de la bureta antes de la valoración
0.00
0.2
Ml de tiosulfato N/40 usado: (1) menos (2)
8.5
4.5
Oxígeno disuelto en la muestra de aguas negras
0.0
Oxígeno disuelto inicial, calculado
8.2
8.1
Oxígeno disuelto final
8.2
4.5
Disminución del oxígeno disuelto
0.0
0.6
Demanda bioquímica de oxígeno en cinco días
212 mg/l
Número del frasco, cada frasco debe numerarse para permitir su identificación.
Volumen del frasco.
Debe determinarse el volumen de cada frasco, llenándolo con agua, poniéndole
su tapón y midiendo después su contenido en una probeta graduada
También pueden comprarse frascos de 300 ml.
Volumen de la muestra. Es el volumen de muestra que se vierta en cada frasco.
Cálculo del oxígeno disuelto inicial. Es el oxígeno disuelto disponible del agua de
dilución con la muestra.
Volumen del agua de dilución = 295-5 = 290 ml.
Volumen de la muestra = 5 ml.
Oxígeno disuelto del agua de dilución = 8.2 ppm.
Oxígeno disuelto de la muestra = 0.
Oxígeno disuelto inicial = Volumen del agua de dilución X oxígeno disuelto del
agua de dilución, más el volumen de muestra X oxígeno disuelto de la muestra y
todo dividido entre el volumen de la muestra más el agua de dilución.
290 X 8.2 + 5 X 0.0
ODISUELTO INICIAL =--------------------------------------- = 8.1 ppm
295
Oxígeno disuelto final es el oxígeno disuelto determinado por la valoración;
mililitros de tiosulfato N/40 gastados, igual a las ppm de oxígeno disuelto cuando
se valora una muestra de 200 ml.
67
Abatimiento del oxígeno disuelto es la diferencia entre el oxígeno disuelto inicial
calculado y el oxígeno disuelto final.
Demanda bioquímica de oxígeno en cinco días es el oxígeno disuelto requerido
por la muestra sin diluir, expresado en ppm.
Volumen del frasco
DBO= abatimiento del oxígeno disuelto X -----------------------------Volumen de la muestra
295
DBO = 3.6 X ------------- = 212 mg/l
5
68
ANEXO 2.
DEMANDA DE OXÍGENO Y MATERIA ORGÁNICA
Cerca del 75% de los sólidos en suspensión y del 40% de los sólidos filtrables de
un agua residual de concentración media son de naturaleza orgánica. Son sólidos
que provienen de los reinos animal y vegetal, así como de las actividades
humanas relacionadas con la síntesis de compuestos orgánicos.
Los compuestos orgánicos están formados normalmente por combinaciones de
carbono, hidrógeno y oxígeno, con la presencia, en determinados casos, de
nitrógeno. También pueden estar presentes otros elementos cono azufre, fósforo
o hierro. Los principales grupos de sustancias orgánicas presentes en el agua
residual son las proteínas, 40-60%, hidratos de carbono, 25-50%, y grasas y
aceites, 10%.
Para poder evaluar el daño que pueden llegar a producir las aguas residuales, se
emplean diversas técnicas. Para aguas negras, que tienen una composición más
o menos constante, se emplea la cantidad de carbono presente en las mismas, ya
sea directamente, midiendo el carbono orgánico total, COT, o TOC en inglés, o
indirectamente, midiendo la capacidad reductora del carbono existente en dichas
aguas. Estas últimas son la Demanda Química de Oxígeno, DQO, y la Demanda
Bioquímica de Oxígeno, DBO. Así, con estas técnicas podemos determinar la
cantidad de materia orgánica putrescibles que están en el agua contaminada. En
principio, entre ellas, no hay relación en cuanto a los resultados, ya que los
efectos que se producen en el agua varían al aplicar cada técnica, de unas aguas
contaminadas a otras. Para el mismo fin se emplea a veces otro parámetro, la
oxidabilidad al permanganato.
La demanda de oxígeno de un agua residual es la cantidad de oxígeno que es
consumido por las sustancias contaminantes que están en esa agua durante un
cierto tiempo, ya sean sustancias contaminantes orgánicas o inorgánicas. Las
técnicas basadas en el consumo de oxígeno son la demanda química de oxígeno,
69
DQO, la demanda bioquímica del oxígeno (DBO) y el carbono orgánico total, COT
o TOC.
La Demanda Química de Oxígeno, DQO, es la cantidad de oxígeno en mg/l
consumido en la oxidación de las sustancias reductoras que están en un agua. Se
emplean oxidantes químicos, como el dicromato potásico. Tal y como hemos
dicho, el ensayo de la DQO se emplea para medir el contenido de materia
orgánica tanto de las aguas naturales como de las residuales. En el ensayo, se
emplea un agente químico fuertemente oxidante en medio ácido para la
determinación del equivalente de oxígeno de la materia orgánica que puede
oxidarse. La Demanda Bioquímica de Oxígeno, DBO, es la cantidad de oxígeno
en mg/l necesaria para descomponer la materia orgánica presente mediante
acción de los microorganismos aerobios presentes en el agua. Normalmente se
emplea la DBO5, que mide el oxígeno consumido por los microorganismos en
cinco días. Resulta el parámetro de contaminación orgánica más ampliamente
empleado. La determinación del mismo está relacionada con la medición del
oxígeno disuelto que consumen los microorganismos en el proceso de oxidación
bioquímica de la materia orgánica.
Para medir el TOC o COT, Carbono Orgánico Total, se emplean aparatos que
usan la oxidación en fase gaseosa. Se inyecta una cantidad conocida de muestra
en un horno de alta temperatura. En presencia de un catalizador, el carbono
orgánico se oxida a anhídrido carbónico, la producción de la cual se mide
cuantitativamente con un analizador de infrarrojos. La aireación y la acidificación
de la muestra antes del análisis eliminan los posibles errores debidos a la
presencia de carbono inorgánico. Si se conoce la presencia de compuestos
orgánicos volátiles en la muestra, se suprime la aireación para evitar su
separación. El ensayo puede realizarse en muy poco tiempo, y su uso se está
extendiendo muy rápidamente. No obstante, algunos compuestos orgánicos
presentes pueden no oxidarse, lo cual conducirá a valores medidos del COT
ligeramente inferiores a las cantidades realmente presentes en la muestra.
70
La oxidabilidad al permanganato es otra característica del agua a tener en cuenta.
El agua se trata con permanganato potásico, KMnO4, que oxida a las sustancias
de origen orgánico del agua. Después se determina la cantidad de permanganato.
El hecho de que la medición del contenido en materia orgánica se realice por
separado viene justificado por su importancia en la gestión de la calidad del agua
y en el diseño de las instalaciones de tratamiento de aguas.
Catalizador TOC
APARATO PARA MEDICIÓN DE DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO
Demanda Bioquímica de Oxígeno
Aparatos para la determinación de DBO mediante técnica manométrica hasta 1000
mg/l (ppm). Se pueden determinar valores más altos previa dilución. Estructura
metálica recubierta con pintura epoxi, especialmente diseñada y probada para
hacer al instrumento altamente resistente a la agresión de los reactivos químicos,
mecánicos y corrosivos en general.
Estos equipos pueden alojar 6 (BMS 6) ó 10 (BMS 10) botellas respectivamente.
Cada posición es provista de botella, manómetro y 4 escalas para intervalos hasta
90, 250, 600 y 1000 mg/l de DBO. La cantidad de muestra a analizar puede variar
de 100 a 400 ml. La capacidad total es de 500 ml. Las muestras son mantenidas
en agitación mediante un sistema de 6 ó 10 agitadores magnéticos. El equipo
permite determinar las curvas de evolución cinética del proceso. Junto con el
instrumento vienen provistos la metodología para DBO y el manual de
instrucciones para soporte del operador. Para la determinación del DBO es
71
necesario el uso de una heladera para DBO. Las dimensiones han sido previstas
para poder colocar un BMS10 en la heladera Velp FTC 90 (código 10.0140) o dos
BMS10 en la heladera Velp FOC 225E (código 10.0141).
Demanda Bioquímica de Oxígeno
CODIGO
DE
PRODUCTO : 2119
Test Kits Químicos Oxigeno Disuelto
En las aguas superficiales, la presencia de oxígeno
disuelto es esencial para mantener la vida de los
ecosistemas. En la industria, la concentración de
oxígeno disuelto va monitorizada tanto en el tratamiento
CODIGO
DE
PRODUCTO : 5841
de aguas residuales como en las plantas de calefacción.
El
Kit
HANNA
instruments®
permite
determinar
cuidadosamente la concentración de oxígeno disuelto en
el agua por medio de una nitración con una adaptación del método Winkler.
72
ANEXO 3.
DETERMINACIÓN DE OXÍGENO DISUELTO
PROCEDIMIENTOS DE LA PRUEBA
1. Saque el equipo para la prueba de Oxígeno Disuelto (OD). Siga
cuidadosamente las instrucciones que vienen con el equipo. No olvide
anotar sus resultados en ppm o mg/L.
2. Cuando recoja la muestra de agua, tenga en cuenta estos lineamientos
importantes:
o
Tome la muestra lejos de la margen del agua y por debajo del nivel de de
la superficie del agua.
o
Tenga cuidado de no atrapar burbujas de aire en la muestra durante el
proceso de recolección; puede dar una lectura alta falsa.
o
Deje que el agua lleve suavemente la botella para la muestra de OD desde
el fondo hasta la parte superior.
o
Ponga una tapa en la botella mientras está bajo el agua.
3. Examine el nivel de OD inmediatamente. La actividad biológica en la
muestra y la exposición al aire pueden cambiar rápidamente el nivel de OD.
4. Repita la prueba de OD tres veces.
Se esperan los siguientes resultados
Nivel de Oxígeno Disuelto (OD) en ppm ó
Calidad de agua
mg/L
0,0 – 4,0
Mala
Algunas poblaciones de peces y
macroinvertebrados empezarán a
baja.
4,1 – 7,1
Aceptable
8,0 – 12
Buena
12,0 a más
Repita la prueba
El agua puede airearse
73
artificialmente.
NOTA:
A 20º C (temperatura ambiente) y presión atmosférica estándar
(nivel del mar), la cantidad máxima de oxígeno que puede disolverse en agua
dulce es 9 ppm. Si la temperatura del agua está por debajo de 20º C, puede haber
más oxígeno disuelto en la muestra. En general, un nivel de oxígeno disuelto de
9-10 ppm se considera muy bueno.
A niveles de 4 ppm o menos, algunas poblaciones de peces y macroinvertebrados
(por ejemplo, la corvina, la trucha, el salmón, las ninfas de la mosca de mayo, las
ninfas de la mosca de las piedras y las larvas de frigáneas) empezarán a bajar.
Otros organismos tienen mayor capacidad de supervivencia en agua con niveles
bajos de oxígeno disuelto (por ejemplo, los gusanos de lodo y las sanguijuelas).
Los niveles bajos de OD pueden encontrarse en áreas donde el material orgánico
(plantas muertas y materia animal) está en descomposición. Las bacterias
requieren oxígeno para descomponer desechos orgánicos y, por lo tanto,
despojan el agua de oxígeno. Las áreas cercanas a las descargas de aguas
negras a veces tienen niveles bajos de OD debido a este efecto. Los niveles de
OD también son bajos en aguas tibias que se mueven despacio.
ejemplo
Muestreo
Se requiere un equipo especial para recolectar las muestras para esta prueba.
Las muestras deben tomarse de tal manera que el frasco quede completamente lleno de
líquido que no haya estado en contacto con el aire y que no quede ninguna burbuja de
aire bajo el tapón.
Para esto se requiere un volumen tres veces mayor del que desplace el frasco de
muestro.
Debe anotarse la temperatura de las muestras en el momento del muestreo.
Equipo
Muestreador de oxígeno disuelto
Frascos para muestras de 300 ml con tapón esmerilado.
Tres pipetas de 5 ml, graduadas en 0.1 ml
Probeta graduada
Matraz Erlenmeyer de 500 ml
Bureta;
74
Soporte para bureta;
Pinzas para bureta;
Acido sulfúrico concentrado;
Solución normal de nitruro-yoduro alcalina;
1.
Solución normal de sulfato manganoso;
2.
Frasco gotero de 30 ml;
3.
Solución indicadora de almidón;
4.
Tiosulfato de sodio N/40
5.
Termómetro.
Procedimiento para muestras en frascos de 300㎖
Viértanse 2 ml de solución de sulfato manganoso y 2 ml de solución alcalina de nitruroyoduro.
Agítese durante veinte segundos por inversión del frasco.
Déjese que se asiente el precipitado por debajo del cuello del frasco.
Agréguense 2 ml de ácido sulfúrico concentrado y agítese.
Mídanse 200 ml, pásense al matraz Erlenmeyer, procurando que sean mínimas las
pérdidas de yodo.
Valórese el yodo liberado con tiosulfato N/40, hasta que la muestra tenga color amarillo
pálido.
Agréguese un ml de solución de almidón y continúese la valoración cuidadosamente
hasta la decoloración, sin tomar en cuenta ninguna reaparición de color.
Cálculo
Los resultados se expresan en ppm de oxígeno disuelto o en porcentaje de saturación.
Si se emplea un tiosulfato exactamente N/40 para valorar 200 ml de muestra.
El número de mililitros del tiosulfato empleado es equivalente a las ppm de oxígeno
disuelto.
El porcentaje de saturación se calcula dividiendo el oxígeno disuelto de la muestra en
ppm entre el oxígeno disuelto en ppm en agua limpia o agua de mar de salinidad
adecuada, saturada a la temperatura de la muestra y multiplicando por 100.
75
1. Consúltese la tabla de bajo.
Tabla: Solubilidad del oxígeno en agua pura
(oxígeno disuelto, en partes por millón, en peso)
℃
oxígeno disuelto
℃
oxígeno disuelto
℃
oxígeno disuelto
0
14.62
10
11.33
20
9.17
1
14.23
11
11.08
21
8.99
2
13.84
12
10.83
22
8.83
3
13.48
13
10.60
23
8.68
4
13.13
14
10.37
24
8.53
5
12.80
15
10.15
25
8.38
6
12.48
16
9.95
26
8.22
7
12.17
17
9.74
27
8.07
8
11.87
18
9.54
28
7.92
9
11.59
19
9.35
29
7.77
76
ANEXO 4.
SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES
Secados a 103-105ºC
Código General: 009
1.
Sumario y Aplicaciones
Los sólidos suspendidos totales o el residuo no filtrable de una muestra de agua
natural o residual industrial o doméstica, se definen como la porción de sólidos
retenidos por un filtro de fibra de vidrio que posteriormente se seca a 103-105ºC
hasta peso constante.
Una muestra bien mezclada se pasa a través de un filtro estándar de fibra de
vidrio, previamente pesado, y el residuo retenido se seca a 103-105ºC hasta peso
constante. El incremento de peso del filtro representa el total de sólidos
suspendidos.
Si el material suspendido tapona el filtro y prolonga la filtración, la diferencia entre
los sólidos totales y los sólidos disueltos totales puede dar un estimativo de los
sólidos suspendidos totales.
Este método es aplicable a aguas potables, superficiales, y salinas, aguas
residuales domésticas e industriales y lluvia ácida, en un intervalo de 4 a 20 .000
mg/L.
2.
Limitaciones e Interferencias
Debido a que un residuo excesivo en el filtro puede formar una costra que impide
el paso del agua, limitar el tamaño de muestra de tal manera que se obtengan
como máximo 200 mg de residuo.
El taponamiento del filtro prolonga la filtración y puede producir resultados altos
debido a la excesiva retención de sólidos coloidales.
Para muestras con elevado contenido de sólidos disueltos, enjuagar muy bien el
filtro para asegurar la remoción del material disuelto.
3.
Toma y Preservación de Muestra
Eliminar de la muestra partículas flotantes grandes o aglomerados dispersos de
material no homogéneo.
Usar frascos de plástico o de vidrio resistente, en los que el material en
suspensión no se adhiera a las paredes del recipiente.
77
Realizar el análisis tan pronto como sea posible.
Refrigerar la muestra a 4ºC hasta el momento del análisis para minimizar la
descomposición microbiológica de los sólidos. Antes de iniciar el análisis, llevar
las muestras a temperatura ambiente.
Es preferible no almacenar las muestras por más de 24 h; bajo ningún concepto
guardar las muestras por más de 7 días.
4.
Aparatos
Filtros circulares de fibra de vidrio, sin aditivos orgánicos.
Aparato de filtración: puede ser uno de los siguientes, adecuado para el filtro
seleccionado:
a)
Embudo con filtro de membrana.
b)
Crisol Gooch, de 25 a 40 mL de capacidad, con su respectivo adaptador.
c)
Aparato de filtración con recipiente y disco fritado grueso (40- a 60-m m)
como soporte del filtro.
d)
Erlenmeyer con tubuladura lateral, de suficiente capacidad para el tamaño
de
muestra seleccionado.
e)
Discos de aluminio o de acero inoxidable, de 65 mm de diámetro, para
pesar.
f)
Desecador, con desecante e indicador coloreado de humedad o indicador
instrumental.
g)
Estufa para secado, para operar en el intervalo de 103 a 105ºC.
h)
Balanza analítica, con precisión de 0,1 mg.
i)
Bomba de vacío.
j)
Agitador magnético con barra agitadora de teflón.
k)
Pipetas de punta ancha.
5.
Reactivos
Agua destilada Tipo III., agua destilada y desmineralizada.
6.
Procedimiento
Preparación del filtro de fibra de vidrio: Insertar el filtro circular en el aparato de
filtración con el lado rugoso hacia arriba, aplicar vacío y lavar el filtro con tres
porciones sucesivas de 20 mL de agua destilada; continuar la succión hasta
remover todas las trazas de agua, y descartar el filtrado. Remover el filtro y
78
transferirlo a un disco para pesaje, con el cuidado necesario para prevenir que el
filtro seco se adhiera al disco; el material que se adhiera al disco debe agregarse
al filtro para evitar errores. También se puede pesar el filtro seco junto con el
disco tanto antes como después de la filtración; si se emplea un crisol Gooch,
remover y pesar este junto con el filtro. Secar en una estufa a 103-105ºC por 1 h
(si se van a determinar sólidos volátiles, secar a 550ºC por 15 min. en un horno).
Dejar enfriar en un desecador y pesar. Repetir el ciclo de secado, enfriado,
desecado y pesado hasta obtener peso constante, o hasta que la pérdida de peso
sea menor del 4% o de 0,5 mg de la pesada anterior, lo que sea menor. Guardar
el filtro en un desecador hasta que se vaya a emplear.
Selección del filtro y tamaño de muestras: Tomar una alícuota de muestra que
produzca entre 10 y 200 mg de residuo seco. Si se emplean más de 10 minutos
para completar la filtración, aumentar el tamaño del filtro o disminuir el volumen de
muestra; para muestras no homogéneas tales como agua residuales, usar un filtro
grande que permita filtrar una muestra representativa.
(c)
Análisis de muestras. Ensamblar el filtro al aparato de filtración e iniciar la
succión; humedecer el filtro con una pequeña cantidad de agua destilada para
fijarlo. Mientras se agita la muestra con un agitador magnético, tomar una alícuota
con pipeta y transferirla al filtro. Lavar el residuo con tres porciones sucesivas de
10 mL de agua destilada, y se deja secar completamente entre lavados; continuar
la succión por tres minutos después de completar la filtración. Las muestras con
alto contenido de sólidos disueltos pueden requerir lavados adicionales. Remover
cuidadosamente el filtro del aparato de filtración y transferirlo al disco de pesaje; si
se usa un crisol Gooch, removerlo de su adaptador.
(d)
Secar en una estufa a 103-105ºC, mínimo durante 1 h; dejar enfriar en un
desecador hasta
temperatura ambiente y pesar. Repetir el ciclo de secado,
enfriado, desecado y pesado
hasta obtener peso constante o hasta que la
pérdida de peso sea menor del 4% o de 0,5
mg del peso anterior, lo que sea
menor. Las determinaciones por duplicado deben
coincidir hasta en un 5% de
su promedio.
7.
Cálculos
mg de sólidos suspendidos totales/l = (A-B) x 1000/Volumen de Muestra, ml
79
donde:
A = peso del filtro + residuo seco, mg, y
B = peso del filtro, mg
8.
Precisión
(a)
En un estudio hecho por dos analistas con cuatro series de 10
determinaciones cada
una, la desviación estándar fue de 5,2 mg/L (coef.
variación 33%) para un nivel de concentración de 15 mg/L; 24 mg/L (10%) para
242 mg/L, y 13 mg/L (0,76%) para
(b)
1707 mg/L.
En un laboratorio individual se realizaron análisis por duplicado de 50
muestras de aguas naturales y aguas residuales con una desviación
estándar de ± 2,8 mg/L.
80
ANEXO
81
82
83
ANEXO: 03 CROQUIS DE LOS AFOROS DE LA CIUDA