Evaluación del sistema de tratamiento de lodos septicos de la EARTH

UNIVERSIDAD EARTH
EVALUACIÓN DE LA EFECTIVIDAD DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE LODOS
SÉPTICOS DE LA EARTH
Por
ÁNGEL MIGUEL MARÍN MONTERREY
HÉCTOR AGUILAR PERALTA
Trabajo de graduación
presentado como
requisito parcial para
optar al título de
INGENIERO AGRÓNOMO
Con el grado de
LICENCIATURA
Guácimo, Costa Rica
Diciembre, 2005
Trabajo de graduación presentado como requisito parcial para optar
al título de Ingeniero Agrónomo con el grado de Licenciatura
Profesor Asesor
Jane Yeomans, Ph.D.
Profesor Asesor
Junior Acosta, M.Sc.
Decano
Marlon Brevé, Ph.D.
Candidato
Ángel Miguel Marín Monterrey
Candidato
Héctor Aguilar Peralta
Diciembre, 2006
iii
DEDICATORIA
A Dios, por permitirme que mis metas se vayan cumpliendo.
A mis padres Luz Maria Monterrey y Florentino Marín por brindarme su apoyo y confiar
en mí en todo momento, dándome su ejemplo el cual a sido base fundamental para
forjar mi camino.
A mis hermanas por apoyarme y brindarme su cariño siempre.
Ángel M. Marín Monterrey.
A Dios, por ser el ser supremo que siempre me acompaña en todo lugar y me ha dado
las fuerzas necesarias para seguir adelante en los momentos que más las necesite.
A mis padres Héctor y Marilis, de los cuales he recibido todo el apoyo en las
oportunidades de superación que ellos mismos me han brindado. Son el principal
motivo por el cual día a día me esfuerzo en hacer algo importante de lo cual pueda
hacerlos sentir orgullo.
A mis amigos Ángel, Carlos, Fernando, Jenaro, Michael y Pablo; por permitirme
aprender de ellos cosas que me han ayudado mucho en mis cuatro años aún sin ellos
darse cuenta.
Héctor Aguilar Peralta
v
AGRADECIMIENTO
Agradecimiento a nuestros asesores por brindarnos todo el apoyo necesario en la
realización de nuestro proyecto de graduación.
A la Universidad EARTH por confiar en nosotros y permitirnos ser parte de su propuesta
de líderes de cambio para Latinoamérica.
A nuestros beneficiarios por contribuir en nuestra formación como profesionales de las
ciencias agrícolas.
Ángel M. Marín Monterrey.
A Dios, por su incondicional presencia y sabiduría.
A mis padres Héctor y Marilis, por su apoyo y comprensión. Gracias a ellos por estar
conmigo en una muy importante y culminada meta en mi vida.
A mis asesores Jane y Junior, por el apoyo y conocimientos brindados.
A mis beneficiarios por contribuir en mi formación profesional y confiar en mi
desempeño.
A mi compañero y sobre todo amigo Angel, por dar todo su esfuerzo y dedicación para
hacer de esta una experiencia sin problemas y muy grata de recordar.
Héctor Aguilar Peralta
vii
RESUMEN
En la actualidad el desmedido crecimiento poblacional ha provocado que la
cantidad de aguas residuales producidas por diversas actividades humanas aumente,
de manera que ha surgido la necesidad de tomar medidas legales que exijan a los
responsables de la producción de estas aguas realizar tratamientos que disminuyan el
grado de contaminación de las mismas. Sin embargo en Costa Rica solo el 5 % de las
aguas residuales son tratadas, dejando un 95 % de estas aguas que son liberadas al
ambiente contaminando las fuentes naturales de agua y alterando el ecosistema. En la
Universidad EARTH se ha creado una planta piloto para el tratamiento de residuos
sépticos la cual permita disminuir las características contaminadoras de estas aguas y
su reincorporación al medio ambiente de manera sostenible. Dicha planta esta siendo
evaluada para lograr que su función sea eficiente en la descontaminación de las aguas
residuales y que esta tecnología pueda ser difundida según sea necesario.
El presente proyecto pretende evaluar la eficiencia de la planta piloto de
tratamiento de aguas residuales con el objetivo de que quede establecido un proceso
que permita la descontaminación de estas aguas disminuyendo las características que
hacen de las mismas contaminantes. Se evaluó el funcionamiento de cada uno de los
componentes de la planta piloto de tratamiento de los residuos sépticos y se analizaron
muestras de las aguas a la salida de cada uno de los componentes del sistema. El
tratamiento de residuos sépticos en la planta piloto, con EMa al 5 %, no se llevó a cabo
en su totalidad, debido a que la planta y el equipo de recolección en general no
cumplían las condiciones mínimas para realizar el proceso de extracción, transporte y
estabilización. Los resultados de los análisis de los parámetros físicos y químicos de los
residuos indicaron que aunque el proceso la estabilización redujo las concentraciones
de DBO, DQO y sólidos en las aguas, todavía no cumplen con los niveles permisibles
de estos parámetros que se exigen por la ley en Costa Rica. Por eso, estas aguas
residuales requieren tratamientos adicionales. Se recomienda continuar con los análisis
químicos de cada extracción y después de cada componente en el sistema de
tratamiento. También se recomienda evaluar el impacto del efluente del lecho de
secado en el humedal del relleno sanitario.
ix
Palabras
clave:
Aguas
residuales,
estabilización,
lecho
de
secado,
lodos,
Microorganismos Eficaces (EM), residuos sépticos.
Marín, A.; Aguilar, H. 2006. Evaluación de la efectividad del sistema de tratamiento de
lodos sépticos de la EARTH. Proyecto de Graduación. Guácimo, Costa Rica,
EARTH. 53 p.
x
ABSTRACT
Uncontrolled population growth is the source of an increase in the quantity of
residual wastewater produced by various human activities. For that reason legal actions,
in the form of new laws and regulations, have been taken to assure that those
responsible treat the residual water to reduce the contamination present. However, in
Costa Rica, only 5 % of the residual wastewater receives treatment, leaving 95 % of
these waters to be discharged into natural bodies of water, resulting in contamination
and alteration of ecosystems. EARTH University has created a pilot plant for the
treatment of septage, thereby reducing the contamination in this wastewater and
allowing its reincorporation into the environment in a sustainable manner. This pilot plant
is being evaluated to assure that it is functioning efficiently in the decontamination of the
residual wastewater and that the technology can be conveyed to interested
communities.
The objective of the present study was to evaluate the efficiency of the pilot plant
in the treatment of the septage and assure that the system is successfully reducing the
contaminants present in this wastewater. The performance of each component in the
system of the pilot plant was evaluated and samples of wastewater effluent from each
component were analyzed. The treatment of the septage, with 5 % EMa, in the pilot
plant, was not successfully carried out due to problems with the components of the plant
as well as with the collection equipment, none of which met the minimum conditions for
the extraction, transport and stabilization of the septage. The chemical and physical
analyses of the stabilized waste indicated that although concentrations of BOD, COD,
and solids were reduced, the levels still were in excess of the limits established by Costa
Rican law. For that reason this wastewater requires further treatment. It is
recommended that the components of the pilot plant continue to be evaluated and
samples of wastewater effluent from each component continue to be analyzed. As well,
it is recommended that the effect of the effluent from the dry bed on the artificial wetland
of the landfill be evaluated.
Key
words:
Residual
wastewater,
stabilization,
Microorganisms (EM), septage.
xi
dry
bed,
sludge,
Efficient
Marín, A.; Aguilar, H. 2006. Evaluación de la efectividad del sistema de tratamiento de
lodos sépticos de la EARTH. Proyecto de Graduación. Guácimo, Costa Rica,
EARTH. 53 p.
xii
TABLA DE CONTENIDO
Página
DEDICATORIA ....................................................................................................... V
AGRADECIMIENTO ............................................................................................. VII
RESUMEN ............................................................................................................. IX
ABSTRACT............................................................................................................ XI
1
INTRODUCCIÓN...............................................................................................1
2
OBJETIVOS ......................................................................................................3
2.1 OBJETIVO GENERAL...............................................................................3
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS .....................................................................3
3
REVISIÓN DE LITERATURA............................................................................4
3.1 AGUAS RESIDUALES ..............................................................................4
3.1.1
Aguas Residuales Domésticas ....................................................5
3.1.2
Aguas Residuales Industriales.....................................................5
3.1.3
Aguas Residuales Agro-Industriales ............................................6
3.1.4
Contaminantes en las Aguas Residuales ....................................6
3.2 RECOLECCIÓN DE AGUAS RESIDUALES .............................................7
3.3 SISTEMAS EMPLEADOS PARA EL TRATAMIENTO DE RESIDUOS
SÉPTICOS ................................................................................................7
3.3.1
Características de los Residuos Sépticos....................................8
3.3.2
Tratamientos de las Aguas Residuales........................................9
3.3.3
Uso de EM en el tratamiento de las aguas residuales ............... 11
3.4 VERTIDO Y REUSO DE LAS AGUAS RESIDUALES............................. 12
3.4.1
Demanda Química de Oxígeno (DBO) ...................................... 14
3.4.2
Demanda Química de Oxígeno (DQO) ...................................... 14
3.4.3
Potencial Hidrógeno (pH)........................................................... 14
3.4.4
Grasas y Aceites (GyA) ............................................................. 15
3.4.5
Sólidos (Sedimentables (SSed), Suspendidos (SS) y Totales (ST))
.................................................................................................. 15
3.4.6
Temperatura (T)......................................................................... 15
3.4.7
Bacterias.................................................................................... 16
4
METODOLOGÍA Y MATERIALES .................................................................. 17
4.1 UBICACIÓN DEL PROYECTO................................................................ 17
4.2 DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA PILOTO DE TRATAMIENTO DE RESIDUOS
SÉPTICOS .............................................................................................. 17
4.3 METODOLOGÍA PRE-OPERATIVA ........................................................ 18
4.3.1
Fase 1: Evaluación de los Tanques Sépticos ............................ 18
4.3.2
Fase 2: Preparación de EMa para la Estabilización de los Residuos
Sépticos..................................................................................... 19
4.3.3
Fase 3: Recolección de los Residuos Sépticos ......................... 20
xiii
4.3.4
Fase 4. Transporte .................................................................... 20
4.4 METODOLOGÍA OPERATIVA DE LA PLANTA PILOTO........................ 21
4.5 METODOLOGÍA DEL EXPERIMENTO .................................................. 21
5
RESULTADOS Y DISCUSIÓN ....................................................................... 23
5.1 ANÁLISIS DEL SISTEMA PRE-OPERATIVO......................................... 23
5.1.1
Evaluación de los Tanques Sépticos......................................... 23
5.1.2
Recolección de los Residuos Sépticos...................................... 28
5.1.3
Transporte................................................................................. 29
5.2 ANÁLISIS DE LA OPERACIÓN DE LA PLANTA PILOTO...................... 29
5.2.1
Separador de Sólidos................................................................ 30
5.2.2
Bolsa de Estabilización ............................................................. 31
5.2.3
Lecho de Secado ...................................................................... 32
5.3 ANÁLISIS DEL EXPERIMENTO ............................................................. 32
6
CONCLUSIONES ........................................................................................... 38
7
RECOMENDACIONES................................................................................... 39
8
LITERATURA CITADA................................................................................... 41
9
ANEXOS......................................................................................................... 45
xiv
LISTA DE CUADROS
Cuadro
Página
Cuadro 1. Características de los parámetros convencionales de los
residuos sépticos.............................................................................................8
Cuadro 2. Límites máximos permisibles para el vertido de aguas residuales. ...............13
Cuadro 3. Limites permisibles para el reuso de aguas residuales tomando
en cuenta su tipo de reuso. ...........................................................................13
Cuadro 4. Población Universitaria en personas-días (2001-2004). ................................17
Cuadro 5. Métodos para el análisis de aguas residuales utilizados en el
Laboratorio de Suelos y Aguas de la Universidad EARTH............................19
Cuadro 6. Inventario de los tanques sépticos de los edificios del campus de la
Universidad EARTH en los 12 distritos..........................................................24
xv
LISTA DE FIGURAS
Figura
Página
Figura 1. Concentración de DBO y DQO en los residuos de los tanques sépticos
en los distritos del campus de la Universidad EARTH (* DQO x 5000). ......... 26
Figura 2. Concentración de NH4+, NO3- y PO4-3 en los residuos de los tanques
sépticos en los distritos del campus de la Universidad EARTH...................... 27
Figura 3. Concentración de DBO, SSed, DQO y SS en la bolsa de estabilización
(S1), la cama seca (S2) y la caja de recolección de lixiviados (S3), primer
recorrido. ........................................................................................................ 33
Figura 4. Concentración de DBO, SSed, DQO y SS en la bolsa de estabilización
(S1), la cama seca (S2) y la caja de recolección de lixiviados (S3),
segundo recorrido........................................................................................... 35
Figura 5. Concentración de NH4+, NO3-, PO4-3 y pH en la bolsa de estabilización
(S1), la cama seca (S2) y la caja de recolección de lixiviados (S3),
segundo recorrido........................................................................................... 36
xvi
LISTA DE ANEXOS
Anexo
Página
Anexo 1. Tanqueta de abastecimiento y recolección de los residuos sépticos. .............47
Anexo 2. Separador de sólidos. .....................................................................................47
Anexo 3. Bolsa de estabilización....................................................................................48
Anexo 4. Lecho de secado. ............................................................................................48
Anexo 5. Distribución de los edificios del campus de la Universidad EARTH en los
12 distritos.......................................................................................................49
Anexo 6. Tanques para la preparación de EMa en el Centro de Acopio........................50
Anexo 7. Ubicación y dimensiones de los tanques sépticos de la
Universidad EARTH. .......................................................................................51
Anexo 8. Precipitación por mes por los últimos seis años..............................................55
xvii
1
INTRODUCCIÓN
El gran crecimiento poblacional que se da en la actualidad provoca una mayor
demanda en necesidades básicas, como es el caso del agua. En Costa Rica el 97,5 %
de todos sus habitantes tienen acceso a agua potable de buena calidad; sin embargo
solo un 5 % de las aguas residuales del país recibe tratamiento (Estado de la Nación,
2004).
El agua potable disponible en el planeta corresponde al 3 % total y que se tiene
que de este porcentaje solo puede ser utilizado el 1 % debido a las condiciones en que
se encuentra. El agua es un recurso aparentemente abundante y disponible pero
limitado al analizar en detalle cada uno los usos que se hace del mismo. Unos de los
factores que afectan es el uso irracional en forma desproporcionada e irresponsable. Se
usan el agua y la llenan de contaminación. No ponen en práctica y de forma efectiva,
acciones para reducir esa mala calidad del agua usada antes de regresarla al medio
circundante (Rosales, 2003).
Se pueden definir aguas residuales como aquéllas que han perdido su pureza
debido a los diferentes usos que se le haya dado. Las aguas residuales resultan de la
combinación de los líquidos y desechos arrastrados por el agua proveniente de casas,
edificios comerciales e instituciones, sumadas a las aguas utilizadas en la industria,
aguas superficiales, subterráneas y de precipitación que se puedan agregar (Falcón,
1990).
El volumen de las aguas residuales producidas por el ser humano cada vez es
mayor, tomando en cuenta que la población es grande y va en aumento. Teóricamente
cada persona puede subsistir con cinco litros de agua al día. Sin embargo, para que la
persona pueda conservarse en un buen estado de salud necesita de 40 litros a 50 litros
de agua al día para la higiene personal y doméstica, y este consumo aumenta en zonas
más desarrolladas. En Estados Unidos, se considera como promedio la cifra de 400
litros por persona y por día, aclarando que esta puede cambiar según las zonas y el uso
del recurso agua (Falcón, 1990).
Los residuos sépticos están constituidos por los sólidos que se eliminan en las
unidades de tratamiento y el agua que se separa con ellos. Es necesario tratarlos de
1
alguna forma para prepáralos o acondicionarlos para disponer de ellos sin ninguna
posibilidad de contaminación. Los tratamientos de residuos sépticos tienen dos
objetivos: la eliminación del agua que contienen los lodos de una forma parcial o total y
la descontaminación de todos los sólidos putrescible transformándolos en sólidos
minerales o sólidos orgánicos relativamente estables. Entre las técnicas que sirven para
la estabilización de residuos son espesamiento, digestión (con o sin la aplicación de
calor), secado en lechos de arena, acondicionamiento con productos químicos, filtrado
al vació, incineración, oxidación húmeda, flotación con productos químicos y aire y
centrifugación (Falcón, 1990).
El tratamiento de estos desechos es una problemática en muchos lugares debido
a que no se cuenta con los sistemas eficientes de tratamiento. En el caso de
Puntarenas, Costa Rica, donde se opera con un sistema de lodos activados que data
desde 1990, éste opera sobrecargado, por lo que se incumple con las normas
establecidas para las descargas en cuerpos de aguas naturales (Abarca, 2001).
La Universidad EARTH, como institución líder en el desarrollo sostenible, ha
diseñado un sistema de tratamiento de sus residuos sépticos con el fin de evitar la
contaminación. Este sistema también tiene como propósito aprovechar esos desechos
devolviéndolos al suelo. Se pueden reutilizar las aguas tratadas por su contenido de
nutrientes como nitrógeno, fósforo y potasio, en riego y compostaje (Fioravanti y Vega,
2003).
2
2
2.1
•
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Operacionalizar y evaluar la efectividad de la planta de tratamiento de residuos
sépticos de la Universidad EARTH, por medio de la medición de parámetros
químicos, físicos y biológicos en sus diferentes etapas, a fin de cumplir con los
requerimientos exigidos por las leyes costarricenses.
2.2
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
•
Iniciar la operación de la planta de tratamiento de residuos sépticos.
•
Evaluar la eficiencia de la planta de tratamiento de residuos sépticos.
•
Determinar el proceso óptimo en donde las características físicas, químicas y
biológicas de los residuos cumplan con la reglamentación existente.
•
Evaluar la estabilidad o comportamiento de los residuos después del tratamiento.
•
Documentar y sistematizar el proceso de descontaminación, en cada una de sus
etapas.
3
3
REVISIÓN DE LITERATURA
Los modelos tradicionales de crecimiento rural han causado graves problemas
de contaminación del suelo, aire y agua. Como resultado, la agricultura, la agroindustria
y la actividad humana que las acompaña, contribuyen en parte a la crisis de salud
ambiental que estamos viviendo actualmente en Costa Rica, al igual que las otras
poblaciones de Latinoamérica. Durante las últimas tres décadas del siglo veinte, Costa
Rica ha incluido componentes adoptado sistemas de crecimiento económico, conocido
comúnmente como la “revolución verde”. Como tal, se hizo énfasis en resultados
económicos a corto plazo y en la productividad sobre la integridad del ecosistema y
sobre el uso racional y eficiente de los recursos (Falcón, 1990).
Debido a la fragilidad del ecosistema del trópico húmedo y sus bosques
lluviosos, la necesidad de un cambio es aún más crítica. La degradación del ambiente
en esta región es provocada por la pobreza, el crecimiento acelerado de la población,
las oportunidades limitadas e insuficiencia de conocimientos apropiados y de medios
para explotar el ecosistema del trópico, de una forma sostenible (Lieth y Werger, 1989).
En América Latina solamente el 14 % de las aguas residuales reciban algún
tratamiento antes de ser dispuestas en los cuerpos de agua, como ríos y mares
(Ávelos, 2002). Esto significa que alrededor de 400 m3 s-1 de desagües vienen
contaminando el medio ambiente y constituyen un vector de transmisión de parásitos,
bacterias y virus patógenos. La escasez de agua ha determinado el uso de las aguas
residuales en la agricultura, estimándose que actualmente existen en la Región
Latinoamericana cerca de 500 000 hectáreas regadas con estas aguas (Moscoso,
2004).
3.1
AGUAS RESIDUALES
El agua residual o agua servida es una combinación de líquidos y sólidos
arrastrados por el agua desde casas, edificios comerciales, fabricas e instituciones junto
a aguas subterráneas, superficiales o pluviales que puedan estar presentes (Miranda,
1996). Las principales fuentes de aguas residuales son las aguas domésticas o
urbanas, las aguas residuales industriales, las aguas de uso agrícola y las aguas
pluviales. Cerca del 90 % provienen del uso domestico e industrial, aunque las de uso
4
agrícola y pluviales urbanas cada día adquieren mayor importancia debido a que los
escurrimientos de fertilizantes y plaguicidas son los principales causantes del
envejecimiento de lagos y pantanos (Miranda, 1996).
Agua que ha recibido un uso y cuya calidad ha sido modificada por la
incorporación de agentes contaminantes. Las aguas residuales se subdividieron
reconociendo dos tipos: ordinario y especial. Se define agua residual ordinaria aquella
que es generada por las actividades domésticas del hombre como el uso de duchas,
lavatorios, fregaderos, lavado de ropa (aguas grises) y agua residual que es generada
por las actividades domésticas del hombre como el uso de inodoros (aguas negras).
Las aguas residuales de tipo especial son aquellas generadas por actividades
agroindustriales, industriales, hospitalarias y todas aquéllas que no se consideran de
tipo ordinario (Marsilli, 2005).
3.1.1 Aguas Residuales Domésticas
Las fuentes principales de las aguas residuales domésticas en una comunidad
son las zonas residenciales y las zonas comerciales. Otras fuentes importantes incluyen
facilidades de instituciones y de recreación (Tchobanoglous y Burton, 1991). Estas
aguas contienen los productos de las actividades hogareñas tales como materias
fecales, residuos y productos de limpieza (partículas y sales eliminadas con el agua, los
productos de limpieza como detergentes y jabones) y de la cocina (diversos productos
orgánicos) (Delgado y Antón, 2002).
3.1.2 Aguas Residuales Industriales
Las aguas residuales industriales son todas las aguas residuales procedentes de
locales utilizados con fines comerciales o industriales, distintos de las aguas domésticas
residuales y las aguas pluviales. Estas aguas han sido utilizadas en limpieza de
vehículos, equipos o instalaciones, acondicionamiento de aguas para uso industrial,
tales como ablandamiento, desmineralización u ósmosis, purgas de circuitos de
refrigeración de maquinas, procesos y productos y otros usos en los procesos de
fabricación. Los principales factores que causan el deterioro de las aguas industriales
son sustancias que cambian el pH del agua, disminución o eliminación del oxígeno
disuelto en el agua, sustancias como grasas, aceites y disolventes, disminución de
5
propiedades organolépticas, eutrofización del agua ya sea por la presencia de fósforo o
nitrógeno en el agua y materia en suspensión (Comisión Europea, 2001).
3.1.3 Aguas Residuales Agro-Industriales
Las aguas residuales agro-industriales son aquellas que provienen de grandes
industrias que se dedican al procesamiento de productos agrícolas, tal es el caso de las
bananeras, las lecherías y el procesamiento de productos lácteos, las empresas
piñeras, y los mataderos. Estas empresas utilizan agua en el procesamiento de sus
productos, por lo que una vez las aguas pasan por todo el proceso han sufrido
diferentes cambios debido a la presencia de materiales o sustancias de origen orgánico
y inorgánico, los cuales han alterado el estado natural de las mismas (Verheijen et al.,
1996).
3.1.4 Contaminantes en las Aguas Residuales
Toda aquella sustancia cuya incorporación a un cuerpo de agua natural conlleve
el deterioro del mismo se convierte en un agente contaminante (Ministerio de Salud,
1997). Los contaminantes del agua se pueden clasificar en tres tipos: químicos, físicos
y biológicos (Miranda, 1996). Los contaminantes químicos son compuestos por
productos químicos orgánicos e inorgánicos. Los productos orgánicos desminuyen el
oxígeno resultante de su utilización en el proceso de degradación biológica, lo que
causa un desajuste y serias perturbaciones en el medio ambiente. Los compuestos
inorgánicos causan un efecto tóxico y en algunos casos al demandar oxígeno
contribuyera la disminución de este.
Los contaminantes físicos son cambios térmicos, color, turbidez y presencia de
sólidos. La temperatura influye en la vida acuática, en las reacciones químicas,
velocidad de reacción y en la aplicabilidad del agua a usos útiles, como es el caso de
aguas provenientes de la industria. El color determina cualitativamente el tiempo de las
aguas residuales, si el agua es reciente esta puede ser gris; sin embargo cuando los
compuestos orgánicos son descompuestos por las bacterias el oxígeno disuelto se
reduce a cero y el color cambia a negro. La turbidez originada por los sólidos en
suspensión. Otros contaminantes son las espumas, detergentes y la radioactividad. Los
6
contaminantes biológicos generalmente son los responsables de la transmisión de
enfermedades como el cólera y la tifoidea (Miranda, 1996).
3.2
RECOLECCIÓN DE AGUAS RESIDUALES
El tipo de sistema para el manejo de aguas residuales depende del tamaño de la
comunidad. En las zonas residenciales densamente poblados, efectúan sistemas de
alcantarillas para la recolección de las aguas residuales de los diferentes locales para
posteriormente implementan un sistema de tratamiento. Las aguas conducidas por el
alcantarillado pueden incluir las aguas de lluvia y las infiltraciones de agua del terreno,
aunque sistemas más modernos son diseñados para excluir esas aguas que no son
contaminadas. Las empresas que producen aguas residuales tipo industriales o agroindustriales deben implementar pre-tratamientos antes de descargar las aguas en el
sistema alcantarillado. También, en muchos países, existen leyes que exigen que
dichas empresas deban efectuar tratamientos y no usar el sistema de alcantarillas
(Tchobanoglous y Burton, 1991).
El sistema de tanques sépticos es utilizado para la recolección y tratamiento de
efluentes en zonas residenciales poco poblados así como en ciudades donde n o existe
acceso a otros sistemas colectivos y para instituciones como escuelas y hospitales de
pequeñas comunidades. Este sistema puede recibir tanto las aguas negras como
aquella proveniente de cocinas y baños (aguas grises o aguas servidas). El buen
funcionamiento de este sistema depende de que el tanque sedimentador cumpla
apropiadamente con la retención de los sólidos más pesados y de las grasas. El
sistema también depende de que los terrenos de donde se colocan tengan la capacidad
de permitir que se infiltre el agua (Rosales, 2003).
3.3
SISTEMAS EMPLEADOS PARA EL TRATAMIENTO DE RESIDUOS
SÉPTICOS
En general, el “residuo séptico” consiste de dos componentes, un efluente líquido
y un efluente sólido, conocido como lodo. Es el líquido y el material sólido que se
bombea de un tanque séptico, un pozo de aguas negras, u otra fuente de tratamiento
primario. Un tanque séptico retiene generalmente del 60 % al 70 % de los sólidos,
aceites, y grasas que pasan a través del sistema y este material abarca del 20 % al
7
50 % del volumen total del tanque séptico cuando este es bombeado. La nata se
acumula en la superficie mientras que el lodo se deposita en el fondo (USEPA, 1999).
3.3.1 Características de los Residuos Sépticos
Los residuos sépticos son de tipo orgánico, variable con respeto a características
físicas, químicas y biológicas y con niveles significativos de grasa, arena, cabello, y
detritos. Los líquidos y los sólidos de un tanque séptico tienen un olor y un aspecto
ofensivo, con una tendencia a formar nata cuando se agitan, y resistencia a la
sedimentación y la deshidratación. Los factores que afectan las características de los
residuos sépticos son: el clima, los hábitos del usuario, productos químicos caseros y
compuestos reductores de la dureza del agua, el tamaño del tanque séptico, el diseño,
la frecuencia de bombeo, las características del suministro de agua y el material de las
tuberías. Los residuos sépticos contienen numerosas formas de virus, bacterias y
parásitos que causan diversas enfermedades. Por esta razón los residuos sépticos
requieren precauciones especiales de manejo y tratamiento (USEPA 1999). En el
Cuadro 1 se enumera las características y los límites de los residuos sépticos
domésticos.
Cuadro 1. Características de los parámetros convencionales de los residuos
sépticos. †
Concentración
Parámetro
Mínima
1132
353
310
95
440
1500
66
3
20
522
208
1,5
107
106
Sólidos totales (mg L-1)
Sólidos volátiles totales (mg L-1)
Sólidos suspendidos totales (mg L-1)
Sólidos suspendidos volátiles (mg L-1)
Demanda bioquímica de oxígeno (mg L-1)
Demanda química de oxígeno (mg L-1)
Nitrógeno total (Kjeldahl) (mg. L-1)
Nitrógeno amoniacal (mg L-1)
Fósforo total (mg L-1)
Alcalinidad (mg L-1)
Grasas (mg L-1)
pH
Coliformes totales (UFC/100 mL)
Coliformes fecales (UFC/100 mL)
† Fuente: USEPA (1999).
8
Máxima
130 475
71 402
93 378
51 500
78 600
703 000
1 060
116
760
4 190
23 368
12,6
109
108
3.3.2 Tratamientos de las Aguas Residuales
Hay distintos tipos de tratamiento de las aguas residuales para lograr retirar
contaminantes. Se pueden usar desde sencillos operaciones físicos como la
sedimentación,
hasta
complicados
procesos
químicos,
biológicos
o
térmicos.
Típicamente existen dos formas de tratar estas aguas residuales. El primer método
consiste en una operación física en donde se dejan que las aguas residuales se
asienten en el fondo de los estanques, permitiendo que el material sólido se deposite
por sedimentación (Reynolds, 2002). Otras operaciones físicas para el tratamiento de
aguas residuales incluyen sedimentación y flotación, natural o provocada con aire,
filtración (lechos de filtrado) con arena, carbón, cerámicas, etc. y barrido de aire y
aireación (stripping) (Tchobanoglous y Burton, 1991).
Después de las operaciones físicas, se puede tratar la corriente superior de
residuos con sustancias químicas para reducir el número de contaminantes dañinos
presentes. Los procesos químicos que implementen para descontaminación de las
aguas residuales incluyen coagulación-floculación, agregación de pequeñas partículas
usando coagulantes y floculantes (sales de hierro, aluminio, polielectrolitos, etc.),
precipitación y oxidación química, eliminación de metales pesados haciéndolos
insolubles con la adición de lechada de cal, hidróxido sódico u otros que suben el pH,
oxidación-reducción con oxidantes como el peróxido de hidrógeno, ozono, cloro,
permanganato potásico o reductor como el sulfito sódico y reducción electrolítica
provocando la deposición en el electrodo del contaminante (Tchobanoglous y Burton,
1991).
El segundo método de tratar estas aguas residuales consiste en utilizar la
población bacteriana para degradar la materia orgánica, en un proceso biológico. Este
método, conocido como tratamiento de residuos activados, requiere el abastecimiento
de oxígeno a los microbios de las aguas residuales para realzar su metabolismo
(Reynolds, 2002). Se usan microorganismos que se nutren con diversos compuestos de
los que contaminan las aguas. Los floculantes que se forman por agregación de
microorganismos son separados en forma de lodos (Kiely, 2003). Otros procesos
biológicos para descontaminar aguas residuales son lagunas aireadas en donde se
realiza el proceso biológico en lagunas de grandes extensiones y degradación
9
anaerobia, procesos con microorganismos que no necesitan oxígeno para su
metabolismo (Kiely, 2003).
3.3.2.1 Tratamiento aeróbico de aguas residuales
El tratamiento de lodos activados es utilizado principalmente por grandes
ciudades. Éste se desarrolló en Inglaterra en 1914 por Ardern y Lockett (1914) y se
llamó así ya que producía una masa activada de microorganismos capaces de
estabilizar un residuo por vía aeróbica. Actualmente existen varias versiones, pero
todas funcionan bajo el mismo principio. En sistemas de digestión aeróbica los
márgenes de reducción de la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) y demanda
química de oxígeno (DQO) oscilan entre un 75 % y 90 %.
El proceso de lodos activados estabiliza residuos biológicamente en un reactor
bajo condiciones aeróbicas, la aireación se logra mediante difusores o sistemas
mecánicos. El líquido del reactor se llama líquido mezcla. Una vez que el agua residual
se ha tratado en el reactor la masa biológica que resulta del proceso se separa del
líquido en un tanque de sedimentación y parte de los sólidos sedimentables retornan al
reactor. La masa que sobra se elimina o se purga ya que si no se hace esta masa de
microorganismos sigue aumentando hasta que el sistema no tenga mas cabida
(Miranda, 1996).
3.3.2.2 Tratamiento anaeróbico de las aguas residuales
Este tipo de tratamiento se hace con el fin de descomponer la materia orgánica
y/o inorgánica en ausencia de oxígeno molecular. La mayor aplicación se da en los
lodos de aguas residuales concentrados y en parte de los residuos industriales. La
forma en que operan estos sistemas es utilizando un reactor de mezcla completa y
mínima recirculación celular cuyo propósito es el calentamiento del contenido en el
tanque. El tiempo que dure el líquido en el tanque oscila entre 10 y 30 días
dependiendo como opere el sistema (Miranda, 1996).
Los dos grupos causantes de la descomposición son bacterias formadoras de
ácidos y las bacterias formadoras de metano. Las bacterias formadoras de ácidos
hidrolizan y fermentan compuestos orgánicos complejos a ácidos simples. Los más
comunes son el ácido acético y el ácido propionico. Las bacterias formadoras de
10
metano convierten los ácidos que se formaron por las bacterias del primer grupo en los
gases CH4 y CO2. Las principales bacterias de éste grupo tienen tazas lentas de
crecimiento por lo que su metabolismo representa una limitante en el proceso (Miranda,
1996).
Frecuentemente, el proceso de digestión anaeróbica se emplea como etapas
primarias de tratamiento en residuos con alto contenido de carga orgánica. El objetivo
en el uso de digestión aeróbica es el de reducir las altas cargar orgánicas a valores de
DBO y DQO que puedan emplearse en procesos aeróbicos tradicionales. La digestión
anaeróbica no es un proceso de descontaminación de aguas residuales por si mismo,
es una adición a los procesos aeróbicos convencionales (Kiely, 2003). Entre los
beneficios que posee la utilización de sistemas anaeróbicos están: la reducción del
potencial contaminante de los residuos, la eliminación de patógenos semillas y semillas
de hierbas, una mejora del valor fertilizante/energético del residuo y la producción de
biogás como fuente energética (Kiely, 2003).
3.3.3 Uso de EM en el tratamiento de las aguas residuales
El producto EM (Effective Microorganisms por sus siglas en inglés) es un cóctel
biológico descubierto en 1980 por el Doctor Teruo Higa, profesor de la Universidad de
Ryukyus, en Okinawa, Japón. Aunque en el presente es aún poco conocido dentro de la
cultura latinoamericana, el EM ha sido investigado, desarrollado y utilizado en una gran
cantidad de sistemas en más de 100 países alrededor del mundo (Eco Pure, 2003)
Gran parte del éxito del EM consiste en la filosofía por la que es impulsado. Ésta,
según Higa (1993), está basada en la armonía y el equilibrio entre las criaturas; siendo
así el producto una coexistencia y cooperación ideal entre los microorganismos que lo
componen. Por la importancia de la actividad microbial en la mayoría de procesos
naturales y artificiales, EM Research Organization (EMRO) ha ido creando una gran
variedad de productos para la agricultura (descomposición de materia orgánica, manejo
de
plagas),
para
el
manejo
de
desechos
y
de
contaminantes
(reciclaje,
descontaminación aguas), para la industria (motores) y hasta para la salud humana
(antioxidantes, cosméticos).
11
La base fundamental del EM esta cimentado en dos tipos de microorganismos,
los cimógenos y los sintetizantes. La materia orgánica se reduce a un estado soluble
por la descomposición citogénica y las bacterias sintetizantes lo consumen rápidamente
produciendo antioxidantes Estos microorganismos en reposo se produce la autólisis
que trae consigo que las bacterias desaparezcan (Higa 1993). Los microorganismos
presentes en el EM se autodestruyen y se consumen entre si.
El sistema de manejo de aguas residuales con la utilización de EM es una forma
de obtener un nivel deseable de pureza del agua con la utilización de microorganismos
efectivos, para descomponer la materia orgánica de esas aguas residuales. El EM es
utilizado en fosas sépticas para tratar aguas domesticas, retretes, cocinas y lavaderos
(Higa, 1993). Dentro de los múltiples efectos de los microorganismos efectivos en los
sistemas de tratamientos de desechos líquidos y sólidos se pueden mencionar
incremento en la eficiencia y estabilidad de digestores aeróbicos y anaeróbicos,
prevención del crecimiento y desarrollo de microbios patógenos, reciclaje del agua
residual, rápida degradación de materias de desecho orgánico provenientes de formas
solubles de plantas y animales y fácil conversión de desechos orgánicos a abonos
orgánicos (Higa, 1993).
Existen experiencias realizadas en años anteriores en la Universidad EARTH, en
donde se logró comprobar el uso positivo del EM en la producción de los lodos
activados (Bravo y Moreno, 2003) y la estabilización de residuos sépticos (Fioravanti y
Vega, 2003; Reyes, 2004). En el último estudio (Reyes, 2004) se hicieron experimentos
para la estabilización de residuos sépticos con diferentes concentraciones de EM. Con
una concentración de 5 % de EM, y un período de por lo menos 15 días, fue posible
eliminar las bacterias coliformes en los residuos sépticos, así como reducir las
concentraciones de DBO, DQO y sólidos totales.
3.4
VERTIDO Y REUSO DE LAS AGUAS RESIDUALES
La legislación de Costa Rica ha fijado límites de varios parámetros, para el
vertido de las aguas residuales a cualquier cuerpo de agua. Los límites máximos
permisibles para el vertido de aguas residuales de tipo ordinario se muestran en el
12
Cuadro 2. Los límites de los parámetros de vertido van a estar determinado por el uso
posterior que se haga de las aguas tratadas (Cuadro 3) (Ministerio de Salud, 1997).
Cuadro 2. Límites máximos permisibles para el vertido de aguas residuales. †
Parámetro
Límite Máximo
DBO5,20
300 mg L-1
DQO
1000 mg L-1
Sólidos suspendidos
500 mg L-1
Sólidos disueltos
1500 mg L-1
Sólidos sedimentables
1 mg L-1
Grasas/aceites
100 mg L-1
Potencial hidrógeno
6a9
Temperatura
T < 40 °C
† Fuente: Ministerio de Salud (1997).
Cuadro 3. Limites permisibles para el reuso de aguas residuales tomando en
cuenta su tipo de reuso. †
Parámetros
Tipo de Reuso
DBO5,20 (mg L-1)
Coliformes fecales (UFC)
≤ 40
< 100
Riego con acceso restringido
---
< 1 000
Reuso agrícola en cultivos de
alimentos que no se procesan
comercialmente
---
<100
Reuso agrícola en cultivos de
alimentos que se procesan
comercialmente
---
< 1 000
Reuso agrícola en cultivos no
alimenticios
---
< 1 000
Reuso recreativo
≤ 40
≤ 1 000
Reuso paisajístico
≤ 40
---
---
≤ 100
Urbano
Reuso en construcción
† Fuente: Ministerio de Salud (1997).
13
En las aguas residuales de tipo ordinario se deberán analizar los siguientes
parámetros: demanda bioquímica de oxígeno (DBO), demanda química de oxígeno
(DQO), potencial hidrógeno (pH), grasas y aceites (GyA), sólidos sedimentables (SSed),
sólidos suspendidos totales (SST), temperatura (T) y coliformes fecales (CF). La
materia orgánica biodegradable se mide en términos de la DBO y la materia orgánica
total por la DQO (Ministerio de Salud, 1997).
3.4.1 Demanda Química de Oxígeno (DBO)
La demanda de oxígeno de las aguas residuales es una medida del oxígeno
requerido para la estabilización de la materia biodegradable u oxidable, disuelta o
suspendida en el agua, en un intervalo de tiempo específico (Tchobanoglous y Burton,
1991). Su determinación indica la cantidad de oxígeno disuelto requerido por
microorganismos vivos, existentes en el medio natural: río, lago, etc., para la utilización
o destrucción de la materia orgánica por oxidación bioquímica. La estabilización
biológica total de un agua residual puede durar largo tiempo. En la práctica se ha
aceptado como referencia la DBO a los 5 días de tratamiento (DBO5). Los datos de la
DBO permiten calcular la velocidad a la que se requerirá el oxígeno. La demanda de
oxígeno de las aguas residuales resulta de tres tipos de materiales: orgánicos
carbónicos, utilizados por los organismos aeróbicos como fuente de alimentación;
nitrógeno oxidable, que derivan de la presencia de nitritos, amoniacos y en general de
compuestos orgánicos nitrogenados los cuales utilizan las bacterias como alimento; y
compuestos químicos reductores (Miranda 1996).
3.4.2 Demanda Química de Oxígeno (DQO)
Cuando se usa un reactivo químico de oxidación para oxidar la materia orgánica,
el equivalente de oxígeno se llama DQO, demanda química de oxigeno. El dicromato
potásico es el oxidante apropiado para este fin. Este valor siempre es superior que la
demanda bioquímica de oxígeno ya que también se oxidan las sustancias no
biodegradables (Tchobanoglous y Burton, 1991).
3.4.3 Potencial Hidrógeno (pH)
Es una característica determinante de los biosólidos crudos, debido a que afecta
la actividad biológica de las aguas (la sobrevivencia de microorganismos patógenos), la
14
solubilidad de sustancias, el grado de corrosividad del material y el grado de toxicidad
de algunas sustancias y metales pesados (CWMI, 2003). Los biosólidos crudos suelen
tener un pH próximo al neutro aunque puede variar entre 4 y 12, dependiendo del
origen del material (Pérez y Espigares, 1999).
3.4.4 Grasas y Aceites (GyA)
Grasas y aceites son compuestos, esteres, de alcohol o glicerol con ácidos
grasosos. Los glicéridos de los ácidos grasosos que son líquidos en temperaturas
ambientes se llaman aceites y los que son sólidos se llaman grasas aunque son muy
parecidas químicamente. Grasas y aceites entran en las aguas residuales domésticas
en mantequilla, margarina y aceites de granos como soya. Las carnes también
contribuyen en las grasas y aceites en esas aguas (Tchobanoglous y Burton, 1991).
Las grasas y aceites son compuestos orgánicos muy estables y no son
descompuestos muy rápidamente por poblaciones de microorganismos. Por esta razón,
las grasas y aceites causan problemas en los sistemas de recolección de residuos
sépticos y con su subsiguiente tratamiento. Las grasas y aceites forman capas de natas
e interfieren con las poblaciones de microorganismos (Tchobanoglous y Burton, 1991).
3.4.5 Sólidos (Sedimentables (SSed), Suspendidos (SS) y Totales (ST))
Los sólidos sedimentables (SSed) son la fracción de los sólidos que se decantan
en el fondo de un cilindro de forma cono (cono de Imhoff) durante una hora. Estos
sólidos son una medida de la cantidad de lodos que se puede quitar durante el
tratamiento primario de sedimentación. Los sólidos suspendidos (SS) son las partículas
con un tamaño superior a 1 µm de diámetro. Generalmente, las aguas residuales
requieren un tratamiento de oxidación biológica o coagulación, seguido por un proceso
de sedimentación, para remover estos sólidos de las aguas. Los sólidos totales (ST)
son la porción de materia sólida total que queda como un residuo a evaporar el agua a
105 °C (Tchobanoglous y Burton, 1991).
3.4.6 Temperatura (T)
Hasta el momento no se ha definido ninguna temperatura adecuada de los
residuos sépticos ya que ésta puede variar con el clima del lugar. La medición de
15
temperatura es importante puesto que con ella se define que tipo de microorganismos
dominen, según su rango de tolerancia térmica. La temperatura también influye en la
viscosidad de los residuos sépticos (Pérez y Espigares, 1999).
3.4.7 Bacterias
Los coliformes fecales sólo serán de análisis obligatorio si las aguas residuales
fueren vertidas en cuerpos de agua utilizados para actividades recreativas de contacto
primario, si se originasen en hospitales u otros centros de salud, en laboratorios
microbiológicos, o en los casos particulares que la División de Saneamiento Ambiental
del Ministerio de Salud establezca (Ministerio de Salud, 1997). Se define como
coliformes fecales a aquellos que fermentan la lactosa a 44,5 °C a 45,5 °C, análisis que
permite descartar a Enterobacter, puesto que ésta no crece a esa temperatura. Si se
aplica este criterio, crecerán en el medio de cultivo principalmente Escherichia coli
(90 %) y algunas bacterias de los géneros Klebsiella y Citrobacter. La prueba de
coliformes fecales positiva indica un 90 % de probabilidad de que el coliforme aislado
sea E. coli (Miranda, 1996).
No todos los coliformes son de origen fecal; existen otros patógenos como los
del género Salmonella. Ambos de pueden utilizar como indicadores de contaminación.
Se distinguen, por lo tanto, los coliformes totales, que comprende la totalidad del grupo;
y los coliformes fecales que son aquellos de origen intestinal (Spellman, 2002). Desde
el punto de vista de la salud pública esta diferenciación es importante puesto que
permite asegurar con alto grado de certeza que la contaminación que presenta el agua
es de origen fecal.
16
4
4.1
METODOLOGÍA Y MATERIALES
UBICACIÓN DEL PROYECTO
El proyecto se instaló en el relleno sanitario de la Universidad EARTH, situada en
la región Atlántica de Costa Rica, específicamente en Las Mercedes, Cantón de
Guácimo, provincia de Limón. La zona donde se ubica la Universidad está entre los
32 msnm y 107 msnm. Dentro del campus hay una estación meteorológica a 10°12” 45’
Latitud Norte y 83°35”39’ Longitud Oeste. Esta estación reporta promedios de los
últimos ocho años para temperatura media anual de 24,3 °C, humedad relativa de
90,25 % y precipitación de 3209 mm anuales (Rodríguez, 2006).
La comunidad EARTH cuenta con una población permanente promedio de 1190
personas-días las cual se divide en comunidad estudiantil, profesores-familias,
residentes (administrativos y Finca Comercial) y Escuela Primaria (Cuadro 4). También
existe una población de trabajadores externos, los mismos poseen hábitos y actividades
que influyen en muchos de los sistemas de tratamientos.
Cuadro 4. Población Universitaria en personas-días (2001-2004).
Población
Estudiantes
Profesores y familia
Administrativos
Finca Comercial
Visitantes
Escuela primaria
Total
4.2
2001
380
110
375
285
40
124
2002
393
120
367
76
98
124
2003
405
120
359
55
75
124
2004
404
108
361
63
75
116
1314
1178
1138
1127
DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA PILOTO DE TRATAMIENTO DE RESIDUOS
SÉPTICOS
La planta piloto de tratamiento de residuos sépticos de la Universidad EARTH
cuenta con seis componentes principales los cuales van a influir en la transformación
física, química y biológica a lo largo del proceso de descontaminación de las aguas
residuales domésticas. Uno de los principales componentes de este sistema de
tratamiento de los residuos sépticos es la bolsa de estabilización; sin embargo, la
totalidad del sistema contempla las siguientes partes.
17
1. Tanqueta de abastecimiento y recolección de residuos sépticos (almacenamiento)
(Anexo 1)
2. Separador de sólidos (operación física) (Anexo 2)
3. Bolsa (recipiente colapsable para almacenamiento de líquidos) de estabilización
(proceso biológico) (Anexo 3)
4. Lecho de secado (operación física) (Anexo 4)
5. Filtro de arena (operación física)
6. Humedal artificial (operación física y proceso biológico)
4.3
METODOLOGÍA PRE-OPERATIVA
Una vez finalizada la construcción de la infraestructura de la planta piloto de
tratamiento de residuos sépticos, se dio inicio al trabajo de montaje y prueba de los
componentes del sistema. Para ello se dividió este proceso en cuatro fases.
4.3.1 Fase 1: Evaluación de los Tanques Sépticos
Para la evaluación de los tanques sépticos se realizó un inventario del total de
tanques en el campus, para evaluar el inventario ya establecido. El campus de la
universidad está divido en 12 distritos para facilitar la recolección de los residuos
sólidos (Anexo 5). Para el inventario de los tanques sépticos, se usara la misma
organización. Se realizó una medición del nivel de los lodos en cada tanque. Esto se
hizo por medio de los registros que se dejan en la tapa superior. Por ahí, se introdujo
una vara con pesos de tela atada en su extremo y con esto se midió la cantidad de
lodos acumulados en el fondo del tanque (Rosales, 2003). En forma semejante y por los
mismos orificios se inspeccionó el espesor de la capa de natas, la cual debe ser una
actividad anual. Una vez obtenidos los datos, se elaboró un cronograma de extracción.
Para determinar las características físicas y químicas de los residuos sépticos, se
llevó a cabo un muestreo de residuos en los tanques sépticos. En lo posible se
escogieron hasta cinco tanques al azar en cada distrito de la universidad. Se recogieron
muestras de estos tanques en botellas plásticas de 500 mL y los mezclaron para
terminar con una muestra por cada distrito. Todas las muestras fueron transportadas en
18
hielo hasta el Laboratorio de Suelos y Aguas, en donde se almacenaron en una cámara
a 4 ºC. Las variables evaluadas en los diferentes distritos fueron: físicas [olor, turbidez,
sólidos en suspensión (SS), sólidos sedimentados (SSed) y sólidos totales (ST)] y
químicas (NH4+, NO3-, PO4-3, DBO5 y DQO) (Clesceri et al., 1999) (Cuadro 5). Los
análisis de las variables se llevaron a cabo en el Laboratorio de Suelos y Aguas de la
Universidad EARTH.
Cuadro 5. Métodos para el análisis de aguas residuales utilizados en el
Laboratorio de Suelos y Aguas de la Universidad EARTH.
Variables
Método de Análisis
Físicas
Turbidez (NTU)
Turbidímetro de Hellige
Sólidos totales (mg L-1)
Método de evaporación a 105 °C
Sólidos sedimentados (mg L-1)
Método con el cono Imhoff
Sólidos suspendidos (mg L-1)
Diferencia entre sólidos totales y sedimentados
Químicas
pH
pH-metro
Amonio (mg L-1)
Método de colorimetría
Nitratos (mg L-1)
Método de colorimetría
Fosfatos (mg L-1)
Método de colorimetría
-1
DBO5 (mg L )
Reducción bioquímica en concentraciones de OD
DQO (mg L-1)
Un agente oxidante fuerte (dicromato) en un medio
ácido
4.3.2 Fase 2: Preparación de EMa para la Estabilización de los Residuos Sépticos
Para la estabilización de los residuos sépticos, se utilizó el producto EM
(Microorganismos Eficaces) en una concentración de 5 % de EMa (EM activado). En
estudios realizados anteriormente, con diferentes concentraciones de EMa, la
concentración al 5 % dio los mejores resultados para la estabilización de residuos
sépticos (Reyes, 2004). Se elaboró el EMa con una mezcla de EM, melaza, y agua a
una relación 1:1:8 respectivamente, en estañones de 1 m3 (Anexo 6) y luego de una
fermentación anaeróbica por un lapso de 5 días.
19
4.3.3 Fase 3: Recolección de los Residuos Sépticos
La recolección de los residuos en los tanques sépticos se realizó cuando las
natas o los residuos estén muy cerca de la boca T de salida y se esté corriendo el
riesgo de que los residuos o natas se vayan hacia los drenajes. Se extrajeron los lodos
o sólidos depositados en el fondo y las natas que flotan. La recolección inició con la
homogenización del material en el tanque séptico con el fin de extraer material viejo y
fresco simultáneamente. Esta etapa se realizó adicionando agua y moviéndolo con una
pala tipo rastrillo; esta homogenización facilita la extracción. Dicha actividad debió ser
realizada por dos personas y para efectuar la limpieza se utilizó la mayor apertura
ubicada en la tapa del tanque séptico. Una vez homogenizado el material del tanque, se
extrajo un 80 % del total del mismo. El 20 % restante permite que la actividad en el
tanque séptico se restablezca más fácilmente ya que funciona como inoculo de
bacterias activas, lo que permite que el funcionamiento del sistema continúe con
material biológico adaptado a las condiciones del tanque séptico y agilice la reactivación
(Rosales, 2003).
El procedimiento de recolección se realizó con una bomba de 3.5 HP con una
manguera de diámetro 8 cm, la cual se insertó al tanque séptico y extrae los residuos
hasta una tanqueta de recolección. La tanqueta tiene una capacidad de 2.7 m3
(Anexo 1).
4.3.4 Fase 4. Transporte
Al realizar las labores de extracción de residuos sépticos, se utilizó ¾ partes de
la capacidad de la tanqueta, luego se procedió a adicionar el EMa en la parte restante
de la tanqueta. Se dejó un espacio de aire en la tanqueta que permitió que los residuos
sépticos y el EMa se mezclaran por el movimiento en el trasporte de los residuos a la
planta piloto de tratamiento de residuos sépticos.
Para realizar el llenado de la bolsa de estabilización de 19 m3 se calculó que
necesitaron recoger 7 tanquetas de residuos sépticos. El proceso de recolección
dependió de la solidez del material y este oscila entre 30 a 50 minutos por tanque. El
número de tanques sépticos que se limpiaron dependió del tamaño de cada uno. El
20
proceso de recolección, transporte y vaciado de residuos sépticos fue llevado a cabo
por dos personas.
4.4
METODOLOGÍA OPERATIVA DE LA PLANTA PILOTO
En la planta piloto, se procedió a realizar la introducción del material, los residuos
sépticos mezclados con el EMa, al separador de sólidos. Cuidadosamente se
manejaron las llaves de la tanqueta, para que no se desbordaran los residuos por la
presión, dejando retornar el exceso a la tanqueta una vez que se llenó el recolector. Los
residuos sépticos paulatinamente pasaron por el separador de sólidos cayendo a la
bolsa de estabilización por gravedad. El proceso de vaciar los residuos sépticos en
primer lugar al separador de sólidos, y luego en la bolsa de estabilización, duró entre de
1 y 2 horas. Se recolectaron los sólidos del separador de sólidos en un estañón y los
llevaron a un incinerador rural para su incineración.
La estabilización de los residuos sépticos con EMa duró 21 días. Después de
este período, se abrió la llave de la salida de la bolsa y el material cayó en la cama de
secado por gravedad. Estas aguas residuales pasaron directamente por la borucha, a
una caja de recolección de lixiviados, por gravedad. Aquí las aguas se mezclaron con
los lixiviados de las tres trincheras del relleno sanitario. Después de esta caja de
recolección de lixiviados, las aguas fueron filtrados en un filtro de arena, un humedal
artificial y finalmente por un humedal natural.
4.5
METODOLOGÍA DEL EXPERIMENTO
En la propuesta de este proyecto se elaboró un diseño experimental en el que se
plantearon analizar las características físicas, químicas y biológicas de las aguas en
cada componente de la planta piloto. La planta presentó fallas durante las fases preoperativa y operativa; por lo tanto, no se pudo implementar el diseño experimental. Sin
embargo, se realizaron muestreos que permitieron elaborar un registro de datos de las
fases pre-operativa y operativa y el funcionamiento del sistema.
Se llevó a cabo dos muestreos antes y después de la estabilización de los
residuos sépticos, en tres puntos. En cada uno de los puntos de muestreo, se tomaron
tres repeticiones para cada muestra. Los lugares de muestreo fueron los siguientes:
21
1. Bolsa de estabilización
2. Lecho de secado
3. Caja de recolección de lixiviados
Las variables evaluadas en los diferentes puntos de muestreo fueron: físicas
(olor, turbidez, SS, SSed y ST) y químicas (pH, NH4+, NO3-, PO4-3, DBO5 y DQO)
(Clesceri et al., 1999) (Cuadro 5). Los análisis de las variables se llevaron a cabo en el
Laboratorio de Suelos y Aguas de la Universidad EARTH. Para los muestreos se
utilizaron cinco botellas plásticas de 500 mL. Estas botellas se llenaron con los residuos
de cada uno de los puntos de muestreo y luego se procedió a sellarlas y rotularlas.
Todas las muestras fueron transportadas en hielo hasta el Laboratorio de Suelos y
Aguas, en donde se almacenaron en una cámara a 4 °C.
Las muestras de los residuos sépticos en el punto de muestreo I se tomaron por
una válvula en la bolsa de estabilización. Estas muestras se recogieron cuando la bolsa
estaba llena con todos los residuos sépticos (día 0). Las muestras que se tomaron en el
punto de muestreo II fueron tomadas en la salida del tubo en el lecho de secado
(día 21). Finalmente las muestras que se tomaron en punto de muestreo III se
recogieron a la salida del tubo en la caja de lixiviados, antes de las aguas se mezclaron
con los lixiviados de las tres trincheras del relleno sanitario (día 21).
22
5
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El objetivo de este estudio fue poner en operación y después evaluar la
efectividad de la planta piloto de tratamiento de residuos sépticos de la Universidad
EARTH. La discusión de los resultados de este estudio está dividida en tres partes. En
la primer parte se analizó el sistema pre-operativo. En la segunda parte se analizaron
los inconvenientes encontrados para poner en marcha los diferentes componentes que
tiene la planta piloto. Finalmente, en la tercer parte, se expuso y analizó los resultados
de la etapa experimental, en cada uno de los componentes evaluados en la planta
piloto.
5.1
ANÁLISIS DEL SISTEMA PRE-OPERATIVO
Se dividió el proceso de análisis del sistema pre-operativo en cuatro fases:
evaluación de los tanques sépticos, preparación de EMa para la estabilización de los
residuos sépticos, recolección de los residuos y transporte.
5.1.1 Evaluación de los Tanques Sépticos
Para realizar la evaluación de los tanques sépticos, se tomo como base la
información de planta física la cual es la encargada directa del mantenimiento de los
mismos. La universidad tiene actualmente 112 tanques sépticos con un volumen total
de 607.2 m3 (Cuadro 6). Muchos de los tanques no cubren las condiciones de un
tanque séptico debido a que no poseen las características necesarias tales como:
dimensiones (relación ancho-largo), impermeabilidad, resistente a acidez y al ataque de
sulfuros, hermético, salidas en T y salida de gases (Rosales 2003). Por ejemplo, en la
mayoría de los casos, los tanques tiene una relación de ancho:largo de 1:2 (Anexo 7) y
la relación recomendada es 1:3. La falta de condiciones adecuadas de los tanques
reduce la eficiencia y el funcionamiento parcial o total de los mismos, provocando
efectos secundarios como contaminación de aguas superficiales y subterráneas.
23
Cuadro 6. Inventario de los tanques sépticos de los edificios del campus de la
Universidad EARTH en los 12 distritos.
Distrito †
Número de
Edificios
Número de
Tanques Sépticos
Volumen Total
(m3)
Número de Tanques
para Extracción
1
49
49
142,0
8
2
19
3
49,8
1
3
2
1
9,8
0
4
1
1
52,9
0
5
16
6
120,2
3
6
13
12
62,9
3
7
3
2
17,9
1
8
6
6
35,2
1
9
6
6
31,2
1
10
24
23
63,3
0
11
1
1
0,8
0
12
1
1
21,2
0
Total
141
112
607,2
0
† Anexo 6.
En el mantenimiento de un tanque séptico se tiene como parte importante la
inspección. El muestreo para conocer el estado actual de todos los tanques sépticos del
campus sirvió para determinar cuales eran los que tenían prioridad para la limpieza. Los
tanques con prioridad a extracción fueron aquellos que habían alcanzado su nivel de
capacidad y aquellos que ya lo habían excedido. En siete de los distritos, existió18
tanques sépticos que necesitaban extracción (Cuadro 6).
Para implementar algún tipo de tratamiento para los residuos sépticos es
importante conocer las características físicas y químicas de los residuos en el tanque
séptico. Se realizó un análisis compuesto de los residuos sépticos por cada distrito de la
universidad. En esta evaluación no se recogieron muestras del tanque séptico de las
casas en Distrito 10, ni de la oficina de la Asociación de Empleados de Banano
(ASEARTH) (Distrito 11), en el pueblo de Las Mercedes. Estos tanques no se
encuentran en el campus de la universidad entonces se decidió no incluirlo en este
24
estudio. También se decidió no recoger muestras del tanque que pertenece a la
Escuela Primaria (Distrito 12).
Debido al olor y alta probabilidad de contaminación con coliformes fecales en los
residuos sépticos frescos, no se realizaron análisis para sólidos en las muestras. El pH
del material en los tanques no varió mucho (6,0 a 6,8) entre los distritos estudiados, con
un promedio de 6,5. Los resultados de otros análisis físicos y los análisis químicos
mostraron que el material en los tanques varía mucho, dependiendo de que distrito
provengan.
Existió mucha variación en la concentración de DBO y DQO del material en los
tanques (Figura 1). El distrito con la más alta concentración de DBO fue el Distrito 5
(Residencias Estudiantiles I, Soda La Jama y Asuntos Estudiantiles) y con la más alta
DQO fue en el Distrito 6 (Taller Didáctico; Centro de Cosechas; Centro CapacitaciónASEARTH; Laboratorio de Procesamiento de Alimentos; Laboratorio de Empaque;
Finca Pecuaria Integrada; Campo de Cuerdas; Complejo Deportivo; Capilla). Estas altas
cantidades podrían afectar el proceso de estabilización, particularmente el alto DQO,
impidiendo descomposición de la materia orgánica por ser material de lenta
biodegradabilidad. La relación de DQO:DBO varió Mucho también, entre 1:1 en
Distrito 8 (Dormitorios Administrativos) hasta 112:1 por Distrito 6.
Estos valores de DBO y DQO se encontraron dentro de los rangos de los
parámetros convencionales de los residuos sépticos (Cuadro 1). Sin embargo, los
valores de DBO y DQO en los residuos de los tanques sépticos de todos los distritos,
excepto los de Distrito 7 y Distrito 8, excedieron los niveles permisibles por el
Reglamento de Reuso y Vertido de Aguas Residuales de Costa Rica (Cuadro 2). En
esta ley, los límites para descargar aguas residuales son 300 mg L-1 para DBO y
1000 mg L-1 para DQO (Ministerio de Salud, 1997). Por esta razón es obligatorio, por
las leyes en Costa Rica, dar un tratamiento más a los residuos sépticos que provienen
de estos tanques sépticos.
25
40
-1
Distrito 1
Distrito 2
Distrito 3
Distrito 4
Distrito 5
Distrito 6
Distrito 7
Distrito 8
Distrito 9
1500
1000
30
20
*
10
500
-1
Concentración DQO x 1000 (mg L )
Concentración DBO (mg L )
2000
0
0
DBO
DQO
Figura 1. Concentración de DBO y DQO en los residuos de los tanques sépticos
en los distritos del campus de la Universidad EARTH (* DQO x 5000).
Los resultados de los análisis de NH4+, NO3- y PO4-3 fueron similares a los de
DBO y DQO. Las más altas concentraciones ocurrieron en los tanques sépticos de
Distrito 5, Distrito 6 y Distrito 3, en ese orden. En el Distrito 6 las concentraciones de
NH4+ fueron casi 60 mg L-1, y PO4-3 más que 10 mg L-1 (Figura 2). Estas altas
cantidades de nutrientes pueden beneficiar un proceso biológico en el tratamiento. Sin
embargo, altas concentraciones de nutrientes en las aguas residuales pueden causar
daños en el ambiente si no reciben tratamientos posteriores a la estabilización.
En Costa Rica, todavía no exigen un nivel máximo permisible para los
parámetros de nutrientes como NH4+, NO3- y PO4-3 (Ministerio de Salud, 1997). Sin
embargo, concentraciones de NH4+ mayores a 0,25 mg L-1 puede afectar el crecimiento
de los peces u otros organismos en el agua y concentraciones mayores a 0,5 mg L-1
son consideradas letales para el ecosistema (Laidlaw, 1995). Además, altas
concentraciones de N y P en formas inorgánicas en el agua causan eutroficación,
afectando la vida acuática en el ecosistema (Tchobanoglous y Burton, 1991).
26
12
Distrito 1
Distrito 2
Distrito 3
Distrito 4
Distrito 5
Distrito 6
Distrito 7
Distrito 8
Distrito 9
-1
100
+
80
10
8
4
20
2
0
-1
40
-3
6
-
60
Concentración NO3 y PO4 (mg L )
Concentración NH4 (mg L )
120
0
NH4+
NO3-
PO4-3
Figura 2. Concentración de NH4+, NO3- y PO4-3 en los residuos de los tanques
sépticos en los distritos del campus de la Universidad EARTH.
Preparación de EMa para la Estabilización de los Residuos Sépticos
Para la estabilización de residuos en la bolsa de 19 m3, trabajando en una
relación de 5 % de EMa, fue necesario mezclar con los residuos sépticos 1,0 m3 de
EMa. Se preparó el EMa en el Centro de Acopio, usando estañones de un volumen de
1 m3 (Anexo 6). Para este EMa se utilizaba una cantidad considerable de agua (100 L) y
el costo de este producto estaba determinado por la calidad de esa agua (potable).
El Centro de Acopio está ubicado en una zona tropical húmeda con una
precipitación promedio anual de 3 390 mm y un promedio mensual de 290 mm,
(Rodríguez, 2006) (Anexo 8). Para disminuir la dependencia y uso de agua potable para
preparar este producto, se instaló canaletas alrededor del techo del centro. Se captó
agua de lluvia en los estañones, de tal modo disminuyendo el consumo de agua
potable. En los meses de poca precipitación, una segunda opción podría ser la
utilización de agua del río Dos Novillos. La calidad de esta agua o el agua de lluvia no
disminuyó la activación de los microorganismos ni la calidad del EMa.
27
5.1.2 Recolección de los Residuos Sépticos
Existen ciertos componentes que se deben tomar en cuenta antes de realizar
trabajos de extracción de residuos sépticos o aguas negras con alto contenido de
material orgánico de tipo sanitario y técnico (Rosales 2003). Los trabajadores recibieron
capacitación previa sobre la protección que se debe tener al trabajar con este tipo de
material. A los trabajadores, se les obligó a usar trajes de seguridad con la ropa de
manga larga, con mascarilla, guantes y lentes de seguridad. También fue obligatorio
para todos los trabajadores involucrados en esta labor la vacunación previa contra la
Hepatitis A y B.
La tanqueta que se usó para la recolección de los residuos sépticos fue
acondicionada para este trabajo. En el primer recorrido, los trabajados llenaron la
tanqueta con agua del río para hacer las pruebas de la bomba y la manguera. Ellos
encontraron que la tanqueta no posee una funda para llevar la manguera de extracción.
También la bomba no tuvo un tipo de protección, dejándola expuesta a los elementos y
por eso este equipo no funcionó bien. La tanqueta fue acondicionada de nuevo para
resolver los problemas encontrados, adicionando las fundas y una tapadera para la
bomba.
Cuando hicieron el segundo recorrido, para extraer los residuos de los tanques
sépticos, los trabajadores acertaron sobre la necesidad de una segunda manguera. La
segunda manguera facilitaría la descarga de los residuos sépticos en la planta piloto,
dejando la primera manguera para las extracciones de los tanques sépticos. Los
trabajadores indicaron también la falta de equipo como palas para mezclar los residuos
en los tanques y la ausencia del cierre hermético en la tapa de la tanqueta para evitar
fugas. Estos últimos arreglos fueron incorporados en el segundo acondicionamiento de
la tanqueta.
Para el mantenimiento de los tanques sépticos es recomendable extraer solo el
80 % del contenido de los mismos. Lo que queda en el tanque permite que la
reactivación del residuos posterior a la extracción sea lo más rápido posible (Rosales,
2003). Se mandaron a los trabajadores a no limpiar por completo los tanques. Así, se
aseguró la reactivación del proceso biológico en los tanques.
28
5.1.3 Transporte
El sistema de transporte, que se utilizó en la universidad, fue por medio de una
tanqueta con una bomba. Un camión fue designado para halar la tanqueta; sin
embargo, el equipo tenía que cruzar un puente de suspensión que tiene un límite de
peso de 5 toneladas. En el momento que se planeó el diseño de este proyecto, no se
consideró la cantidad de peso requerido para el transporte de dichos residuos sépticos.
Esto es básicamente necesaria por aspectos de logística, en este caso en particular la
capacidad de soporte del puente. Solamente la tanqueta excedió este peso cuando
tenía la carga de los residuos. Por esta razón, se designó un tractor para trasladar la
tanqueta cargada hasta la planta piloto. El tractor pudo pasar por el río Dos Novillos sin
pasar por el puente.
Este cambio en la manera de halar la tanqueta implicó algunas fallas en su
diseño. El proceso de extracción de los residuos sépticos requiere de dos personas y el
tractor no tuvo espacio para el segundo trabajador. Sin embargo, la tanqueta no constó
con barandas para el transporte de la persona adicional. Cuando la tanqueta fue
acondicionada para resolver los problemas encontrados, también se adicionaron las
barandas necesarias.
5.2
ANÁLISIS DE LA OPERACIÓN DE LA PLANTA PILOTO
Se presentó una serie de inconvenientes que han interrumpido el desarrollo de
las actividades programadas, atrasando significativamente el funcionamiento de la
planta y principalmente la recolección de datos y el análisis de los mismos. Los
inconvenientes sucedieron por fallos en la infraestructura, debido a que la planta no
integró todos lo parámetros necesarios para realizar las actividades de recolección y
tratamiento.
El mayor inconveniente de la planta piloto fue la falta de una fuente de agua
potable para lavar el equipo y para la seguridad sanitaria de los trabajadores. Se instaló
una conexión de tubería desde la entrada del relleno sanitario hasta la planta piloto,
terminando con una llave para conectar una manguera de ½ pulgadas. La manguera
cuenta con una pistola de alta presión para facilitar el lavado del equipo. También el
29
agua está disponible para limpiar fugas y derrames y en caso de emergencias para los
trabajadores si tienen contacto corporal con los residuos sépticos.
El nuevo sistema de agua instalado en la planta mostró problemas. Por ejemplo,
se instaló un tubo para la llave que no contó con un suporte muy grueso; entonces
cuando se usó la manguera para lavar el equipo, el soporte se torció. Otro problema
que debe rectificar muy pronto es la fuente del agua potable. En este momento el agua
llega a la planta por un sistema de tuberías de más de 3 km. Es imperativo encontrar
una fuente de agua más cerca de la planta, porque sería imposible de detectar si el
sistema actual tiene algunas fugas.
5.2.1 Separador de Sólidos
El primer paso en la planta piloto fue la descarga de los residuos sépticos desde
la tanqueta hasta el separador de sólidos. Se descargaron los residuos desde la
tanqueta hasta el separador de sólidos mediante una manguera de 8 cm diámetro. La
entrada de la planta tuvo una pendiente hacia afuera, entonces no fue posible vaciar
completamente la tanqueta. Para el segundo recorrido, se niveló la entrada con una
pendiente hacia adentro de la planta. No obstante, se tiene que mejorar la entrada para
facilitar la descarga de los residuos desde la tanqueta, posiblemente con una base de
concreto.
Al inicio de las operaciones de vertido, se observaron fallos en el equipo de
separación de sólidos. El separador no contó con una boca donde podía descansar la
manguera de la bomba de la tanqueta. El equipo tampoco contó con una rampa o
escalera para subir a colocar la manguera en la boca de inicio. Otro componente de
gran riesgo laboral fueron las cadenas del motor de separación de sólidos las cuales
estaban descubiertas. Al igual, el motor no tuvo un techado que evitara la exposición
del mismo a la intemperie. Antes de recoger los residuos sépticos la segunda vez, se
instaló en el separador una boca para descansar la manguera, unas gradas con una
baranda para subir a colocar la manguera, una tapadera para el motor y un cobertor
para proteger el separador.
Una vez se inició el proceso de separación de sólidos, los residuos se rebalsaron
y los sólidos como productos sanitarios salieron del separador. Se colocó un estañón
30
metálico en la salida del separador para recoger los sólidos y posteriormente llevarlos al
incinerador. La zona tuvo un desnivel muy pronunciado el cual dificultó una posición
vertical del estañón, facilitando su volcamiento. Antes del segundo recorrido, se niveló
el área para acomodar el estañón.
Después de pasar por el separador de sólidos, los residuos sépticos fueron
trasladados paulatinamente a la bolsa de estabilización, por gravedad. El separador fue
conectado a la bolsa mediante una manguera de 8 cm, lo cual estaba sostenido por
arriba de la bolsa. La diferencia en nivel entre el separador y la entrada de la bolsa no
fue constante debido a que la manguera fue flexible. Para el segundo recorrido, se
cambió la manguera flexible por un tubo fijo, facilitando el movimiento de los residuos
por gravedad desde el separador de sólidos hasta la bolsa de estabilización.
5.2.2 Bolsa de Estabilización
La bolsa de estabilización fue un recipiente colapsable para almacenamiento de
líquidos. El tamaño de la bolsa vacía fue de 4.5 m x 5.2 m y se infló hasta 1 m de altura
cuando se depositaron los residuos. Al pasar los residuos del separador a la bolsa de
estabilización durante el primer recorrido, se presentó una serie de problemas. Primero
se encontró que el sitio donde se colocó la bolsa no fue de las mismas dimensiones de
la bolsa. Entonces se dobló la bolsa y no fue posible llenarla hasta el volumen máximo.
Otro problema fue la operación de la válvula de salida de los gases. Cuando trasladaron
los residuos del separador a la bolsa, se introdujo aire en la bolsa. La válvula no
funcionó y el aire quedo en la bolsa, disminuyendo el volumen efectivo para los
residuos.
Después de la primera estabilización, hicieron arreglos en el sitio donde se
instaló la bolsa. Sin embargo, durante el segundo recorrido, no se pudo llenar la bolsa
al máximo. Tampoco sirvió la válvula de salida de los gases. Antes del siguiente
recorrido, más ajustes deberán ser hechos en el sitio para acomodar la bolsa. También,
la válvula debe ser cambiada para asegurar la salida de los gases y permitir el llenado
de la bolsa a su máxima capacidad.
Las dimensiones de la bolsa no fueron exactamente igual que las indicadas por
la compañía. Entonces hubo un cuestionamiento sobre el volumen de la bolsa y su
31
máxima capacidad. Los trabajadores no quisieron recoger más que tres tanquetas de
los residuos sépticos porque no estaban seguros de poder pasarlos a la bolsa. Antes
del siguiente recorrido, la bolsa será llenada con agua de río para calcular el volumen
exacto de la bolsa y cuantas tanquetas de residuos sépticos podrán recoger para llenar
esta bolsa de estabilización.
5.2.3 Lecho de Secado
Se dejaron los residuos sépticos en la bolsa de estabilización por 21 días.
Posteriormente, se abrió una llave en la cama seca para pasar los residuos
estabilizados desde la bolsa hasta la cama, por gravedad. En este componente del
sistema, el vertido del efluente no se distribuyó uniformemente por toda la cama. La
entrada de la cama tuvo un tubo muy corto provocando la saturación de un solo punto
de la cama, sub-utilizando su totalidad. Para hacer el sistema más eficiente, el fluido
debe ser lento y mejor distribuido en la cama, para darle tiempo al aserrín que haga su
trabajo de absorción. El tubo de entrada a la cama, de 30 cm de largo, se cambiará por
un tubo de 4.5 m. También, será perforado a lo largo para facilitar el riego de la cama
en su totalidad.
Después de la cama seca, las aguas residuales pasaron rápidamente a la caja
de recolección de lixiviados. Los sólidos en las aguas residuales fueron retenidos por la
borucha en la cama seca. La cama seca debe ser inspeccionada mensualmente para
asegurarse que no tiene un exceso de sólidos. Se harán recorridos frecuentes para
determinar la vida útil de la borucha en al cama seca.
5.3
ANÁLISIS DEL EXPERIMENTO
Aunque se tuvieron varios problemas con la planta piloto, fue posible llevar a
cabo dos muestreos antes y después de la estabilización de los residuos sépticos, en
tres puntos. En día 0 se recogió las muestras en la bolsa de estabilización (S1) y en día
21 se recogieron las muestras en la cama seca (S2) y la caja de recolección de
lixiviados (S3). Se hizo el primer recorrido y muestreo antes de hacer los arreglos en la
planta y el segundo después de los arreglos. En el primer recorrido, se extrajeron los
residuos sépticos de un tanque en el Distrito 5, del edificio La Loma y de parte de un
tanque en el Distrito 7, de Ingeniería. En el segundo recorrido, se extrajeron el resto de
32
los residuos sépticos del tanque séptico de Ingeniería (Distrito 7) y los residuos sépticos
del tanque del Taller Didáctico (Distrito 6).
Los residuos sépticos en la primera estabilización tuvieron altas concentraciones
de DBO, DQO y SS, todos excedieron los límites permisibles por ley para descargar
esos residuos (Ministerio de Salud, 1997) (Figura 3). Después de la estabilización por
21 días, se redujeron estas concentraciones en los residuos (Figura 3). La
concentración de DBO disminuyó a un nivel menor al que exige la ley en Costa Rica
(300 mg L-1) (Ministerio de Salud, 1997). Sin embargo, ningún otro parámetro cumplió
con los requisitos de la ley (Cuadro 2), indicando la necesidad de más tratamientos para
esa agua residual. Esa agua se juntó con los lixiviados del relleno sanitario para
tratamientos subsecuentes en un filtro de arena, un humedal artificial y un humedal
natural.
6000
-1
S1
S2
S3
500
5000
4000
300
3000
200
2000
100
1000
0
0
DBO
SSed
DQO
SS
Figura 3. Concentración de DBO, SSed, DQO y SS en la bolsa de estabilización
(S1), la cama seca (S2) y la caja de recolección de lixiviados (S3),
primer recorrido.
33
-1
400
Concetración de DQO y SS (mg L )
Concetración de DBO y SSed (mg L )
600
Las concentraciones de los parámetros de DBO, DQO y SS fueron más altas en
las muestras de la caja de recolección de lixiviados que en las muestras de la entrada
de la cama seca. Esto pudo ser consecuencia del paso rápido del agua por la cama,
debido a que no existe una distribución de los efluentes de la bolsa de estabilización en
la cama. También, el material orgánico soluble presente en la cama seca podría haber
sido llevado en el agua residual hasta la caja de lixiviados.
Previo al tratamiento, los residuos sépticos en la segunda estabilización
presentaron altas concentraciones de DBO, DQO y SS que excedieron los límites
permisibles por ley para descargar esos residuos (Ministerio de Salud, 1997) (Figura 4).
Posterior al periodo de estabilización de 21 días, las aguas residuales presentaron
reducciones de esas concentraciones en los residuos (Figura 4). La concentración de
DBO presentó una reducción por debajo de los niveles exigidos por la ley en Costa Rica
(300 mg L-1) (Ministerio de Salud, 1997). La concentración de SSed en los residuos, una
vez estabilizados, se redujo en su totalidad. Sin embargo, los otros parámetros no
cumplen con los requisitos de la ley (Cuadro 2), indicando la necesidad de incluir
tratamientos adicionales para lograr obtener los niveles requeridos para el vertido de
esa agua residual. Después de esta segunda estabilización, hubo un aumento de los
SS en las aguas residuales al pasar por la cama seca, el cual coincidió con los
resultados después de la primera estabilización, presentados en la Figura 3. Este
resultado indicó un mal funcionamiento de la cama, en la distribución del agua o el tipo
de material utilizado.
34
5000
S1
S2
S3
-1
Concentración (mg L )
4000
3000
2000
1000
0
DBO
SSed
DQO
SS
Figura 4. Concentración de DBO, SSed, DQO y SS en la bolsa de estabilización
(S1), la cama seca (S2) y la caja de recolección de lixiviados (S3),
segundo recorrido.
Las concentraciones de pH en los residuos sépticos en la bolsa de estabilización
estuvieron por debajo de los niveles permitidos. Sin embargo en la cama seca y la caja
de recolección de lixiviados las concentraciones de pH se encontró entre 6 y 9, los
cuales son los limites permitidos para el vertido de estas aguas (Ministerio de Salud,
1997) (Figura 5).
Los residuos sépticos presentaron altas concentraciones de NH4+ y PO4-3 previo
a la segunda estabilización, 6,6 mg L-1 y 4,4 mg L-1 respectivamente (Figura 5). Las
concentraciones de NH4+ fueron mayores a 0,25 mg L-1 por lo que se considera pueden
afectar el crecimiento de peces u otros organismos acuáticos, además de ser
consideradas letales para el ecosistema (Laidlaw, 1995). Las altas concentraciones de
P en forma inorgánico en el agua, en exceso de 0,01 mg L-1, causan eutroficación que
afecta la vida acuática en el ecosistema (Tchobanoglous y Burton, 1991). La
concentración de NO3- en los residuos sépticos, antes de la estabilización, fue
35
0,1 mg L-1, menor que el nivel que provoca eutroficación, 0,3 mg L-1 (Tchobanoglous y
Burton, 1991).
Aunque las concentraciones de NH4+ y PO4-3 bajaron en 75 % y 85 %,
respectivamente, después de la segunda estabilización, los niveles de estos nutrientes
se presentaron en exceso en relación con los niveles que afectan negativamente los
ecosistemas (Figura 5). La concentración de NO3- subió después de esta estabilización,
sin embargo quedo menor que el nivel que provoca eutroficación (Tchobanoglous y
Burton, 1991) (Figura 5).
S1
S2
S3
300
250
10
10
8
6
6
4
4
2
2
-
pH
+
8
Concentración de NH4 , NO3 y PO4 (mg L )
350
-3
-1
0
0
pH
NH4
+
NO3
-
PO4
-3
Figura 5. Concentración de NH4+, NO3-, PO4-3 y pH en la bolsa de estabilización
(S1), la cama seca (S2) y la caja de recolección de lixiviados (S3),
segundo recorrido.
Después de la segunda estabilización, hubo un aumento en las concentraciones
de NH4+, NO3- y PO4-3 en las aguas residuales al pasar por la cama seca, el cual
coincidió con los resultados para los parámetros de DBO, DQO y SS después de la
primera estabilización (Figura 3) y para los SS después de la segunda estabilización
(Figura 4). La concentración de NO3- subió 1000 % (Figura 5). Después de la primera
36
estabilización, los SSed quedaron en la cama seca (Figura 3). Estos sólidos fueron
mezclados con la borucha y se llevó a cabo un proceso más de descomposición de ese
material. En la descomposición, podía tener mineralización de nutrientes orgánicos,
formando nutrientes inorgánicos como NO3- y PO4-3 (Epstein, 1997). Estos nutrientes
son altamente solubles y cuando se pasó el agua residual de la segunda estabilización
desde la cama seca, se llevó estos nutrientes hasta la caja de recolección de lixiviados.
Este resultado indicó un mal funcionamiento de la cama seca, sugiriendo la necesidad
de remover todo la borucha después de cada estabilización en la planta piloto.
37
6
CONCLUSIONES
El tratamiento de residuos sépticos en la planta piloto, con EMa al 5 %, no se
llevó a cabo en su totalidad, debido a que la planta y el equipo de recolección en
general no cumplían las condiciones mínimas para realizar el proceso de extracción,
transporte y estabilización.
Los resultados de la evaluación de los tanques sépticos indicó la necesidad de
implementar un programa de inspección y mantenimiento para asegurar su
funcionamiento y prevenir colapsos en los sistemas.
La captura de aguas de lluvia en canaletas instaladas alrededor del techo del
Centro de Acopio y la utilización de esas aguas para preparar el EMa disminuyó la
dependencia del uso de agua potable para esta actividad.
Para la recolección y transporte, el equipo de los residuos sépticos utilizado
debió ser acondicionado con equipo apropiado, para asegurar la seguridad de los
trabajadores involucrados en la recolección de los residuos sépticos.
Debido a los fallos en los componentes del sistema de la planta piloto de
tratamiento de residuos sépticos no fue posible evaluar la eficiencia del tratamiento
propuesto.
Los resultados de los análisis de los parámetros físicos y químicos de los
residuos indicaron que aunque el proceso la estabilización redujo las concentraciones
de DBO, DQO y sólidos en las aguas, todavía no cumplen con los niveles permisibles
de estos parámetros que se exigen por la ley en Costa Rica y por eso, estas aguas
residuales requieren tratamientos adicionales.
38
7
RECOMENDACIONES
La utilización de 5 % EMa fue adecuada para la estabilización de residuos
sépticos. Sin embargo, tomando en cuenta que en el campo las condiciones varían
constantemente debido a los materiales que ingresan al sistema desde diferentes
tanques sépticos, se recomienda una dosis de EMa más alta del 5 %, para evitar que la
variaciones no afecte los niveles requeridos por la ley.
Debido a las condiciones que presentaba la planta no se pudo evaluar la
eficiencia del tratamiento propuesto, por lo que se recomienda realizar más pruebas en
el sistema y análisis continuo de los parámetros físicos y químicos de los residuos.
Es recomendable evaluar el efecto del efluente del lecho de secado en el
humedal artificial del relleno sanitario, evaluando la capacidad de dicho sistema para
tratar la carga adicional de los efluentes del sistema de tratamiento de residuos sépticos
debido a que esas aguas poseen contenidos de nutrientes altos.
Para futuros estudios en este campo, se recomienda hacer análisis de coliformes
totales y coliformes fecales, ya que dichos análisis son un factor fundamental en los
residuos sépticos.
Además, se recomienda para futuras investigaciones sobre residuos sépticos
basado en un programa de inspección y mantenimiento de los tanques sépticos, que en
futuras construcciones de edificios, casas u otras, consideran las dimensiones
adecuadas de los tanques y su respectiva ubicación.
39
8
LITERATURA CITADA
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43
9
ANEXOS
Anexo 1. Tanqueta de abastecimiento y recolección de los residuos sépticos.
Anexo 2. Separador de sólidos.
47
Anexo 3. Bolsa de estabilización.
Anexo 4. Lecho de secado.
48
Anexo 5. Distribución de los edificios del campus de la Universidad EARTH en los
12 distritos.
Distrito No.
Edificios
1
Residencias de profesores (Casas 1-25); Apartamentos: A (1-12), B
(1-8), C (1 y 2) y de PEP; Residencia del Rector; Puesto de Residencias
2
Académicos 1, 2, 3; Laboratorio de Suelos; Laboratorio de Ciencias
Naturales; Biblioteca; USI; Rectoría; Oficinas y Hotel del PEP; Aula
Magna
3
Edificio Financiero, Salud y Recursos Humanos, Puesto de Guardas
4
Comedor
5
Residencias Estudiantiles I (Sura, Laurel, Gavilan, Almendro y
Lavandería 1); Ombú 1 y 2; La Loma; Residencias Estudiantiles II (La
Reserva: Cedro, Nogal, Carey, Guarumo y Piñal, y Lavandería 2); Soda
La Jama; Asuntos Estudiantiles
6
Taller Didáctico; Centro de Cosechas; Centro Capacitación-ASEARTH;
Laboratorio de Procesamiento de Alimentos; Laboratorio de Empaque;
Finca Pecuaria Integrada; Campo de Cuerdas; Complejo Deportivo;
Capilla
7
Almacén General; Ingeniería; Administración de Operaciones
8
Dormitorios Administrativos (Hombres y Mujeres), Apartamentos D (1-6)
9
Planta Empacadora de Banano; Antiguas Oficinas Finca Bananera;
Soda Finca Bananera; Oficina Empresa Agro-comercial; Centro de
Agroquímicos
10
Entrada Principal; Puesto de Mercedes; El Establo; Casas Consejo
Directo (1-3) Mercedes; Casas pequeΖas (1-10) Mercedes; Casa de
bambú; Planta Papel de Banano; Finca Integrada Orgánica; Finca
Proyecto 4
11
Asociación de Empleados de Banano (ASEARTH)
12
Escuela Primaria EARTH
49
Anexo 6. Tanques para la preparación de EMa en el Centro de Acopio.
50
Anexo 7. Ubicación y dimensiones de los tanques sépticos de la Universidad
EARTH.
Ubicación aproximada
Unidades Largo
Ancho Profundidad Volumen
----------------- m -----------------
m3
Distrito 1
Apartamentos B1-B8
4
1,90
1,00
1,10
2,09
Apartamentos C1, C2
2
2,65
1,07
1,25
3,54
Apartamento PEP
1
2,60
1,10
1,35
3,86
Apartamento PEP
1
1,90
1,00
1,35
2,57
Apartamentos B9-B14
2
1,90
1,10
1,35
2,82
Apartamentos A 1-5
5
1,80
0,88
1,05
1,66
Apartamentos A 6-8
3
1,80
0,88
1,05
1,66
Apartamentos A 9
1
1,80
0,85
1,05
1,61
Apartamentos A 10
1
1,80
0,85
0,95
1,45
Apartamentos A 11-12
2
1,90
1,10
1,10
2,30
Residencia Rector
1
2,60
1,00
1,40
3,64
Residencias 1-5
5
2,30
1,20
1,30
3,59
Residencia 6
1
2,30
1,20
1,35
3,73
Residencias 7-9
3
2,30
1,20
1,30
3,59
Residencias 10
1
2,30
1,20
1,35
3,73
Residencias 11-18
8
2,30
1,20
1,30
3,59
Residencias 19-20
2
2,60
1,10
1,20
3,43
Residencia 21
1
2,60
1,10
1,25
3,58
Residencias 22 y 24
2
1,90
1,60
1,05
3,19
Residencias 23 y 25
2
1,95
1,60
1,05
3,28
Puesto de Residencias
1
1,30
1,30
1,00
1,69
1
3,70
1,50
1,30
7,22
Distrito 2
Académico 1
Académico 2
Cae en tanque de Cafetería
Académico 3
Cae en tanque de Rectoría
Laboratorio de Suelos y Aguas
Cae en tanque de Cafetería
Laboratorio de Ciencias
Naturales
Cae en tanque de Cafetería
Biblioteca (La Oropendula)
Cae en tanque de Rectoría
51
Ubicación aproximada
Unidades
Largo
Ancho
Profundidad Volumen
----------------- m ----------------USI
Rectoría
Cae en tanque de Rectoría
1
4,30
2,20
1,80
Aula Magna
Cae en tanque de Rectoría
PEP Oficinas
Cae en tanque de Rectoría
PEP Hotel
m3
17,03
1
8,80
2,90
1,00
25,52
1
3,70
1,65
1,60
9,77
Distrito 3
Edificio Financiero, Salud y
Recursos Humanos
Puesto de Guardas
Cae en tanque de Edificio Financiero
Distrito 4
Cafetería
1
10,30
4,65
1,10
52,68
1
4,40
2,70
1,90
22,57
Distrito 5
Almendro-Lavanderia 1
Gavilan
Cae en tanque de Cafetería
Laurel
Cae en tanque de Cafetería
BaΖos (Lab. Suelos)
Cae en tanque de Cafetería
Sura
1
3,50
2,60
1,80
16,38
Ombu 1-2
1
2,70
1,20
1,55
5,02
La Loma
1
2,25
1,20
1,50
4,05
Lavanderia 2 -Hombres
1
4,40
1,95
1,95
16,73
Edificios de la Reserva (Nogal,
Cedro, Carey, Guarumo,
PiΖal)
1
5,90
4,70
2,00
55,46
Centro Estudiantil (Soda La
Jama)
Cae en tanque de Rectoría
Asuntos Estudiantiles
Cae en tanque de Ombúes
Distrito 6
Taller Didactico
1
3,75
1,55
1,80
10,46
Centro de Cosechas
1
2,40
1,50
1,70
6,12
Centro CapacitaciónASEARTH
1
5,70
2,60
1,70
25,19
Casa de Bambú
1
1,70
1,00
1,20
2,04
Laboratorio Procesamiento
1
2,50
1,40
1,80
6,30
52
Ubicación aproximada
Unidades
Largo
Ancho
Profundidad Volumen
----------------- m -----------------
m3
Alimentos
Antigua Planta de Tubérculos
1
1,80
1,50
1,40
3,78
Finca Pecuaria Integrada
1
1,10
1,10
1,60
1,94
Campo de Cuerdas
1
0,90 (diámetro)
1,75
1,11
Complejo deportivo 1
(vestidores)
1
2,90
1,50
1,15
5,00
Complejo deportivo 2 (piscina)
1
0,70 (diámetro)
1,60
0,62
Capilla
1
0,75 (diámetro)
0,85
0,38
Almacén General
1
3,65
1,70
1,55
9,62
Ingeniería
1
3,70
1,50
1,50
8,33
Distrito 7
Administración de
Operaciones
Cae en el tanque de Ingeniería
Distrito 8
Dormitorio Administrativos
Mujeres
1
2,45
1,30
1,50
4,78
Dormitorio Administrativos
Hombres
1
5,70
2,60
1,70
25,19
Apartamentos D1, D2
1
0,80
0,65
1,20
0,62
Apartamentos D3, D4
1
1,70
0,85
1,40
2,02
Apartamento D5
1
0,90 (diámetro)
1,65
1,05
Apartamento D6
1
0,90 (diámetro)
2,45
1,56
Planta Empacadora de
Banano
1
2,40
0,95
1,40
3,19
Antiguas Oficinas Finca
Bananera
1
1,80
1,10
1,20
2,38
Soda Finca Bananera
1
1,70
1,00
1,15
1,96
Oficinas Empresa
Agrocomercial (Público)
1
3,80
1,50
1,70
9,69
Oficinas Empresa
Agrocomercial
1
3,60
1,50
1,40
7,56
Centro de Agroquímicos
1
2,60
1,60
1,55
6,45
Distrito 9
Distrito 10
53
Ubicación aproximada
Unidades
Largo
Ancho
Profundidad Volumen
----------------- m -----------------
m3
Casa 1 Consejo Directivo
2
1,20 (diámetro)
0,85
0,96
Casa 2 Consejo Directivo
1
2,20
1,60
1,25
4,40
Casa 3 Consejo Directivo
1
0,90 (diámetro)
1,10
0,70
Casa Mercedes 1
1
1,20
1,20
1,15
1,66
Casa Mercedes 2
1
1,85
1,45
1,20
3,22
Casa Mercedes 2
1
1,05
1,15
1,00
1,21
Casa Mercedes 3-5
3
1,30
1,25
1,00
1,63
Casa Mercedes 6
1
1,30
1,25
0,75
1,22
Casas Mercedes 7
1
1,55
1,30
0,80
1,61
Casa Mercedes 8
1
0,90 (diámetro)
0,80
0,51
Casa Mercedes 9
1
0,60 (diámetro)
0,80
0,23
Casa Mercedes 10
1
1,00 (diámetro)
0,80
0,63
Establo
1
2,10
1,00
1,30
2,73
Planta de Producción de Papel
1
1,20
1,20
1,15
1,66
Puesto de Mercedes
1
0,80 (diámetro)
0,80
0,40
Finca Integrada Orgánica
(FIO)
1
3,00
2,00
1,35
8,10
Posadas A y B (FIO)
1
1,90
1,40
1,50
3,99
Bodega Orgánica
1
1,30 (diámetro)
090
1,19
Casa (FIO)
1
0,80 (diámetro)
0,90
0,45
Finca Proyecto 4
1
0,80 (diámetro)
0,85
0,43
1
1,00 (diámetro)
1,00
0,79
1
5,00
1,70
21,25
Distrito 11
Asociación de Empleados
Banano
Distrito 12
Escuela Primaria EARTH
54
2,50
Anexo 8. Precipitación por mes por los últimos seis años. †
1200
2001
2002
2003
2004
2005
2006
Promedio
Precipitación (mm)
1000
800
600
400
200
0
E
F
M
A
M
J
J
Mes
† Fuente: Rodríguez (2006).
55
A
S
O
N
D