MARCO TERICO
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PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR SEDE – IBARRA PUCE –SI ESCUELA DE CIENCIAS AGRÍCOLAS Y AMBIENTALES CIENCIAS AMBIENTALES INFORME FINAL DEL PROYECTO PROPUESTA DE DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE LAS AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS PARA LA PARROQUIA SAN PABLO DEL LAGO PREVIA OBTENCIÓN DEL TÍTULO EN INGENIERO EN CIENCIAS AMBIENTALES Y ECODESARROLLO AUTORES FABIO ANDRÉS CABRERA HERRERA EDWIN JESÚS ORTIZ RODRÍGUEZ ASESOR: BIÓLOGO GALO PABÓN IBARRA OCTUBRE 2005 RESUMEN EJECUTIVO En la presente investigación se realizaron estudios de la calidad de las aguas residuales y sus posibles tratamientos a bajo costo y de tipo biológico, estos estudios se desarrollaron para diagnosticar la problemática de las aguas residuales provenientes de la parroquia de San Pablo del Lago, a través de la medición de caudales, análisis físicos químicos y microbiológicos de esta agua sirviendo como base para la elaboración de la propuesta del diseño de una planta de tratamiento biológico. La evaluación de la calidad de las aguas residuales se efectuó durante seis meses en la parroquia urbana de San Pablo del Lago, por ser el principal centro urbano de esta zona, con una población de 5072 habitantes, mismos que generan un caudal promedio de agua residual doméstica de 9,77 lt/seg, un caudal mínimo de 2,72 lt/seg, y caudal máximo de 16,82 lt/seg. La propuesta de diseño esta estructurada para una proyección de 10 años, tomando en cuenta el crecimiento poblacional, las cargas contaminantes producidas y el caudal resultante para este período, la misma que consiste en dos tanques sedimentadores circulares con un tiempo de retención hidráulico de 12 horas. Un tratamiento secundario con 126 estanques lenteja de agua (Lemna gibba) con un tiempo de retención de 8 dias, y un tratamiento complementario en un área máxima de pantanos de 3,72 Ha para DBO5 El tratamiento biológico propuesto para tratar las aguas residuales domésticas contribuirá al mejoramiento ambiental del lago y al desarrollo de microempresas para la obtención de productos derivados de la Lemna gibba tales como balanceados para animales de granja, abonos de tipo orgánico, biodigestores y comercialización de estos productos. 2 AUTORIA Nosotros, Edwin Jesús Ortiz Rodríguez y Fabio Andrés Cabrera Herrera portadores de la cedula Nº 040116674-9 y 040109415-6 respectivamente, declaramos bajo juramento que la presente investigación es de total responsabilidad de los autores, y que se ha respetado las diferentes fuentes de información realizando las citas correspondientes. ................................................ Edwin Jesús Ortiz Rodríguez ................................................... Fabio Andrés Cabrera Herrera 3 PRESENTACIÓN La caracterización y propuesta de diseño de una planta de tratamiento biológico de las aguas residuales domésticas para la parroquia San Pablo del lago esta estructurada en cinco capítulos: Marco Teórico, Diagnóstico del problema, Resultados, Propuesta y Análisis de Impactos. En el primer capítulo se presenta una revisión bibliográfica para sustentar adecuadamente la problemática de las aguas residuales, muestreo, análisis utilizados y tipos de tratamientos biológicos existentes, para posteriormente aplicar el sistema de tratamiento más favorable para la zona. El segundo capítulo consta de una matriz de relación diagnóstica para determinar los métodos, materiales y técnicas a seguir para la evaluación de la calidad de aguas residuales en la parroquia de San Pablo del lago. En el tercer capítulo se establecen las tablas, gráficos y análisis obtenidos en el campo y laboratorio de la presente investigación, sirviendo éstos para constatar la problemática del lugar y promover el tratamiento y rehúso de las aguas residuales En el capítulo cuatro se determinan las áreas designadas para el tratamiento biológico constando este de tratamiento primario, secundario y complementario con sus respectivos planos y análisis de costos. En el capítulo cinco se presentan los posibles impactos positivos y negativos que ocasionará cada una de las fases de ejecución del proyecto a futuro, siendo en su mayoría beneficiosos para el ambiente y economía. DEDICATORIA 4 A mi padre Oswaldo por trabajar incansablemente y hacer de mi una persona de bien con su ejemplo de honestidad, humildad y sacrificio. A mi madre Lidia por su amor, comprensión y consejo en todos los momentos buenos y dificultosos por los que he atravesado. A mis hermanos Crislye y Xavier por brindarme su ayuda incondicional cuando más lo necesite. A mis queridas tías Marthy, Rosy y Glory por estar pendientes de mis altos y bajos a lo largo de mi vida. A mis primas y primos Iveth, Mireya, Nicole, Anita, Fiorella, Emilia, Fabricio, Mateo, Edison, Santiago por preocuparse de mi bienestar. A mi amada novia María Elena por su compresión, respeto y amistad que la caracterizan y me brinda constantemente. Fabio 5 DEDICATORIA A mi padre Carlos Ortiz y a mi madre Zoila Rodríguez por su apoyo incondicional, su amor, cariño y comprensión sirvieron en mi para cumplir una meta más en mi vida, a mis hermanos por el apoyo brindado, así como también este trabajo esta dedicado a todas aquellas personas conscientes que directa e indirectamente contribuyen a proteger y conservar los recursos naturales. Edwin AGRADECIMIENTO 6 Este proyecto fue posible por los fondos destinados del ACDI al proyecto INSTRUCT, que contribuyó al desarrollo de estudios para mejorar la calidad ambiental en la Cuenca del Imbakucha. Al Ilustre Municipio de Otavalo que presto sus instalaciones para la realización de análisis de laboratorio, a la Junta Parroquial de San Pablo del Lago por trabajar conjuntamente. A los coordinadores de Investigación del proyecto INSTRUCT Ing Yoan Coral e Ing Agustín Rueda por la colaboración, apoyo técnico y su desinteresada participación en el desarrollo de este proyecto. A nuestro asesor de tesis Biólogo Galo Pabón por impartir sus conocimientos de trabajo con honestidad y estar en los momentos indicados para apoyarnos en conseguir una de nuestras metas. Al Dr, Marcelo Dávalos que sin pertenecer a la Institución nos facilito claves fundamentales que contribuyeron al mejoramiento de esta proyecto por su experiencia en el tema. A nuestros compañeros y amigos Margarita, Maria Elena, Paola, Fernanda, Rodolfo, Horacio, Juan Carlos que de una o otra manera nos brindaron su apoyo. A todas las Instituciones y personas descritas anteriormente un Gracias eterno. Los Autores ÍNDICE 7 1 INTRODUCCION ........................................................................................... 13 1.1 Antecedentes .............................................................................................. 13 1.2 Justificación ............................................................................................... 14 1.3 Objetivos..................................................................................................... 15 1.3.1 Objetivo General..................................................................................... 15 1.3.2 Objetivos Específicos............................................................................. 15 2 MARCO TEÓRICO......................................................................................... 16 2.1 2.1.1 2.2 La Contaminación del Agua ....................................................................... 16 Eutrofización ..........................................................................................18 Aguas Residuales........................................................................................ 19 2.2.1 Residuos Domésticos ............................................................................ 20 2.3 Caracterización de las Aguas Residuales .................................................. 22 2.3.1 Medición de Caudales ........................................................................... 22 2.3.2 Tipos de Muestreos para Aguas Residuales ......................................... 22 2.3.3 Preservación de la Muestra ................................................................... 24 2.4 Características de las Aguas Residuales ....................................................25 2.4.1 Características Físicas ............................................................................25 2.4.2 Características Químicas ........................................................................27 2.4.3 Características Biológicas...................................................................... 30 2.5 Tratamiento de Aguas Residuales ............................................................ 34 2.5.1 Factores para el Diseño del Tratamiento Biológico de las Aguas Residuales a Implementarse .............................................................................35 2.5.2 Tratamiento Primario Sedimentador ....................................................35 2.5.3 Tratamiento Secundario con Plantas Acuáticas ................................... 36 2.5.4 Tratamiento Complementario con Totora (Schoenoplectus Californicus)..................................................................................................... 38 2.5.5 Factores de Importancia en la Selección de Procesos y Operaciones del Tratamiento ...................................................................................................... 39 3 DIAGNÓSTICO DEL PROBLEMA ............................................................. 41 3.1 Matriz Diagnóstica ..................................................................................... 41 3.2 Caracterización de las Aguas Residuales .................................................. 38 3.2.1 Ubicación del Área de Estudio .............................................................. 38 3.2.2 Medición de Caudales ........................................................................... 38 8 3.2.3 Muestreo................................................................................................ 39 3.2.4 Métodos de Análisis .............................................................................. 40 3.2.5 Materiales .............................................................................................. 48 3.2.6 Reactivos................................................................................................ 49 3.2.7 Equipos .................................................................................................. 50 3.2.8 Cálculo de las Cargas Contaminantes ................................................... 50 3.3 Caracterización de la Zona......................................................................... 51 3.3.1 Encuestas................................................................................................ 51 3.3.2 Capacitación a Líderes Dirigentes Comunitarios ..................................52 3.3.3 Evacuación de las Aguas Residuales al Aire Libre.................................53 4 RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN .................................................53 4.1 4.1.1 Medición de Caudales ................................................................................54 Caracterizaciones de 72 Horas ...............................................................54 4.1.2 Caracterizaciones de 24 Horas.............................................................. 58 4.1.3 Análisis Estadístico de los Caudales ...................................................... 61 4.2 Relación Agua Entubada y Residual en Época Lluviosa y Seca ............... 63 4.3 Análisis Físico Químicos de las Aguas Residuales de San Pablo del Lago64 4.4 Cargas Contaminantes .............................................................................. 68 4.4.1 Aportes Per Capita ................................................................................ 69 4.5 Tramos Finales.......................................................................................... 69 4.6 Encuestas Realizadas ................................................................................ 70 4.7 Taller Participativo.....................................................................................74 4.8 Matriz Foda ................................................................................................76 4.8.1 Foda ........................................................................................................76 4.8.2 Estrategias .............................................................................................. 77 5 PROPUESTA DEL DISEÑO.........................................................................79 5.1 Propuesta de Diseño de la Planta de Tratamiento ....................................79 5.2 Requerimientos Técnicos para el Diseño ..................................................79 5.2.1 Tratamiento Primario ........................................................................... 80 5.2.2 Tratamiento Secundario.........................................................................81 5.2.3 Tratamiento Complementario .............................................................. 82 5.3 6 Costos de Construcción de la Planta de Tratamiento............................... 89 ANALISIS DE IMPACTOS .......................................................................... 92 9 6.1 6.1.1 6.2 Impacto Ambiental ................................................................................... 92 Análisis .................................................................................................. 93 Impacto Socio Economico ........................................................................ 94 6.2.1 Análisis ...................................................................................................95 6.3 Impacto Educativo .....................................................................................95 6.3.1 Análisis .................................................................................................. 96 6.4 Impacto General.........................................................................................97 6.4.1 Ambiental ...............................................................................................97 6.4.2 Socio Economico ................................................................................... 98 6.4.3 Educativo ............................................................................................... 98 7 CONCLUSIONES .......................................................................................... 99 8 RECOMENDACIONES. ..............................................................................102 9 GLOSARIO ....................................................................................................103 10 BIBLIOGRAFIA ...........................................................................................107 INDICE DE TABLAS Tabla 2.1 Cambios Ambientales Producidos por la Eutrofización........................11 Tabla 2.2 Clasificación Celular de los Organismos...............................................24 Tabla 2.3 Organismos Patógenos del Agua Residual............................................26 10 Tabla 2.4 Tipos de tratamiento.............................................................................27 Tabla 2.5. Remoción en Aguas Residuales Utilizando Lemna gibba.....................30 Tabla 3.1 Matriz diagnostica.................................................................................37 Tabla 3.2 Análisis in situ.......................................................................................41 Tabla 3.3 Formato del taller..................................................................................53 Tabla 4.1 Caudales horarios de la Caracterización uno........................................54 Tabla 4.2 Caudales horarios de la Caracterización dos.........................................56 Tabla 4.3 Caudales horarios de la Caracterización Tres.......................................58 Tabla 4.4 Caudales horarios de la Caracterización Cuatro...................................59 Tabla 4.5 Caudales horarios de la Caracterización Cinco.....................................59 Tabla 4.6 Caudales horarios de la Caracterización Seis.........................................60 Tabla 4.7. Análisis Estadístico de las Caracterizaciones. .......................................62 Tabla 4.8. Caudal Agua entubada / residual época lluviosa y seca Cabecera Parroquial San Pablo..............................................................63 Tabla 4.9. Análisis físico químicos de la muestra compuesta de las aguas residuales de San Pablo..........................................................................65 Tabla 4.10. Análisis de Concentraciones Muestra Compuesta..............................66 Tabla 4.11. Análisis físico químicos de la muestra puntal de las aguas residuales de San Pablo.......................................................................67 Tabla 4.12. Análisis de Concentraciones Muestra Puntual....................................68 Tabla 4.13. Cargas contaminantes de San Pablo....................................................68 Tabla 4.14. Aportes per cápita. ...............................................................................69 Tabla 4.15. Factores internos..................................................................................76 Tabla 4.16 Factores externos..................................................................................77 11 Tabla 4.17 Fortalezas y Amenazas (FA) ................................................................77 Tabla 4.18 Fortalezas y Oportunidades (FO) ........................................................78 Tabla 4.19 Debilidades y Amenazas (DA) ............................................................78 Tabla 3.20 Debilidades y Oportunidades (DO) ....................................................78 Tabla 5.1. Concentraciones no reducibles .............................................................83 Tabla 5..2. Constantes de velocidad........................................................................83 Tabla 5.3. Valores referenciales para el modelo de dimensionamiento..................85 Tabla 5.4. Resultado cálculo del área máxima de humedales.................................85 Tabla 5.5. Cálculos con regresión...........................................................................87 Tabla 5.6 Presupuesto de la planta de tratamiento biológico ................................91 Tabla 5.7. Materiales para la construcción de la planta de tratamiento................91 12 CAPÍTULO I 1 INTRODUCCION El punto de partida para este estudio radico en la contaminación del Lago San Pablo por aguas residuales provenientes de la parroquia de San Pablo del Lago, problemática descrita a continuación. 1.1 ANTECEDENTES La cuenca del Imbakucha está localizada en la cordillera oriental de los Andes Septentrional ecuatorianos, formando parte del cantón Otavalo, provincia de Imbabura. Su territorio es de 148,69 Km2, con un istema lacustre que es el lago San Pablo, además esta conformada por cinco parroquias; San Pablo, San Rafael, González Suárez, Eugenio Espejo y la urbana de El Jordán. Siendo generadoras de aguas residuales que son recolectadas por un sistema de alcantarillado y evacuadas sin un previo tratamiento a las diferentes vertientes que desembocan al Lago San Pablo. La parroquia de San Pablo del Lago es el principal centro urbano con una población de 5072 habitantes (INEC, 2001) y por ende la principal generadora de aguas residuales que son vertidas al río Itambí, principal afluente del Lago San Pablo. Además en esta zona se realizan actividades agrícolas y ganaderas que aportan con nutrientes, sólidos, microorganismos patógenos y materia orgánica. 13 En este sector se han realizado diferentes trabajos a favor del mejoramiento ambiental siendo instituciones como INSTRUC (Red Interamericana para el Estudio y el Entrenamiento en el Uso de Recursos Naturales para la Transformación de la Comunidad), CEPCU (Centro de Estudios Pluriculturales), el apoyo del Ilustre Municipio de Otavalo y la junta parroquial de San Pablo del Lago, que colaboraron en el desarrollo de esta investigación para manejar adecuadamente los desechos líquidos, en la cuenca del Lago San Pablo. 1.2 JUSTIFICACIÓN Las instituciones mencionadas vienen trabajando entre otros programas en el desarrollo de estrategias para el manejo adecuado de los desechos líquidos, en la cuenca del Lago San Pablo, para mejorar las condiciones de salubridad e higiene de la población asentada en sus alrededores. La planta piloto de tratamiento natural del agua residual doméstica de la comunidad de Puerto Alegre en la cuenca del Imbakucha sirve como experiencia para el desarrollo de nuevas investigaciones en las comunidades debido a la obtención de magníficos resultados en la reducción de contaminantes, garantizando una calidad aceptable del agua que ingresa al lago y proporcionando una serie de beneficios con el aprovechamiento de la biomasa generada de dicho proceso de tratamiento. A partir de esta experiencia piloto se hace indispensable realizar estudios encaminados a evaluar y cuantificar la realidad del problema ocasionado por las aguas residuales en un área de mayor población, como es la parroquia de San Pablo del Lago y así construir una base de datos que servirá como instrumento para la continuación de acciones en la recuperación del Lago San Pablo. 14 1.3 OBJETIVOS 1.3.1 OBJETIVO GENERAL ¾ Caracterizar las aguas residuales de la parroquia de San Pablo del Lago, a través de indicadores físico-químicos y microbiológicos, para proponer un diseño de una plata de tratamiento biológico de las aguas residuales domésticas y así coadyuvar en la disminución del proceso acelerado de eutrofización del Lago San Pablo 1.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ¾ Determinar los caudales máximos mínimos y medios producidos en época seca y lluviosa. ¾ Evaluar la calidad del agua residual doméstica de San Pablo. ¾ Establecer las cargas contaminantes del agua residual de San Pablo. ¾ Identificar el porcentaje de viviendas que se encuentran conectadas a la red de alcantarillado. ¾ Conocer el estado actual de la red de alcantarillado en los tramos finales. . 15 ¾ Capacitar a los dirigentes comunitarios sobre los riesgos y peligros que representan el inadecuado manejo de aguas residuales. CAPITULO II 2 2.1 MARCO TEÓRICO LA CONTAMINACIÓN DEL AGUA La población mundial sobrepasa los 6000 millones de habitantes y se estima que rebasará los 10000 millones para el año 2050. El mayor crecimiento de la población ocurre en los países pobres y en vías de desarrollo situados en Asia, África y Latinoamérica, y el crecimiento de la población exige mayor cantidad de alimentos, servicios, energía, y la manufactura de productos que consume la humanidad produce mayor cantidad de contaminación generando además una gran cantidad de aguas residuales (evacuadas sin tratamiento previo) y desechos contaminantes. Según la Organización Panamericana de la Salud (OPS) ("Mid-Decade Evaluation of Water Supply and Sanitation in Latin America and the Caribbean", April 1997, con datos a 1995), los países de América Latina y el Caribe poseen una población estimada de 468 millones de habitantes, de los cuales 343 millones habitan en zonas urbanas y 125 millones en áreas rurales. Las coberturas de los servicios de agua en zonas urbanas alcanzan el 84% y en las rurales sólo el 41%, lo que da una cobertura total de 73%. (En saneamiento las coberturas son: total, 69%; urbana, 80%; rural, 40%). Con base en lo anterior, más de 128 millones de habitantes no tienen acceso al agua de suministro. Se estima que menos de 10% del agua residual colectada por alcantarillados recibe tratamiento. (http:/www.cepsi.org.pe) 16 En los mismos países, entre 1991 y 1995, se reportaron más de 1,3 millones de casos de cólera (en 1995 fueron más de 86.000 casos), arrojando una tasa de 286 casos por cada 100.000 personas, y más de 11.000 muertos. Adicionalmente, por año se registran unas 150.000 defunciones por diarreas asociadas al agua en niños menores de 5 años, producido por agentes patógenos, (bacterias, virus, protozoarios y gusanos parásitos), que provocan enfermedades de diversa índole y en ocasiones pueden llegar a producir la muerte de miles de personas por una epidemia. (http:/www.cepsi.org.pe) Los principales contaminantes del agua son los siguientes: ¾ Los nutrientes vegetales inorgánicos como los nitratos y fosfatos disueltos en el agua pueden ocasionar el crecimiento excesivo de algas y otras plantas acuáticas, que cuando mueren y se descomponen provocan la disminución del oxígeno disuelto en el agua hasta causar la muerte de los peces y los microorganismos provocando un proceso de eutrofización. ¾ Las sustancias químicas orgánicas como el petróleo, gasolina, plásticos, plaguicidas, solventes limpiadores, detergentes y muchos otros productos químicos solubles en agua y los poco solubles en agua amenazan la vida acuática y humana. ¾ Los desechos orgánicos al ser descompuestos por bacterias que utilizan oxígeno para degradarlos, provocan la disminución del oxígeno disuelto en el agua hasta niveles que no sean suficientes para la vida acuática. ¾ La materia suspendida, partículas insolubles de suelo y otros materiales sólidos inorgánicos y orgánicos que llegan a quedar en suspensión en el agua contaminada. Enturbian al agua, disminuyen la fotosíntesis de las plantas acuáticas, reducen la capacidad de algunos organismos acuáticos para encontrar su alimento, altera las cadenas alimenticias acuáticas y transportan plaguicidas, bacterias y sustancias nocivas. Al sedimentarse 17 éstas partículas destruyen los sitios de alimentación y desove de peces y obstruyen y rellenan estanques, lagos, presas y canales. (http: // www . sagan gea. org/hojared_ AGUA/ paginas/ 24agua. html). 2.1.1 EUTROFIZACIÓN La eutrofización es un proceso de degradación ambiental producido mayormente por la influencia humana, consiste en el aumento de la concentración de nutrientes como fosfatos y nitratos en los lagos y estuarios. Dichos nutrientes provienen de los residuos sólidos y líquidos, producto de las actividades propias de los asentamientos humanos, y que son vertidos en cuerpos de agua lénticos. Un lago eutrófico es aquel de poca profundidad y poco contenido de oxígeno disuelto pero rico en materias nutritivas y materia orgánica esto genera condiciones anaeróbicas produciendo la muerte por asfixia de la fauna y flora acuática. ( http://www.biologia.org/?pid=5000&page=0&id=78) En la tabla 2.1 se puede apreciar los cambios ambientales ocasionados por la eutrofización: TABLA 2.1 Cambios Ambientales Producidos por la Eutrofización ¾ Cambios biológicos ¾ ¾ ¾ Cambios físicos ¾ Aumenta considerablemente el fitoplancton. Las algas verdeazules se desarrollan espectacularmente mientras que las de otros tipos desaparecen. Aumenta la actividad bacteriana. Los animales acuáticos enferman y mueren. Los restos de plantas y animales muertos se acumulan en los fondos, frenando la circulación del agua. El agua se torna parda y maloliente. Cambia de color: rojo, verde, amarillo o pardo. 18 ¾ Cambios químicos ¾ El oxígeno disuelto baja de alrededor de 9 mg/l a 4 mg/l lo cual afecta negativamente y de inmediato a los organismos. Cuando el nivel baja a 2 mg/l todos los animales han muerto. Hay una significativa elevación de la DBO. La concentración de compuestos nitrogenados, fosfatados se incrementa, así como la de otros elementos químicos. FUENTE: (http://www.sagan-gea.org/hojared_AGUA/paginas/20agua.html) 2.1.1.1 CAUSAS PARA LA EUTROFIZACIÓN Las principales fuentes de nutrientes son los efluentes naturales, líquidos de tierra agrícolas y urbanas y los residuos domésticos e industriales ricos en nutrientes (nitrógeno y fósforo). La materia orgánica también contribuye a este problema. La eutrofización puede tener dos orígenes: @ Eutrofización natural.- Es un proceso que se va produciendo lentamente de forma natural en todos los lagos del mundo, porque todos van recibiendo nutrientes. @ Eutrofización de origen humano.- Los vertidos humanos que llevan detergentes y desechos orgánicos, los vertidos ganaderos y agrícolas, que aportan fertilizantes, desechos orgánicos y otros residuos ricos en fosfatos y nitratos, aceleran el proceso hasta convertirlo, muchas veces, en un grave problema de contaminación. 2.2 AGUAS RESIDUALES 19 Las aguas residuales son líquidos procedentes de viviendas, instalaciones comerciales, industriales, sanitarias, comunitarias o públicas, producidas por las diferentes actividades biológicas, industriales, agropecuarias del hombre, y descargadas a una red de alcantarillado, sin tratamiento alguno, posteriormente dirigiéndose a los diferentes causes de desfogue como ríos, lagos, lagunas, o vertientes marinas provocando una contaminación ambiental y deterioro de los causes y masas de agua. Según Seoánez, M (1995:28) las aguas residuales urbanas se originan a causa de: @ Residuos domésticos @ Arrastres de lluvia @ Infiltraciones @ Residuos industriales 2.2.1 RESIDUOS DOMÉSTICOS “ Se originan en la vivienda y en el comercio: son las aguas residuales de los centros urbanos y rurales. Su composición cambia de un lugar a otro y esta en función de las condiciones socioeconómicas de la población, hábitos y prácticas sanitarias, el clima y otros factores típicos de cada localidad. En este tipo de aguas existen mayor concentración de cloruros, sulfatos, nitrógeno, fósforo, sólidos y materia orgánica.” (Corporación oikos, 1997; 12) Las excretas forman parte de los residuos domésticos y están compuestos por residuos sólidos y líquidos que constituyen las heces humanas: 20 Residuos Sólidos. Son las heces expulsadas por el hombre que están compuestas de agua, celulosa, lípidos, prótidos y materia orgánica en general, mismas que producen un principio de putrefacción que tiene lugar sobre las proteínas, tanto alimenticias como aquellas provenientes de secreciones y restos de la mucosa intestinal. Residuos Líquidos. Estos están constituidos por la orina, diariamente durante las 24 horas, un hombre elimina 1,3 litros de orina. Arrastres de Lluvia. La lluvia arrastra las partículas y los fluidos presentes en las superficies expuestas como: hollín, polvo de ladrillo y cemento, esporas y polvo orgánico e inorgánico de los tejados; partículas sólidas, hidrocarburos de las vías públicas; restos vegetales y animales, tierra de parques y zonas verdes. Las aguas residuales y las aguas lluvias en la parroquia San Pablo están conectadas a un mismo sistema de alcantarillado ocasionando el aumento del caudal y cambio de las características físico-químicas y microbiológicas del agua residual provocando inexactitud al momento de planificar el diseño de una planta de tratamiento y su óptimo funcionamiento. Infiltraciones. Las redes de evacuación por lo general son subterráneas existiendo peligro de infiltraciones y fugas a través de tuberías en mal estado o con conexiones defectuosas, o simplemente por paso gravitatorio normal. Residuos Industriales. “Son los efluentes de procesos y operaciones de transformación de la materia que provocan las industrias y que deben ser vertidos en algún lugar. Estos efluentes son diferentes en cada tipo de industria.” (Corporación oikos, 1997; 12) 21 2.3 CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES Las características de las aguas residuales es expresada de muchas formas dependiendo de su propósito específico; sin embargo toda caracterización de agua residual implica un programa de muestreo apropiado para asegurar representatividad de la muestra y un análisis de laboratorio de conformidad con normas estándar que aseguren precisión y exactitud en los resultados. 2.3.1 MEDICIÓN DE CAUDALES En las mediciones de caudales se puede utilizar los llamados vertederos planos y los medidores de régimen crítico. Para caudales menores de 60 l/s se recomienda el uso de vertederos triangulares de 900, y para caudales de 1m3/s los vertederos rectangulares. Los vertederos tienen la desventaja de permitir la acumulación de materia sedimentable antes del vertedero, lo cual no ocurre con los medidores de régimen crítico. (Romero, J 1999: 80) En San Pablo del Lago se utilizó el método del vertedero triangular a 900, ya que la producción del caudal no es mayor a 60 l/s, además el vertedero es una estructura sencilla, barata y fácil de instalar pero trabajoso al momento de su mantenimiento debido a la acumulación de sedimentos antes del mismo, debiendo ser removidos permanentemente para así obtener valores exactos del caudal. 2.3.2 TIPOS DE MUESTREOS PARA AGUAS RESIDUALES Se recomienda que la evaluación de las diferentes características de las aguas residuales deben seguir los métodos normales o estándar. Además, una 22 caracterización acertada de esta agua requiere una técnica adecuada de muestreo que asegure resultados representativos del caudal. (Romero, J 1999:75,76) 2.3.2.1 MUESTRAS INSTANTÁNEAS O SIMPLES Representan solamente las características del agua residual para el instante del muestreo y en la mayoría de los casos pueden no ser representativas de un período prolongado puesto que estas características varían con el tiempo. Las muestras simples son particularmente deseables cuando el flujo de agua residual no es continuo, la descarga de contaminantes es intermitente, las características del residuo son relativamente constantes o el parámetro que se analiza puede cambiar de manera significativa durante el período de muestreo. 2.3.2.2 MUESTRAS COMPUESTAS Es la combinación de muestras simples o puntuales tomadas en el mismo sitio durante diferentes tiempos. Se utilizan para obtener concentraciones promedio, para calcular los respectivos volúmenes de agua residual, éstas muestras se las realiza para asegurar la representatividad y detectar efectos de la descarga variable de los diferentes contaminantes. La muestra compuesta preferida es una mezcla de muestras individuales proporcionales al caudal instantáneo; para el efecto se toma muestras simples a intervalos de tiempo, por lo regular a una hora se almacena apropiadamente en un refrigerador y al final del período de muestreo se mezcla en proporción directa al caudal aforado en cada instante de muestreo. Todo frasco o recipiente de muestreo debe identificarse con una etiqueta que indique fecha de muestreo, nombre de la fuente, sitio de muestreo, tipo de muestra, hora de muestreo y preservativo usado. 23 El objetivo del muestreo es obtener una parte representativa del material bajo estudio (cuerpo de agua, efluente industrial, agua residual, etc.) y en la cual se analizarán las variables fisicoquímicas de interés. El volumen del material captado se transporta hasta el lugar de almacenamiento (cuarto frío, refrigerador, nevera, etc.), para luego ser transferido al laboratorio para el respectivo análisis, momento en el cual la muestra debe conservar las características del material original. Para lograr el objetivo se requiere que la muestra conserve las concentraciones relativas de todos los componentes presentes en el material original y que no hayan ocurrido cambios significativos en su composición antes del análisis. La importancia de las técnicas de recolección y preservación de las muestras radica en la necesidad de verificar la precisión, exactitud y representatividad de los datos que resulten de los análisis. 2.3.3 PRESERVACIÓN DE LA MUESTRA El objetivo de la preservación es retardar los cambios químicos y biológicos que continúan después de que la muestra se retira de su fuente. Los resultados analíticos son mas exactos en la medida que el tiempo transcurrido entre la recolección de la muestra y su análisis sea menor. Para las muestras compuestas se registra el tiempo en el momento de finalizar la composición de la muestra. Cuando se hace muestreo compuesto las muestras individuales deben conservarse en hielo. Una vez compuesta la muestra se debe guardar en la nevera a 4 ºC lo más pronto posible. 24 Los métodos de preservación incluyen las siguientes operaciones: control de pH, adición de reactivos, refrigeración, filtración, los cuales obran para: retardar la acción biológica, retardar la hidrólisis de los compuestos químicos, reducir la volatilidad de los constituyentes y reducir los efectos de absorción. (http://www.cornare.gov.co/Censa/IT_2.htm) 2.4 CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES Las características de las aguas residuales domésticas pueden ser físicas, químicas y biológicas, debido a sustancias agregadas durante el ciclo del uso del agua entubada variando considerablemente por el lugar donde estas se emplean y dependiendo del grado cultural de la población. El origen y composición del agua residual es única siendo indispensable su análisis específico en el campo y laboratorio. 2.4.1 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Las principales características físicas que se encuentran en aguas residuales son: @ Sólidos @ Temperatura @ Conductividad @ Sólidos 25 El agua residual contiene una gran variedad de materiales según su densidad y las características del medio receptor (cursos y masas de agua) y son depositadas en distintas zonas de éste. Los sólidos presentes en un agua pueden servir como criterio para determinar su calidad. Generalmente estas aguas contienen sólidos disueltos, sólidos sedimentables los cuales son partículas muy gruesas que se depositan por gravedad en el fondo de cuerpos receptores. Material flotante como trozos de vegetales, animales, basuras, etc y aquellas que son visibles constituyen los sólidos en suspensión y sólidos en flotación. @ Temperatura La temperatura del agua residual es por lo general mayor que la temperatura del agua para abastecimiento, como consecuencia de la incorporación de agua caliente proveniente del uso doméstico e industrial. La temperatura de los efluentes urbanos no plantea grandes problemas, ya que oscila entre 10 y 20º C; facilitando así el desarrollo de una fauna bacteriana y una flora autóctona, ejerciendo una acción amortiguadora frente a la temperatura ambiente, tanto en época seca como en lluviosa, y en cualquier tipo de tratamiento biológico @ Conductividad La conductividad eléctrica (CE) del agua es la medida de la capacidad de una solución (concentración de sustancias disueltas) para conducir la corriente eléctrica. Como la corriente eléctrica es transportada por iones en solución, el aumento de la concentración de iones provoca un aumento en la conductividad. 26 Por tanto el valor de la medida de CE es usado como parámetro sustituto de la concentración de sólidos disueltos totales (SDT). (Crites, W 2000:47) 2.4.2 CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS Algunas de las características químicas que se pueden encontrar en las aguas residuales domésticas son: @ pH @ Nitrógeno @ Nitrógeno total @ Nitrógeno amoniacal @ Nitrógeno en forma de nitrito @ Nitrógeno en forma de nitrato @ Fósforo @ Demanda bioquímica de oxígeno (DBO) @ Demanda química de oxígeno (DQO) En base a las características químicas establecidas se evalúa la calidad de las aguas residuales por lo que es necesario detallar su concepto y como influyen dentro la composición típica de un agua residual doméstica. @ pH 27 El pH es una medida del grado de acidez o alcalinidad de un agua, definiéndose como el logaritmo negativo de la concentración del Ion hidrógeno. La importancia dentro del agua residual radica en determinar la acidez de esta y tiende a ser muy corrosiva, la cual puede atacar químicamente tanto a los sistemas de distribución como a los órganos de las plantas de tratamiento y un agua residual básica provoca incrustaciones tanto en los sistemas de distribución como en las plantas de tratamiento. (Santiago, F 1996) El rango de pH para la vida biológica es muy estrecho y crítico. Un agua residual con valores adversos de pH puede tener dificultades para su tratamiento biológico. Se considera como rango adecuado de pH para el desarrollo normal de la actividad microbiana un valor comprendido entre 6 y 8. (Barrera, A 2000) @ Nitrógeno El nitrógeno es el nutriente esencial para el crecimiento protista y plantas. Las formas de interés en aguas residuales son las del nitrógeno orgánico, nitrógeno amoniacal, nitrógeno de nitritos y nitratos. Los datos del nitrógeno son necesarios para evaluar la tratabilidad de las aguas residuales por tratamientos biológicos. Cuando se exige control de eutrofización de las fuentes receptoras la remoción del nitrógeno, en el agua residual, puede ser una condición del tratamiento. Otras aguas residuales, como las pecuarias por ejemplo presentan altas concentraciones de nitrógeno en sus diferentes formas . la concentración de todas las especies de nitrógeno se reportan en mg/l. (Romero, J 1999:61) Nitrógeno amoniacal existe en solución acuosa tanto en forma de Ion amonio como en forma de amoniaco, dependiendo del pH de la solución. Para valores de pH superiores a 9.3, predomina el amoniaco, mientras que para valores por debajo 28 de 9.3 existe un predominio de la concentración del Ion amonio. (Crites, W 2000:50). ¾ Nitrógeno en forma de nitrito Esta presente en concentraciones bajas, los nitritos son de gran importancia en estudios de aguas residuales o aguas poluidas porque son altamente tóxicos para muchos peces y especies acuáticas. (Crites, W 2000:50). ¾ Nitrógeno en forma de nitrato La concentración de nitratos es importante, debido a las normas que ha fijado la EPA, la concentración de nitratos en aguas para consumo no debe superar el valor límite de 45 mg/l como NO3 (10mg/l como NO3 N) dadas sus graves y ocasionalmente fatales consecuencias sobre la población infantil. La concentración de nitratos en aguas residuales tratadas puede variar desde 2 a 30 mg/l como N, dependiendo del grado de nitrificación y desnitrificación del tratamiento. (Crites, W 2000:50). ¾ Nitrógeno total Kjeldahl Para medir esta forma de nitrógeno, la muestra acuosa es primero hervida para eliminar el amoníaco y posteriormente se realiza una digestión por ebullición en ácido sulfúrico. El nitrógeno orgánico presente en la muestra se convierte en amoníaco para luego ser destilado y medido por Nesslerización. El Nitrógeno total Kjeldahl se determina del mismo modo Nitrógeno orgánico, con la diferencia que no se elimina el amoníaco antes de la etapa de digestión. Por lo tanto, el nitrógeno total Kjeldahl incluye el nitrógeno orgánico y el nitrógeno amoniacal. (Crites, W 2000:50). @ Fósforo 29 En las aguas residuales, el fósforo puede encontrase en forma de sales minerales (ortofosfatos, polifosfatos), pero también en forma de compuestos orgánicos. Estos diferentes compuestos están solubilizados, o bien fijados en las materias en suspensión El fósforo en aguas superficiales genera un crecimiento incontrolado de algas, debido a la evacuación de las aguas servidas domésticas e industriales, acelerando el proceso de eutrofización. (Rodier, J 1981). @ Demanda bioquímica de oxígeno (DBO) La DBO expresa la cantidad de oxígeno necesario para la degradación de las materias orgánicas por microorganismos, además permite apreciar la carga del agua en materias putrescibles y su poder autodepurador, y de ello se puede deducir la carga máxima aceptable, éste indicador se utiliza principalmente en el control del tratamiento primario en las estaciones depuradoras y en evaluar el estado de degradación de los vertidos que tengan carga orgánica. (Seoanez, M 2003:95). @ Demanda química de oxígeno (DQO) La DQO es una estimación de las materias oxidables presentes en el agua, cualquiera que sea su origen orgánico y mineral ( nitritos, amoniaco).En las aguas residuales, al verterse en un curso de agua, algunas sustancias captan el oxígeno existente debido a la presencia de sustancias químicas reductoras, satisfaciendo sus necesidades de oxígeno. (Seoanez, M 2003:96) 2.4.3 CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS 30 Las aguas residuales contienen gran número de organismos vivos que son los que mantienen la actividad biológica, produciendo fermentación, descomposición y degradación de la materia orgánica e inorgánica. Su importancia radica, en la existencia en residuos humanos, patogenicidad, uso como indicadores de contaminación y función como ejecutores del tratamiento biológico. (Romero, J 1999 y Crites, W 2000) Los principales grupos de organismos presentes en aguas residuales de acuerdo a sus características celulares (ver tabla 2.2) están conformados por bacterias, hongos, algas, protozoos, plantas, animales y virus. Tabla 2.2 Grupo EUCARIOTAS Clasificación Celular de los Organismos Estructura Celular Eucariótica (contienen núcleo verdadero encerrada dentro de una membrana nuclear) EUBACTERIAS Procariótica sin membrana nuclear) ARQUEBACTERIAS Procariótica (sin membrana nuclear Características Multicelulares con diferenciación amplia de células y tejidos. Unicelulares o miceliales con poca o ninguna diferenciación de tejido Química celular similar a los eucariotas Química celular característica Miembros Representativos Plantas y animales Protistas (algas, hongos y protozoos) Bacterias Metanógenas Halófilas Termacidófila FUENTE: Romero, J 1999:189 @ BACTERIAS 31 El hombre en su tracto intestinal posee numerosas clases de bacterias inofensivas y son frecuentemente expulsadas en las heces. Los individuos infectados con algún tipo de enfermedad excretan en sus heces bacterias patógenas, contaminando así las aguas residuales domésticas con una gran variedad de organismos tanto patógenos como inofensivos. Las bacterias patógenas presentes en el agua residual, contienen una gran variedad de especies que pueden causar enfermedades, en hombres y animales (ver tabla 1.3)(Crites, W 2000: 191). @ PROTOZOOS (Crites, W y Romero, J) coinciden que los protozoos se alimentan de bacterias y de otros microorganismos así como de materia orgánica en partículas son esenciales en los ríos debido a que mantienen un balance entre los diferentes grupos de microorganismos. Los protozoarios son de gran interés debido a su impacto infeccioso (ver tabla 1.3)sobre individuos con deficiencias en su sistema inmunológico, como es el caso de niños pequeños, personas de edad avanzada, individuos con cáncer o personas infectadas con VIH(sida). @ VIRUS Los virus presentes en las aguas residuales provienen de excretas intestinales del hombre y de los animales domésticos, existen más de 100 clases diferentes de virus infecciosos en un gramo de heces humanas y su actuación dependen del tipo de virus muchos son resistentes a cualquier tipo de tratamiento (ver tabla 2.3). (Seoanez, M 1995:36). 32 Tabla 2.3 ORGANISMOS BACTERIAS Escherichia coli Legionella pneumophila Leptospira (150spp) Salmonella typhi Salmonella (>1700spp) Shigella (4 spp) Vibrio cholerae Yersinia enterolítica Organismos Patógenos del Agua Residual ENFERMEDAD Gastroenteritis Legionelosis Leptospirosis Fiebre tifoidea Salmonelosis Shigelosis Cólera Yersinosis VIRUS Adenovirus (31 tipos) Enterovirus (67tipos) Polio (3tipos) Coxsackie A (24 tipos) Coxsackie B (6 tipos) Echo (34tipos) Hepatitis A Agente Norwalk Reo (3 tipos) Rota Enfermedad respiratoria Gastroenteritis Poliomielitis, meningitis Herpangina, meningitis Anomalías cardiacas, meningitis Meningitis, enfermedades respiratorias Hepatitis infecciosas Gastroenteritis Gastroenteritis Gastroenteritis PROTOZOOS Balantidium coli Crytosporidum Entamoeba histolytica Giardia lamblia Balantidiasis Critosporidiosis Amibiasis Giardiasis NEMATODOS Ascaris lumbricoides Enterobius vericularis Fasciola hepática Ascaridiasis Enterobiasis Fascioliasis PLATELMITOS Hymenolepis nana Taenia saginata Taenia solium Trichuris trichiura Hymenolepiasis Teniasis Teniasis Tricuriasis SINTOMATOLOGIA Diarrea Enfermedad respiratoria aguda Ictericia, fiebre Fiebre, diarrea, ulcera Envenenamiento por comida Disentería Basilar Diarrea, deshidratación Diarrea Fiebre Fiebre Fiebre Ictericia, fiebre Vomito y diarrea Vomito y diarrea Diarrea Diarrea Diarrea Diarrea, náusea, indigestión Lombrices Oxiuros Lombriz del hígado Tenia enana Tenia vacuna Tenia del cerdo Gusano intestinal alargado FUENTE: Romero, J 1999 33 2.5 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES En la concepción, planteamiento y diseño de una planta de tratamiento se pueden considerar objetivos diferentes, teniendo en cuenta la disponibilidad de los recursos económicos y técnicos, así como los criterios establecidos para descarga de efluentes.(ver tabla 2.4) Tabla 2.4 Tipos de tratamiento Niveles de Tratamiento Preliminar Primario Descripción Remoción de constituyentes del agua residual que puedan causar problemas operacionales o de mantenimiento con los procesos y operaciones de tratamiento, y sistemas auxiliares Destinados a la preparación de las aguas residuales para su disposición o tratamiento subsecuente Remoción de parte de los sólidos y materia orgánica suspendidos presentes en el agua residual Secundario Remoción de compuestos orgánicos, biodegradables y sólidos suspendidos y nutrientes (nitrógeno o fósforo por separado o en conjunto). La desinfección también se incluye dentro del concepto de tratamiento secundario convencional Complementa los tratamientos precedentes y debe incluir un proceso biológico adecuado y una sedimentación final (secundaria). Terciarios Remoción de sólidos suspendidos residuales, en general por filtración en medio granular. La desinfección hace Tratamiento @ @ @ @ Rejas. Desarenadores. Tanques desgrasadores. Aireación preliminar. Tanque séptico. Tanque Imhoff. Sedimentación simple (primaria) @ Precipitación química y sedimentación @ Digestión de lodos @ Lechos de secado @ Desinfección @ Tratamientos biológicos aerobios Filtros percoladores (biológicos) Lodos activados. @ Sistemas de lagunas de estabilización @ Tratamientos biológicos anaeróbicos Reactores anaeróbicos de flujo ascendente Reactores anaeróbicos de lecho fluidizado. Filtros anaeróbicos @ Procesos físico-químicos. @ Procesos físico-biológicos. @ Desinfección @ @ @ 34 siempre parte del tratamiento terciario, incluyéndose a menudo en esta definición la remoción de nutrientes Complementa los procesos anteriores siempre que las condiciones locales exijan eventualmente un grado más elevado de depuración o la remoción de nutrientes, para evitar la eutrofización en el cuerpo receptor. FUENTE: Crites,W 2000 2.5.1 FACTORES PARA EL DISEÑO DEL TRATAMIENTO BIOLÓGICO DE LAS AGUAS RESIDUALES A IMPLEMENTARSE El tratamiento biológico de las aguas residuales supone la remoción de contaminantes mediante actividad biológica. La actividad biológica se aprovecha para remover principalmente sustancias orgánicas biodegradables, coloidales o disueltas, del agua residual, mediante su conversión en gases que escapan a la atmósfera y en biomasa extraíble mediante sedimentación, la actividad biológica es utilizada en los tratamientos para reducir nitrógeno y fósforo del agua. 2.5.2 TRATAMIENTO PRIMARIO SEDIMENTADOR La sedimentación es la separación de las partículas más pesadas en el agua mediante acción de la gravedad. Es una de las operaciones utilizadas en el tratamiento de las aguas residuales. Este tratamiento tiene como propósito fundamental obtener un efluente clarificado, pero también es necesario producir un fango con una concentración de sólidos que pueda ser tratado con facilidad. El objetivo del tratamiento por sedimentación es el de remover rápidamente los residuos sólidos sedimentables y material flotante para así disminuir la concentración de sólidos suspendidos. La sedimentación primaria se emplea como parte del pretratamiento dentro del procesamiento integral de las aguas residuales. Los sedimentadores primarios, diseñados y operados remueven entre 50% y 70% de sólidos suspendidos y entre 25% y 40 % de DBO5. (Crites, W 2000). 35 2.5.3 TRATAMIENTO SECUNDARIO CON PLANTAS ACUÁTICAS Los tratamientos acuáticos consisten en aplicar aguas residuales sobre terrenos húmedos, naturales o artificiales con el propósito de remover sus contaminantes, los sistemas acuáticos están constituidos por pantanos, ciénegas, turberas y lagunas de poca profundidad, en las cuales especies de plantas acuáticas (plantas tolerantes al agua como el jacinto de agua, Lemna gibba, y totora) crecen y se desarrollan. La vegetación acuática puede mejorar la calidad del agua y servir para estabilizar riberas de ríos y lagos para mejorar la estética ambiental. 2.5.3.1 LENTEJA DE AGUA (Lemna sp) Antiguamente la familia de las lemnáceas comprendía cerca de 35 especies y 4 géneros: Spirodela, Lemna Wolffiela y Wolffia. En la actualidad la Lemna pertenece a la familia Aracea. Las lentejas de agua son plantas flotantes, discos planos pequeños, generalmente de menos de 10mm de longitud con raíces en su cara inferior, crecen formando una capa sobre el espejo de agua y permite controlar el crecimiento algal al incrementar su mortalidad por falta de luz. El género Lemna es el más utilizado en el tratamiento de aguas residuales por su capacidad de remover metales y nutrientes del agua contaminada. (Culley y col., 1973). En un estudio realizado en la cuenca del Imbakucha la Lemna gibba presentó condiciones favorables de adaptación y excelentes resultados en el tratamiento de 36 aguas residuales, así tenemos que para 8 días de retención hidráulica la remoción de las cargas contaminantes fue efectiva (ver tabla 2.5). La lenteja de agua posee una tasa de crecimiento acelerada, en dos y tres dias su biomasa pude duplicar. Además posee un gran contenido de proteína que es del 31,63% (base seca) semejante al de la soya, 4,05% de grasa, 10,10% de fibra, 14,06% de ceniza y 28,93% de carbohidratos, que hacen de esta una alternativa de alimentación animal.(Coral, Y 2002) Tabla 2.5. Remoción en Aguas Residuales Utilizando Lemna gibba PARÁMETRO Conductividad eléctrica PORCENTAJE DE REMOCIÓN 74 Fósforo total 84,7 Ortofosfatos 92,6 Nitrógeno total Kjeldahl 88,5 Nitrógeno amoniacal 94,4 Nitritos 93,1 Nitratos 60,8 DQO 86,6 DBO5 82,5 Coliformes totales 99,4 Coliformes fécales 99,9 FUENTE: Coral, Y 2002 y Mena, M 2004 2.5.3.2 JACINTO DE AGUA (Eichhornia crassipes) El jacinto de agua es una planta acuática, perenne, vascular, flotante, de clima cálido y frió. Su habilidad de crecimiento y adaptación le permite sobrevivir y 37 extenderse en muchos sitios. Puede duplicar su tamaño en diez dias y durante la estación normal de ocho meses de crecimiento una sola planta es capaz de producir 70.000 plantas hijas, debido a sus raíces de tipo plumosa, fibrosa y con muchas ramificaciones posee un excelente poder de filtración para absorber impurezas y contaminantes como el níquel, cadmio, plomo, mercurio, cromo, plata, cobre, fenoles y otros. (Romero, J 1999). Las lagunas con lirio contribuyen al mejoramiento de la calidad del agua ya que las bacterias asociadas a la raíz pueden absorber más nutrientes y ellas también proveen de sombra impidiendo por tanto el crecimiento de algas y logrando que actúe como filtro biológico clarificando y purificando el agua (Karpiscak, M y col, 1992). 2.5.4 TRATAMIENTO COMPLEMENTARIO CON TOTORA (Schoenoplectus californicus) Las tifáceas son plantas palustres, perennes, de tallos cilíndricos; hojas alternas y liniares, reunidas en la base de cada tallo; tiene flores en espiga. La porción sumergida de los tallos de esta planta tiene menos capacidad de filtración y de soporte de crecimiento bacterial que las raíces de las plantas flotantes, pero con la ventaja de extenderse a lo largo de la capa de agua (Romero, J 1999). Las macrofitas emergentes tales como Typha sp., Phragmites., Schoenoplectus sp. y otras, muestran también potencial para una rápida toma de nutrientes en pantanos usados para el tratamiento de agua, pero en este caso proporcionan un mayor tiempo de almacenamiento de nutrientes. Por ello, la eficiencia del tratamiento en estos sistemas depende en parte, por la frecuencia que se cosechen las plantas.(Mena, M 2004:33). 38 El incorporar totora dentro de un sistema de tratamiento debe estar acompañado de un proceso de comercialización y diversificación del uso productivo de la misma. Se recomienda que las parcelas de totora podrían incorporarse dentro de este sistema como un tratamiento terciario (Sánchez, R 1999). 2.5.5 FACTORES DE IMPORTANCIA EN LA SELECCIÓN DE PROCESOS Y OPERACIONES DEL TRATAMIENTO Según (Romero, J 1999: 180 – 181) Las condiciones óptimas de operación y mantenimiento de un sistema de tratamiento de aguas residuales dependen de las características físicas, sociales y económicas prevalentes en el sitio de localización de la planta, las cuales deben tenerse en cuenta el diseño del sistema, porque ellas establecen la confiabilidad, flexibilidad, requerimiento del personal técnico, grado de automatización y control de procesos y costos de la operación y mantenimiento. Los principales factores en la selección de procesos y operaciones de tratamiento son: @ Factibilidad. El proceso debe ser factible y por consiguiente compatible con las condiciones existentes de dinero disponible, terreno existente y aceptabilidad de la comunidad propietaria del mismo. @ Aplicabilidad. El proceso debe de ser capaz de proveer el rendimiento solicitado, es decir, estar en capacidad de producir un efluente con la calidad requerida para el rango de caudales previsto. @ Confiabilidad. El proceso debe de ser lo más confiable posible, esto es, que sus condiciones óptimas de trabajo sean difíciles de alterar que tenga 39 capacidad de soporte de carga y caudales extremos y mínima dependencia de tecnología u operación compleja @ Costos. El proceso a de ser de costo mínimo. La comunidad debe de estar en la capacidad de costear todos los compuestos del sistema de tratamiento, a si con su operación y mantenimiento. @ Características del afluente. Estas determinan la necesidad de pretratamiento primario o tratamiento secundario, tipo de tratamiento (físico, químico, biológico o combinado), necesidad de neutralización o de igualamiento a si como el tamaño, cinética y tipo de reactor. @ Procesamiento y producción de lodos. La cantidad y calidad del lodo producido determina la complejidad del tratamiento requerido para su disposición adecuada. Procesos sin problemas de tratamiento y disposición de lodos son los ideales. @ Requerimientos de personal. Procesos sencillos requieren menos personal, menor adiestramiento profesional y por tanto, son más ventajosos. 40 CAPÍTULO II 3 3.1 DIAGNÓSTICO DEL PROBLEMA MATRIZ DIAGNÓSTICA La problemática ambiental en la cuenca del Imbakucha es muy compleja e involucra un área extensa que implica la realización de una matriz diagnóstica, misma que esta conformada por objetivos, variables, indicadores, técnicas y beneficiarios . En la actualidad la parroquia de San Pablo del Lago no cuenta con un diagnóstico de la calidad, cantidad y aportación de cargas contaminantes de las aguas residuales evacuadas al río Itambí, por lo que es necesario realizar esta matriz diagnóstica (ver tabla 3.1) que sirva como guía para determinar la problemática ambiental. 41 Tabla 3.1 Matriz diagnóstica Objetivos Del Diagnóstico Determinar los caudales máximos mínimos y medios producidos en época seca y lluviosa Variables Caudal Evaluar la calidad del agua residual doméstica de San Pablo. Parámetros de calidad del agua residual. Establecer las cargas contaminantes de las aguas residuales de San Pablo Cargas contaminantes Identificar el porcentaje de viviendas que se encuentran conectadas a la red de alcantarillado Viviendas conectadas Red de alcantarillado Conocer el estado actual de la red de alcantarillado en los tramos finales. Indicadores Caudal del agua residual Físicos: Sólidos. Temperatura. Conductividad. Químicos: pH Nitrógeno amoniacal Nitritos. Nitratos. Nitrógeno total Kjeldahl Ortofosfatos Fósforo Total DBO5 DQO Microbiológicos: Coliformes Fecales. Coliformes Totales DBO5 DQO Nitrógeno total Kjeldahl Fósforo Total Sólidos suspendidos totales Técnica Método del vertedero Metodos normalizados (APHA, casa comercial HACH, y el manual de MILLIPORE Corporation) Publico Área de estudio Área de estudio Métodos normalizados Área de estudio Número de viviendas Número de integrantes de cada vivienda Encuesta Habitantes de San Pablo Evacuación del agua residual al aire libre. Establecimientos poblacionales cercanos. Área de pastoreo de las vacas Observación Encuesta Parte baja de San Pablo. 37 3.2 CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES Para diagnosticar las aguas residuales, se debe localizar un lugar idóneo de fácil acceso, que permita la realización de las diferentes caracterizaciones, en el mismo que desemboquen las aguas residuales provenientes de la red de alcantarillado de la parroquia de San Pablo del Lago, donde se pueda realizar las diferentes actividades como medición de caudales y muestreo de la calidad de las aguas residuales. 3.2.1 UBICACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO Provincia: Cantón: Parroquia: Imbabura. Otavalo. San Pablo. Comunidad: San Pablo. Altitud: Longitud: Latitud: 2697 msnm. 78° 11’ 33” W 00° 11’ 52” N. 3.2.2 MEDICIÓN DE CAUDALES La medición del caudal de las aguas residuales proveniente de toda la red de alcantarillado de San Pablo fue realizado con un intervalo de medición de 30 minutos en seis caracterizaciones, una en época seca y otra en lluviosa teniendo una duración de 72 horas y las cuatro restantes se las realizaron en distintos períodos de tiempo durante la investigación. Para la medición de los caudales del agua residual se utilizó el vertedero triangular a 900, mismo que fue construido con la ayuda de la junta parroquial de San Pablo. 38 3.2.2.1 MÉTODO DEL VERTEDERO TRIANGULAR A 900 Empleando esta metodología se determina el caudal medio del flujo del agua estudiada, para lo cual se realiza la medición de caudales mediante este método por un tiempo de tres días consecutivos. Q = 0.14H 5/2 Donde: Q = Caudal medio. H = Altura registrada en la regla (cm). 3.2.3 MUESTREO La evaluación de las aguas residuales domésticas de San Pablo se la realizó tomando una muestra compuesta, misma que es proporcional al flujo de agua. Para la obtención de esta muestra se mezclan volúmenes iguales de agua, recolectados a intervalos de tiempo definidos. Una vez obtenido el caudal promedio, se inicio con la toma muestras cada 30 minutos y durante un período de 24 horas. Las muestras individuales resultantes en este intervalo de tiempo fueron mezcladas para integrar la muestra compuesta representativa. El volumen de agua a tomar en cada muestra individual se calcula mediante la siguiente ecuación tomada de Coral, Y 2002;70. 39 V (ml ) = Qi x Vtotal Qm x N ° de muestras Donde: Qi = Caudal en el momento en que se toma la muestra. Qm = Caudal medio durante el período de muestreo. V total = Volumen final total de la muestra compuesta. Además se tomó una muestra puntual en todas las caracterizaciones cuando el agua residual evaluada presentaba mayor turbidez. Con la obtención de la muestra compuesta y puntual se utilizo diferentes técnicas de experimentación, algunos de los análisis se los efectuó en el campo (ver tabla 3.1) y los restantes fueron transportados con las medidas de preservación necesarias a los laboratorios de INSTRUC y del IMO, para conocer respectivamente su composición, a continuación se detallan cada uno de los parámetros evaluados y sus respectivos métodos. 3.2.4 MÉTODOS DE ANÁLISIS En la determinación de la calidad del agua residual se utilizó los métodos normalizados en el manual de utilización de la casa comercial HACH, APHA y el manual de MILLIPORE Corporation. Se realizaron análisis in situ de sólidos disueltos totales, sólidos sedimentables, pH, temperatura, conductividad eléctrica.(ver tabla 3.2) y los restantes en laboratorio. Tabla 3.2 Análisis in situ 40 VARIABLE EVALUADA pH Temperatura Conductividad Eléctrica (CE) Sólidos Disueltos Totales (SDT) Sólidos Sedimentables FUENTE: Los Autores MÉTODO EC 10 PORTABLE pH/mV/Temperature METTER de HACH (modelo 50050) Conductivity/TDS METTER de HACH Conductivity/TDS METTER de HACH Conductivity/TDS METTER de HACH. Cono Inhoff Nitrógeno Total Kjeldahl (NTK) Programa del espectrofotómetro: 399 Rango: 0 a 150 mg/l Modo de conservar la muestra: Añadir 0,5ml de H2SO4 en 100ml de la muestra para que el pH sea menor a 2 y refrigerar a 4ºC. (Esta muestra conservada se usa para el análisis de DQO y NTK) Pasos para el análisis: 1. Hacer la digestión, para lo cual tomar 40ml de muestra (realizar una dilución 1/10 tomar 4ml de muestra y aforar a 40ml) 2. Añadir a los 40ml (con dilución) 4ml de H2SO4 concentrado y poner 3 núcleos de ebullición. 3. Levar a 440ºC en el digestor, dejar evaporar y cuando haya la presencia de humos blancos dentro de la botella tomar un tiempo de 4 minutos y después añadir 17ml de Peróxido con el filtro, cuando se acabe el peróxido tomar 1min de tiempo y sacar el frasco a que se enfríe. 4. Una vez frío, aforar con agua destilada a 100ml y pasar a un frasco plástico con tapa. 5. Tomar 10ml de la muestra digerida y 10ml de agua destilada digerida, cada una en una probeta. 6. Añadir 3 gotas de indicador TKN 41 7. Pasar a un Erlenmeyer y añadir Hidróxido de potasio 8N usando un gotero, colocar gota a gota hasta que la muestra se vuelva azul, posteriormente colocarla en una probeta y aforar a 20ml con agua destilada. 8. Añadir 3 gotas de estabilizador mineral y 3 gotas de alcohol polivinílico. 9. Aforar a 25ml y pasar a un Erlenmeyer. 10. Añadir con la micropipeta 1ml del reactivo Nessler. 11. Dejar reposar por 2 minutos y leer. El mismo blanco sirve para todas las muestras. Técnica:(Espectrofotometría) número 8075 del manual del espectrofotómetro HACH DR/2010. Nitrógeno Amoniacal Programa del espectrofotómetro: 380 Rango de lectura: 0 a 2.5 mg/l Considerando que el rango de lectura del espectrofotómetro es de 0 a 2,5mg/l, se debe hacer diluciones a la muestra si se cree que existen concentraciones mayores a este rango. Modo de conservar la muestra: Se conserva a 40ºC con H2SO4 para que el pH sea menor a 2. La muestra puede durar 28 días. (Para conservar 100 ml de muestra se añade 0,5ml de H2SO4). Pasos para el análisis: 1. Filtrar 100 ml de la muestra (en el caso de aguas residuales.) 2. Tomar 25 ml de la muestra filtrada. 3. Tomar 25 ml de agua destilada (será el blanco) 4. Añadir 3 gotas de estabilizador mineral tanto al blanco como a la muestra. 42 5. Añadir 3 gotas de alcohol polivinílico. 6. Añadir 1ml de Nesler con la micropipeta. 7. Dejar reposar 1 minuto 8. Leer primero el blanco (encerar) y luego leer la muestra. Técnica:(Epectrofotometría) se realizó en laboratorio siguiendo el método del Reactivo Nessler, aceptado por la USEPA, TECNICA Número 8171 del manual del espectrofotómetro HACH DR/2010. Nitritos (NO2) Programa del espectrofotómetro: 371 Rango: 0 a 0.300 mg/l Pasos para el análisis: 1. Usar 10ml de la muestra filtrada. 2. Trasvasar a un vaso de precipitación y añadir un sachet de NitriVer 3 3. Reposar por 20min. 4. Leer. Técnica: (Epectrofotometría) mediante el Diazotization Method, aprobado por la USEPA. (Manual del espectrofotómetro HACH DR/2010) Nitratos (NO3) Programa del espectrofotómetro: 353 Rango: 0 a 4.5 mg/l Pasos para el análisis: 1. Tomar 25ml de la muestra filtrada. 2. Tomar 25 ml de agua destilada que es el blanco. 3. Añadir un sachet de Nitraver 5 en el agua destilada y uno en la muestra. 43 4. Agitar por 1 min. 5. Dejar reposar por 5 min. 6. Leer. Técnica: (Espectrofotometría) mediante el método de Reducción de Cadmio, número 8171 del manual del espectrofotómetro HACH DR/2010. Fósforo total Rango de lectura: 0 a 2.5 mg/l Realizar una digestión para transformar el Fósforo en Ortofosfato. Pasos para el análisis: 1. Usar una muestra sin filtrar 2. Tomar 25ml de la muestra (esta cantidad depende del sachet que se tenga) y colocarla en un Erlenmeyer de 250ml. 3. Añadir un sachet de Persulfato de Sodio. 4. Colocar 2 ml de H2SO4 5,25N y 3 núcleos de ebullición. 5. Llevar a 30 min. de ebullición y controlar que no baje el volumen para lo cual añadir agua destilada. 6. Enfriar. 7. Añadir 2ml de NaOH 5N. 8. Pasar a una probeta de 25ml, en el caso de que falte, completar los 25ml con agua destilada. 9. Colocar los 25ml en un vaso de precipitación y añadir el reactivo PhosVer3 en cada muestra, incluso en el blanco. 10. Dejar reposar por 5min y leer. Técnica: (Espectrofotometría) siguiendo el método del ácido ascórbico, técnica número 8190 del manual del espectrofotómetro HACH DR/2010. Ortofosfatos (PO4-3) 44 Programa del espectrofotómetro: 490 Rango: 0 a 2.5 mg/l Pasos para el análisis: 1. Emplear 25 ml de la muestra filtrada (este volumen depende del sachet que -se usará) 2. Pasar los 25ml de la muestra filtrada a un vaso de precipitación y añadir el reactivo PhosVer 3. 3. Dejar reposar por 2 min. 4. Leer. Técnica: (Espectrofotometría) se realizó en el laboratorio siguiendo el método del ácido ascórbico, técnica número 8048 del manual del espectrofotómetro HACH DR/2010. Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) Pasos para el análisis: 1. Usar muestras sin filtrar 2. Prepara agua de dilución, saturada de oxígeno, para lo cual dejarla oxigenando 1 día antes de los análisis. 3. Una vez oxigenada el agua, añadir las soluciones 1,2,3,4 y colocar 1ml de solución de nutriente por cada litro de agua destilada oxigenada y dejar estabilizar a 20ºC durante 30min. 4. Colocar agua de dilución en los frascos Winkler hasta la mitad (lo más despacio posible para evitar que se oxigene). 5. Añadir en los frascos Winkler la muestra con el porcentaje de dilución que se haya escogido (0.5 (colocar 1.5ml de muestra), 1, 1.5 (3ml de muestra), 2, 2.5 (4.5ml de muestra)), para esto usar la pipeta y soltar la muestra de abajo hacia arriba en forma circular. Hacer una repetición de cada dilución para asegurar los datos. 45 6. Llenar los frascos Winkler con agua de dilución, tapar y mover el frasco fuertemente. 7. Colocar los frascos en la incubadora para leer el oxígeno final 5 días después. 8. Para leer el oxígeno inicial usar 2ml alcali yoduro nitruro y 2ml de soluciones de manganeso después de añadir estas 2 soluciones se vuelve amarillo el compuesto, agitar 2 veces, espesar que sea precipite a la mitad y añadir 2ml de H2SO4. 9. Titular con Tiosulfato, anotar el volumen de la muestra que se titula (usar 50ml para evitar confusiones) 10. Anotar el Volumen de Tiosulfato y la normalidad. 11. Calcular el Oxígeno disuelto. Técnica: Se empleó la prueba de DBO de cinco días, siguiendo el método 5210 A de APHA (Aguas y Aguas de desecho, 1989) Demanda Química de Oxígeno (DQO) Programa del espectrofotómetro: 430 Programa del espectrofotómetro: 435 Rango: 0 a 150 mg/l Rango: 0 a 1500 mg/l Pasos para el análisis: 1. Tomar 2 ml de a muestra sin filtrar y colocar en un Dial 0 – 1500 mg/l, tapar y mezclar fuertemente. 2. Poner en el digestor de bloque durante 2 horas. 3. cuando ya esté la digestión, mezclar fuertemente y leer. Nota: el Blanco es 2 ml de agua destilada puesta en el Dial. Técnica: Con el método DQO de dicromato, aprobado por la USEPA. (Manual del espectrofotómetro DR/2010) 46 Sólidos Suspendidos Totales (SST) La muestra de agua residual fue filtrada utilizando el filtro de fibra de vidrio previamente pesado a la filtración, posteriormente es secado para ser pesado nuevamente. Los SST se determinan mediante la siguiente fórmula: SST = peso de filtro con la muestra seca – peso del filtro x 1000 Volumen de la muestra Sólidos Sedimentables Un litro del agua residual es puesta en el cono imhoff , la misma que se deja reposar por un lapso de dos horas y se obtiene el resultado en ml/l Coliformes Método Quanti-Tray/2000 Número Más Probable Pasos para el análisis: 1. Esterilizar anticipadamente material de vidrio (Probetas, pipetas, etc) a 105ºC. 2. Tomar 100ml de la muestra en un recipiente estéril. 3. Añadir a los 100ml (con o sin dilución) el reactivo Colifert y disolverlo moviendo la muestra. 4. Colocar esta solución en las celdillas de plástico y sellas. 5. Meter las celdillas en la incubadora a 35ºC, no olvidar anotar el lugar y la dilución a la que pertenece cada muestra. 47 6. Después de 24 horas contar el número de celdas grandes y pequeñas coloreadas de amarillo (Coliformes totales) y las celdas fosforescentes (coliformes fecales), para estas últimas usar la lámpara ultravioleta. 7. Con el Nº de celdas grandes y pequeñas determinar el Nº más probable usando la Tabla. Técnica: Este método lee 2 x 103 Ej: dilución 1/100, resultado contado 300, resultado total de Nº más probable 30000. Método De Filtrado Por Membrana (Conteo Directo) Pasos para el análisis: 1. Colocar 100ml de la muestra o la dilución de la muestra con agua estéril en las bombas de vacío, colocar previamente las membranas en cada bomba. Nota: para tener agua estéril hacer hervir agua durante 10min en la olla de presión y dejar enfriar 2. Poner los medios de cultivo en las cajas para incubación y luego las membranas en las que se filtro las muestras, realizar este procedimiento cerca del fuego para evitar contaminación. 3. Contar el Nº de colonias de coliformes 24 horas después 3.2.5 MATERIALES • Libreta de campo • Cartas topográficas • Vertedero triangular a 900 • Equipo de acampar • Cámara fotográfica • Rollo fotográfico • Botas • Azadones 48 • Barra • Palas • Carretilla • Flexometro • Frascos plásticos • Recipientes aforados • Materiales de oficina • Material de vidrio • Material fotográfico 3.2.6 REACTIVOS @ Nitraver 5 @ Nitraver 3 @ Ácido sulfúrico concentrado @ Peróxido de hidrógeno al 30% @ Indicador TKN, 50ml @ Hidróxido de potasio 8N @ Hidróxido de potasio 1N @ Estabilizador mineral,50ml @ Alcohol polivinílico,50ml @ Reactivo Nessler500ml @ Phosver 3 para 10ml @ Persulfato de potasio @ Ácido sulfúrico 5.25N @ Hidróxido de sodio 5N @ Buffer 4 @ Buffer 7 @ Hidróxido de sodio @ Yoduro de sodio @ Tiosulfato de sodio @ Almidón 49 @ Pac/50 de medios de cultivo Endo MILLIPORE para Coliformes Fecales ampolla de plástico de 2ml. @ Pac/24 de medios de cultivo Endo MILLIPORE para coliformes Totales con ampolla de vidrio de 2ml. @ Pac/100 membranas estériles Millipore en ésteres de celulosa, de 0.45 micras de tamaño de poro. @ Pac/20 de caja Petri MILLIPORE de 47mm con cartón absorbente @ Viales HACH para DQO rango bajo (0 a 150 mg/l). @ 500ml Solución Alcali-yoduro Nitruro para O.D. @ 500ml Solución de Manganeso para O.D. @ Solución tanpón pH = 7.2 para DBO5 @ Solución FeCl3.6H2O para DBO5 @ Solución MgSO4.7H2O para DBO5 @ Solución CaCl2.2H2O para DBO5 @ Yoduro de potacio (normalización tiosulfato) 3.2.7 EQUIPOS @ Espectrofotómetro de HACH (modelo DR/2010) @ EC10 PORTABLE pH/mV/Temperature METER de HACH (modelo 50050). @ Digesdahl Digestion de HACH (modelo 23130-20) @ Condustivity/TDS Meters @ GPS @ Cámara fotográfica @ Balanza @ Estufa 3.2.8 CÁLCULO DE LAS CARGAS CONTAMINANTES Las cargas contaminantes de la Parroquia de San Pablo resultaron del promedio de las principales variables de la muestra compuesta y puntual y el caudal promedio de todas las caracterizaciones realizadas, con lo cual se puede 50 determinar los aportes de los principales contaminantes en kilogramos por día, utilizando la siguiente ecuación: Cr = C x Q Donde: Cr = carga contaminante, sea de DQO, DBO5, Nitrógeno, etc. C = Concentración del parámetro que se evalúa, en mg/l. Q = caudal del agua servida en lt/seg, lt/hora, lt/dia, etc. 3.3 CARACTERIZACIÓN DE LA ZONA Dentro de la investigación se realizo encuestas para obtener datos que ayuden a determinar las conexiones de las viviendas a la red de alcantarillado, como se encuentra el sitio de disposición final de las aguas residuales de la parroquia y saber el grado de conocimiento de los pobladores acerca del problema del agua residual. 3.3.1 ENCUESTAS. Las encuestas realizadas se enfocaron para determinar el número de viviendas que están conectadas a la red de alcantarillado y establecer la evacuación de aguas residuales domésticas(ver anexo 3). Las encuestas realizadas persiguieron el siguiente fin: • Actualizar los datos del uso del agua. 51 • Identificar las actividades artesanales en las que usan aguas (agrícolas, textiles y agropecuarias) que se realizan en esta comunidad. Para calcular el número de encuestas a realizarse en la Cabecera Parroquial de San Pablo del Lago se aplicó la siguiente fórmula: n= 4.N.p.q e2(N-1) +4.p.q Donde: n = Tamaño de la muestra p = Variable positiva (0.50) q = Variable negativa (0.50) e = Error al cuadrado (0.05) N = Universo 3.3.2 CAPACITACIÓN A LÍDERES DIRIGENTES COMUNITARIOS Los dirigentes comunitarios y presidentes barriales fueron capacitados a través de un taller participativo, donde los asistentes indican su punto de vista con respecto a las aguas residuales y su problemática a través de una lluvia de ideas. En este taller se abordaron temas acerca de la problemática que representan las aguas contaminadas para la salud de los pobladores, la contaminación que sufre actualmente el lago y como la parroquia de San Pablo del Lago debería involucrarse dentro del proyecto. Este taller tuvo como título impacto de las aguas residuales (ver tabla 3.3) a la comunidad de San Pablo y al lago, cuyos objetivos fueron: 1. Destacar el impacto del agua residual en la población y en el lago. 52 2. Fomentar a que la comunidad reflexione sobre la realidad del lago. 3. Presentar el estudio realizado a la comunidad. Tabla 3.3 Formato del taller TIEMP O ACTIVIDAD OBJETIVO RESULTADOS MATERIALES Vasos de agua . Papelotes. Marcadores. 20 min. Presentación de participantes Conocerlos, reflexionar de cómo las aguas residuales y del lago nos afectan. 15 min. Presentación objetivos del taller. Que los participantes conozcan los objetivos del taller. Papelote con objetivos y agenda. 20 min. Identificar problemas de las aguas residuales su impacto en el lago. Participantes identifiquen problemas de aguas residuales en el lago. Papelotes. Marcadores. 25 min. Presentación estudio. Las ideas de los participantes sean respaldadas con datos científicos. Papelotes. FUENTE: Los Autores 3.3.3 EVACUACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES AL AIRE LIBRE La Cabecera Parroquial de San Pablo del Lago no cuenta con esta información, por lo que se realizo la medición y descripción del recorrido que hacen las aguas residuales antes de llegar al Río Itambí mediante la medición y observación, para conocer donde termina la red de alcantarillado y el estado actual del sistema de tratamiento disponible (pozo séptico), esta información sirvió para conocer los posibles problemas que puede ocasionar el agua residual evacuada al aire libre. CAPÍTULO IV 4 RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN 53 4.1 MEDICIÓN DE CAUDALES La medición de caudales fue realizada en época lluviosa (ver gráfico 4.1) y otra en seca (ver gráfico 4.2), cada una con una duración de 72 horas. También se efectuaron cuatro caracterizaciones de 24 horas cada una, para obtener datos representativos en la obtención de caudales máximo, medio y mínimo horario. Todos los datos de caudales de las caracterización se los utilizó para obtener un caudal promedio máximo, medio y mínimo horario, los cuales serán tomados en cuenta para la propuesta de diseño de la planta de tratamiento. 4.1.1 CARACTERIZACIONES DE 72 HORAS ¾ Caracterización Época Lluviosa Los días del 11 al 14 de marzo del 2003, se realizó la caracterización número uno correspondiente a época lluviosa, teniendo una duración de 72 horas, donde se registraron diferentes caudales (ver anexo 1) de los cuales se obtuvieron los siguientes resultados (ver tabla 4.1) Tabla 4.1 Caudales horarios de la Caracterización uno CAUDAL lt/seg HORA Máximo 15.25 12:30 am Mínimo 6.42 01:30 am Caudal Medio 10.30 lt/seg FUENTE: Los Autores FECHA 12/03/2003 11/03/2003 54 CAUDAL l/s 16 15,5 15 14,5 14 13,5 13 12,5 12 11,5 11 10,5 10 9,5 9 8,5 8 7,5 7 6,5 6 5,5 5 PRIMER DIA SEGUNDO DIA 09:00 08:00 07:00 06:00 05:00 04:00 03:00 02:00 01:00 00:00 23:00 22:00 21:00 20:00 19:00 18:00 17:00 16:00 15:00 14:00 13:00 12:00 11:00 10:00 09:00 08:00 07:00 06:00 05:00 04:00 03:00 02:00 01:00 00:00 23:00 22:00 21:00 20:00 19:00 18:00 17:00 16:00 15:00 14:00 13:00 12:00 11:00 10:00 09:00 08:00 07:00 06:00 05:00 04:00 03:00 02:00 01:00 00:00 23:00 22:00 21:00 20:00 19:00 18:00 17:00 16:00 15:00 14:00 13:00 12:00 11:00 10:00 Gráfico 4.1. Comportamiento del caudal en la red de San Pablo del Lago época lluviosa. CARACTERIZACIÓN Nº 1 TERCER DIA COMPORTAMIENTO CAUDAL 55 En el gráfico 4.1 se puede observar el comportamiento del caudal durante 72 horas de muestreo en época lluviosa, apreciándose una leve variación en horas de la mañana y tarde del primer día con relación a los dias posteriores, mismos 55 que tienen un comportamiento similar. En horas de la noche y madrugada la actividad cotidiana culmina a las 20:00 y reinicia a las 05:00, por tanto registrándose disminución en el caudal durante este período. ¾ Caracterización en Época Seca Los días del 20 al 23 de mayo del 2003, se realizó la caracterización número dos correspondiente a época seca, que tuvo una duración de 72 horas, donde se registraron diferentes caudales (ver anexo 1) de los cuales se obtuvieron los siguientes resultados (ver tabla 4.2) Tabla 4.2 Caudales horarios de la Caracterización dos CAUDAL lt/seg HORA Máximo 12.20 19:30 pm Mínimo 5.37 11:30 am Caudal Medio 8.27 lt/seg. FUENTE: Los Autores En esta caracterización con el gráfico FECHA 20/04/2003 21/04/2003 4.2 se puede establecer que el comportamiento del caudal en época seca en horas de la mañana y tarde es bastante irregular, debido al período de sequía por el que se estaba atravesando, en la noche y madrugada del muestreo no existe mayor variación de caudal. 56 PRIMER DÍA SEGUNDO DÍA 09:00 08:00 07:00 06:00 05:00 04:00 03:00 02:00 01:00 00:00 23:00 22:00 21:00 20:00 19:00 18:00 17:00 16:00 15:00 14:00 13:00 12:00 11:00 10:00 09:00 08:00 07:00 06:00 05:00 04:00 03:00 02:00 01:00 00:00 23:00 22:00 21:00 20:00 19:00 18:00 17:00 16:00 15:00 14:00 13:00 12:00 11:00 10:00 09:00 08:00 07:00 06:00 05:00 04:00 03:00 02:00 01:00 00:00 23:00 22:00 21:00 20:00 19:00 18:00 17:00 16:00 15:00 14:00 13:00 CAUDAL l/s Gráfico 4.2. Comportamiento del caudal en la red de San Pablo del Lago época seca CARACTERIZACIÓN Nº 2 13 12,5 12 11,5 10,5 11 10 9,5 9 8,5 8 7,5 7 6,5 5,5 6 5 4,5 4 TERCER DÍA COMPORTAMIENTO DEL CAUDAL 57 4.1.2 CARACTERIZACIONES DE 24 HORAS Los días del 19 al 20 de junio del 2003, se realizó la caracterización número tres, teniendo una duración de 24 horas, donde se registraron diferentes caudales (ver anexo 1) de los cuales se obtuvieron los siguientes resultados (ver tabla 4.3) Tabla 4.3 Caudales horarios de la Caracterización Tres CAUDAL lt/seg Máximo 15.72 Mínimo 7.58 Caudal Medio FUENTE: Los Autores HORA 16:00 pm 00:00 am 11.11 lt/seg FECHA 19/06/2003 20/06/2003 En el gráfico 4.3 se aprecia el comportamiento del caudal durante las 24 horas del muestreo, donde el caudal no presenta mayor variación en horas de la mañana, tarde y noche. Gráfico 4.3. Comportamiento del caudal (24 horas) 09:00 08:00 07:00 06:00 05:00 04:00 03:00 02:00 01:00 00:00 23:00 22:00 21:00 20:00 19:00 18:00 17:00 16:00 15:00 14:00 13:00 12:00 11:00 18 16 14 12 10 8 6 10:00 l/s CARACTERIZACIÓN # 3 HORA CAUDAL 19 al 20 - 06 - 2003 FUENTE: Los Autores Los días del 23 al 24 de junio del 2003, se realizó la caracterización número cuatro, teniendo una duración de 24 horas, donde se registraron diferentes caudales (ver anexo 1) de los cuales se obtuvieron los siguientes resultados (ver tabla 4.4) Tabla 4.4 Caudales horarios de la Caracterización Cuatro 58 CAUDAL lt/seg HORA Máximo 14.79 12:00 pm Mínimo 6.98 04:00 am Caudal Medio 10.84 lt/seg FUENTE: Los Autores FECHA 23/06/2003 24/06/2003 En el gráfico 4.4 se aprecia el comportamiento del caudal durante las 24 horas del muestreo, donde el caudal no presenta mayor variación en horas de la mañana, tarde y noche. Gráfico 4.4. Comportamiento del caudal (24 horas) CARACTERIZACIÓN # 4 17 15 l/s 13 11 9 7 09:00 08:00 07:00 06:00 05:00 04:00 03:00 02:00 01:00 00:00 23:00 22:00 21:00 20:00 19:00 18:00 17:00 16:00 15:00 14:00 13:00 12:00 11:00 10:00 5 HORA CAUDAL 23 AL 24 - 06 - 2003 FUENTE: Los Autores. Los días del 26 al 27 de junio del 2003, se realizó la caracterización número cinco, teniendo una duración de 24 horas, donde se registraron diferentes caudales (ver anexo 1) de los cuales se obtuvieron los siguientes resultados.(ver tabla 4.5). Tabla 4.5 Caudales horarios de la Caracterización Cinco CAUDAL lt/seg HORA Máximo 14.34 15:30 pm Mínimo 6.98 l 03:00 am Caudal Medio 10.17 lt/seg FUENTE: Los Autores FECHA 26/06/2003 26/06/2003 59 En el gráfico 4.5 se aprecia el comportamiento del caudal durante las 24 horas del muestreo, donde el caudal no presenta mayor variación en horas de la mañana, tarde y noche. Gráfico 4.5. Comportamiento del caudal (24 horas) 09:30 08:30 07:30 06:30 05:30 04:30 03:30 02:30 01:30 00:30 23:30 22:30 21:30 20:30 19:30 18:30 17:30 16:30 15:30 14:30 13:30 12:30 11:30 17 15 13 11 9 7 5 10:30 l/s CARACTERIZACIÓN # 5 HORA CAUDAL 26 AL 27 06 2003 FUENTE: Los Autores Los días del 8 al 9 de julio del 2003, se realizó la caracterización número seis, teniendo una duración de 24 horas, donde se registraron diferentes caudales (ver anexo 1) de los cuales se obtuvieron los siguientes resultados. (ver tabla 4.6) Tabla 4.6 Caudales horarios de la Caracterización Seis CAUDAL lt/seg HORA Máximo 13.89 15:30 pm Mínimo 2.53 14:00 pm Caudal Medio 7.92 lt/seg FUENTE: Los Autores FECHA 08/07/2003 08/07/2003 En el gráfico 4.6 se observa un comportamiento irregular del caudal debido a la ausencia de agua para consumo humano, provocando una disminución considerable en relación a los anteriores monitoreos, además se aprecia un aumento significativo al momento de reiniciar el normal abastecimiento de agua por consiguiente se retorno al frecuente comportamiento del caudal. Gráfico 4.6. Comportamiento del caudal (24 horas) 60 CARACTERIZACIÓN # 6 15 13 l/s 11 9 7 5 3 08:30 07:30 06:30 05:30 04:30 03:30 02:30 01:30 00:30 23:30 22:30 21:30 20:30 19:30 18:30 17:30 16:30 15:30 14:30 13:30 12:30 11:30 10:30 09:30 1 HORA CAUDAL 8 AL 9 07 2003 FUENTE: Los Autores 4.1.3 ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS CAUDALES Los caudales registrados pueden analizarse según Romero, J 2000:105 con las siguientes variaciones X ± s 68,27%, X ± 2s dependiendo de variación a utilizarse, la 95,45% y X ± 3s probabilidad que los 99,70% datos experimentales se ubiquen dentro de los límites de confiabilidad para el diseño de una planta de tratamiento. En el caso específico de San Pablo del Lago los caudales obtenidos se sometieron a la variación estadística X ± 3s con un 99,70% de seguridad estadística (ver tabla y grafico 4.7) siendo la alternativa con menor probabilidad de error al momento de definir el diseño. 61 Tabla 4.7. Análisis Estadístico de las Caracterizaciones. Mínimo xCaracterización X Desviación. Est Des. Est *3 3s Máximo x+3s 1 (72 horas) 10,30 2,43460617 7,30381851 3,00 17,60 2 (72 horas) 8,27 1,4551477 4,3654431 3,90 12,64 3 (24 horas) 11,11 2,608569858 7,825709574 3,28 18,94 4 (24 horas) 10,84 2,452901452 7,358704356 3,48 18,20 5 (24 horas) 10,17 1,926196736 5,778590208 4,39 15,95 9,6717414 -1,75* 17,59 2,72 16,82 6 (24 horas) 7,92 3,2239138 X * En esta caracterización este registro refleja ausencia de agua FUENTE: Los Autores Gráfico 4.7. Caudales máximos, mínimos y promedios en San Pablo caudal l/s Caudales con relación estadística x + 3s 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 -2 -4 caudal maximo x+3s Caudal medio Caudal Mínimo x-3s 1 2 3 4 5 6 caracterizaciones FUENTE: Los Autores. 62 4.2 RELACIÓN AGUA ENTUBADA Y RESIDUAL EN ÉPOCA LLUVIOSA Y SECA El agua entubada para la Cabecera Parroquial de San Pablo es tomada de el sector de La Rinconada, donde la dotación del agua potable es de 11 lt/seg para época lluviosa y 9 lt/seg para época seca estos datos fueron facilitados por la junta parroquial. El caudal de agua residual para época lluviosa es de 10.3 lt/seg y para época seca es de 8.3 lt/seg dándonos un coeficiente de retorno neto de 0.9 (Ver tabla 4.8). Para la obtención de este resultado se empleo la siguiente formula: Coeficiente de retorno neto = agua residual agua entubada TABLA 4.8. Caudal Agua entubada / residual época lluviosa y seca Cabecera Parroquial San Pablo. CAUDAL AGUA POTABLE / RESIDUAL EPOCA LLUVIOSA AGUA EPOCA SECA lt/seg lt/dia Lt/hab/di a lt/seg lt/dia lt/hab/dia ENTUBADA 11 950400 187 9 777600 153 RESIDUAL 10,3 889920 175 8,3 717120 141 COEFICIENT E DE RETORNO NETO FUENTE: Los Autores. 0,9 63 4.3 ANÁLISIS FÍSICO QUÍMICOS DE LAS AGUAS RESIDUALES DE SAN PABLO DEL LAGO Los datos obtenidos durante esta investigación, de los análisis físico químicos de la muestra compuesta sirvieron para determinar las cargas y aportes “per capita” de los principales agentes contaminantes, que se encuentran presentes en las aguas domésticas de la Cabecera Parroquial de San Pablo. La muestra compuesta fue obtenida mediante la mezcla de volúmenes iguales de agua residual domestica recolectada durante intervalos de 30 minutos (ver anexo 2), sirviéndonos como una muestra representativa de los contaminantes que se evacuan por la red de alcantarillado y que luego se dirigen al lago San Pablo. La muestra puntual fue tomada de acuerdo al caudal en aumento o cuando existía mayor presencia de sedimentos. Los análisis obtenidos de la muestra compuesta (ver tabla 4.9) y muestra puntual (ver tabla 4.11) de las caracterizaciones realizadas en el desfogue de las aguas residuales de San Pablo son los siguientes: Tabla 4.9. Análisis físico químicos de la muestra compuesta de las aguas residuales de San Pablo 64 PARÁMETROS CARACTERIZACIONES UNIDADES 1* 2* 3 4 5 6 X 7,08 7,47 7,43 7,27 7,31 7,54 7,35 °C 18,07 19,7 18,89 15,74 17,31 18,11 17,97 ms.cm-1 386 448 407 399 418 681 456,5 mg.l-1 184,29 217 194 192 260 328 229,22 mg.l-1 1 5 0,5 1 1 0,5 1,50 mg.l-1 77 51 55 31 296,4 55 94,23 Nitrógeno Amoniacal mg.l-1 7,97 10,21 8,58 9,09 9,29 10,32 9,24 Nitritos mg.l-1 0,07 0,05 0,07 0,04 0,06 0,1 0,07 Nitratos mg.l-1 0,71 0,76 1,16 0,58 0,65 0,86 0,79 Nitrógeno Total mg.l-1 17,2 29,3 17,41 27,6 21,02 29,3 23,64 Fosfatos mg.l-1 6,95 5,88 5,2 5,14 3,58 6,22 5,50 Fósforo Total mg.l-1 11,69 12,02 8,76 8,92 8,35 8,24 9,66 DQO mg. O2 .l-1 204 322 208 160 338 448 280 DBO5 mg. O2 .l-1 173 96 112 82 182 241 148 Ph Temperatura Conductividad Eléctrica Sólidos Disueltos Totales Sólidos sedimentables Sólidos Suspendidos T. Coliformes totales N0 de m/o en 100 ml/7x106 Coliformes fecales N0 de m/o en 100 ml/2.5x106 1*Época Lluvioso 2*Época Seca FUENTE: Los Autores. Según Gutiérrez, J 1996 las descargas de las aguas residuales domésticas poseen una concentración típica misma que indica parámetros de medición contemplados entre valores fuertes, medios y débiles determinando la calidad de agua residual producida en San Pablo del lago. En la tabla 4.10 se constato que el agua residual proveniente de esta parroquia es netamente doméstica por las concentraciones obtenidas. 65 Tabla 4.10. Análisis de Concentraciones Muestra Compuesta Constituyente PH Sólidos Disueltos Totales Sólidos Sedimentables Sólidos Suspendidos Totales Nitrógeno Amoniacal Nitritos Nitratos Nitrógeno total Fósforo total DQO DBO5 ,20 FUENTE: Los Autores Unida d Compue sta 7.35 Concentración Medi Débil Fuerte o 7.5 7.0 6.5 Grado De Contaminaci ón Medio mg/l 229.22 850 500 250 Medio ml/l 1.50 20 10 5 Débil mg/l 94.23 350 200 100 Débil mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 9.24 0.07 0.79 23.64 9.66 280 148 50 0 0 60 20 1000 350 25 0 0 40 10 500 200 12 0 0 20 6 250 100 Débil Fuerte Fuerte Medio Medio Medio Débil Las muestras puntuales para este estudio fueron tomadas en horas determinadas así tenemos que para la caracterización número uno fue tomada a las 10:45 am, para la 2 fue a las 18:00 pm, para la 3 fue a las 08:30 am, para la 4 fue tomada a las 07:12 am, para la 5 fue tomada a las 07:00 am y para la 6 fue tomada a las 06:30 am. Las muestras puntuales indican que los parámetros físico químicos y microbiológicos que se obtuvieron pueden alcanzar valores elevados debido al aumento considerable de elementos incorporados a determinadas horas y estos registros pueden ser comparados con las muestras compuestas y analizados en la tabla 4.12. 66 Tabla 4.11. Análisis físico químicos de la muestra puntal de las aguas residuales de San Pablo PARÁMETROS UNIDADES CARACTERIZACIONES 1 2 3 4 5 6 X 7,1 7,5 7,78 7,64 7,71 7,75 7,58 °C 21,5 19,7 20,6 14,6 18,3 19,45 19,03 Ms.cm-1 508 492 650 547 563 652 568,67 Mg.l-1 234 241 314 261 272 333 275,83 mg.l-1 1,2 1,2 1 1,7 1,3 0,8 1,20 mg.l-1 168,57 111 210 73 431,57 57 175,19 mg.l-1 10,56 11,55 19,6 22,94 17,72 10,59 15,49 Nitritos mg.l-1 0,06 0,10 0,08 0,03 0,11 0,07 0,08 Nitratos mg.l-1 2,55 3,21 3,69 1,11 1,60 0,72 2,15 Nitrógeno Total mg.l-1 20,38 22,51 50,53 44,16 51,17 30,15 36,48 Fosfatos mg.l-1 10,01 18,22 15,57 10,60 14,76 5,74 12,48 Fósforo Total mg.l-1 16,64 32,34 23,52 18,83 28 13,38 22,12 DQO mg. O2 .l-1 598 371 487 293 1018 482 542 DBO5 mg. O2 .l-1 322 212 262 158 547 259 293 PH Temperatura Conductividad Eléctrica Sólidos Disueltos Totales Sólidos sedimentables Sólidos Suspendidos T. Nitrógeno Amoniacal FUENTE: Los Autores. Cabe resaltar que tanto las muestras compuestas como las puntuales, en las caracterizaciones número uno y dos fueron realizadas en época lluviosa y seca respectivamente, además se celebró la fiesta de San Juan en la caracterización número cinco por lo que existe variación en DQO y DBO5 con respecto a los demás análisis realizados. 67 Tabla 4.12. Análisis de Concentraciones Muestra Puntual Unida d Constituyente PH Sólidos Disueltos Totales Sólidos Sedimentables Sólidos Suspendidos Totales Nitrógeno Amoniacal Nitritos Nitratos Nitrógeno total Fósforo total DQO DBO5 ,20 FUENTE: Los Autores. 4.4 Puntual 7.58 Concentración Medi Débil Fuerte o 7.5 7.0 6.5 Grado De Contaminaci ón Fuerte mg/l 275.83 850 500 250 Medio ml/l 1.20 20 10 5 Débil mg/l 175.19 350 200 100 Medio mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 15.49 0.08 2.15 36.48 22.12 542 293 50 0 0 60 20 1000 350 25 0 0 40 10 500 200 12 0 0 20 6 250 100 Medio Fuerte Fuerte Medio Fuerte Medio Fuerte CARGAS CONTAMINANTES Las cargas contaminantes de San Pablo se realizaron en base al promedio de los principales elementos físico-químico de las muestras compuestas y puntuales (Ver tabla 4.9 y 4.11) y el caudal promedio de todas las caracterizaciones realizadas (Ver tabla 4.7), con lo cual se determinó los aportes de los principales contaminantes en kilogramos por día que tienen estas aguas residuales domésticas, mismas que se dirigen al Río Itambi principal receptor de estas cargas contaminantes (Ver tabla 4.13). Tabla 4.13. Cargas contaminantes de San Pablo PARÁMETROS UNIDADES CARGAS CONTAMINATES 68 COMPUEST A PUNTUAL PROMEDIO Nitrógeno total kg.d-1 20 31 25 Sólidos suspendidos t. kg.d-1 80 148 114 Fósforo total kg.d-1 8 19 13 DQO kg.O2.d-1 236 457 347 DBO5 kg.O2.d-1 125 247 186 FUENTE: Los Autores. 4.4.1 APORTES PER CAPITA Los aportes per capita nos sirven como guía para establecer que cantidad es generada de carga contaminante por habitante durante un día (Ver tabla 4.14). Tabla 4.14. Aportes per cápita. APORTES PER CAPITA PARAMETROS UNIDADES COMPUEST A PUNTUAL PROMEDIO Nitrógeno total gr/hab/dia 3,94 6,11 5,03 Sólidos suspendidos t. gr/hab/dia 15,77 29,18 22,48 Fósforo total gr/hab/dia 1,58 3,75 2,66 DQO gr/hab/dia 47 90 68 DBO5 gr/hab/dia 25 49 37 FUENTE: Los Autores. 4.5 TRAMOS FINALES Los tramos finales fueron medidos a partir de la terminación de la red de alcantarillado de San Pablo, donde las aguas residuales fluyen a través de una acequia al aire libre, pasando por un lado del pozo séptico colapsado (Ver dimensiones gráfico 4.9), una plantación de flores y varios terrenos, hasta depositarse al Río Itambí, todo este recorrido posee una distancia de 1201 metros, 69 mismos que sirven de desfogue de las aguas residuales de la Cabecera Parroquial de San Pablo. Gráfico 4.9. Dimensiones del pozo séptico colapsado de San Pablo FUENTE: Los Autores y diseño de Xavier Cabrera. 4.6 ENCUESTAS REALIZADAS Las encuestas fueron realizadas tomando en cuenta el número de predios establecidos para la Cabecera Parroquial de San Pablo, registrados en el departamento de avalúos y catastros en el Ilustre Municipio de Otavalo, ya que el propósito de esta encuesta es determinar las conexiones de las viviendas a la red de alcantarillado municipal y conocer el uso actual del agua entubada. Con lo que se obtuvieron los siguientes resultados: 70 Tomando en cuenta el aspecto “género” se puede apreciar que durante la semana, la mayor parte de encuestados son mujeres con un 62,13%, determinándose que los hombres durante la mañana y tarde se encuentran trabajando fuera de la parroquia, ya que el número de hombres encuestados apenas es del 32, 86% (ver gráfico 4.10). Gráfico 4.10. Género Encuestados por género HOMBRES: 37,86% MUJERES: 62,13% FUENTE: Los Autores Pregunta 1 De las encuestas realizadas se obtuvo que el 97.09 % las viviendas están conectadas a la red de alcantarillado y un 2.91% de las viviendas no lo están, según la junta parroquial se pretende llegar a todos los sectores de la cabecera parroquial con este servicio, cabe resaltar que las personas que no cuentan con este servicio viven en sitios donde no existe alcantarillado.(ver gráfico 4.11). Gráfico 4.11. Conexión red de alcantarillado 71 Tie n e con e x ión a la r e d d e a lca n t a r illa d o SI: 97,09% NO: 2,91% FUENTE: Los Autores Pregunta 2 Con esta pregunta se determinó que el 68.47% de la población viven constantemente durante el transcurso de la semana en San Pablo razón que permitió analizar el aporte de aguas residuales a la red de alcantarillado, el 20.65% de los encuestados indicaron que los fines de semana aumentaba el número de familiares en su casa y el 10.86% indico que durante las festividades son visitados por sus familiares. (Ver gráfico 4.12). Gráfico 4.12. Población constante Habitantes por Temporada ENTRE SEMANA FINES DE SEMANA FESTIVIDADES FUENTE: Los Autores Pregunta 3 72 En base a esta pregunta se demostró que la población de San Pablo cuenta con agua entubada periódicamente con lo que 60.19% indicaron que poseían normalmente agua y 39.80% tenían relativamente este servicio. Los encuestados informaron que no tenían agua cuando existe excesiva lluvia, los alimentadores del agua se tapaban y en época seca es escasa por la sequía que suele presentarse. (Ver gráfico 4.13). Gráfico 4.13. Distribución del agua Tiene normalmente agua? SI: 60,19% NO: 39,80% FUENTE: Los Autores Pregunta 4 Esta pregunta ayudo a conocer, de los encuestados cuantos estaban al tanto de donde se depositan sus aguas servidas indicando el 64.08%, que se desfoga a la parte baja cerca del estadio municipal y la Escuela Angélica Hidrovo para luego dirigirse al río Itambí principal afluente del Lago San Pablo, en cambio el 35.92% desconoce del destino final de las aguas residuales, este porcentaje es elevado con reilación al conocimiento de la disposición final de las aguas servidas. (Ver gráfico 4.14). Gráfico 4.14. Conocimiento de la disposición final de las aguas residuales 73 Conoce el destino final de las aguas residuales SI: 64,08% NO: 35,92% FUENTE: Los Autores 4.7 TALLER PARTICIPATIVO En esta investigación se planteo realizar un taller participativo con la finalidad de sensibilizar en aspectos fundamentales sobre las aguas residuales, de tal forma que los pobladores estén concientes de la problemática ambiental que ocasiona cuando no se tratan a tiempo las aguas residuales. El taller se realizó el día viernes 15 de agosto del 2003, el número de participantes en este taller fue de 32 personas, de las cuales 8 participantes fueron hombres y 24 mujeres, que representaban a diferentes comunidades y barrios de la comunidad tales como: COMUNIDADES: BARRIOS DE SAN PABLO Araque Alto Central Topo Calluma Gualacata Colonial Uksha Imbabura Araque II Abatag 74 La charla dirigida a los participantes, representantes de las diferentes comunidades y barrios de San Pablo, fueron acerca de los siguientes temas: 1. El agua en el mundo. 2. Contaminación. 3. Enfermedades ocasionadas por aguas contaminadas. 4. Como se contrae las enfermedades. 5. Que hacer para proteger y conservar el agua. 6. Posible tratamiento del agua residual. El taller fue planificado para dirigentes comunitarios y presidentes de los diferentes barrios utilizando una metodología que requería la participación de los asistentes con un conocimiento básico sobre el tema de las aguas servidas, al realizar este taller encontramos una realidad totalmente diferente conllevando al poco interés de los asistentes sobre los temas propuestos. Los asistentes identificaron problemas e impactos negativos que causan las aguas servidas tanto a la comunidad como al Lago San Pablo por medio de una lluvia de ideas, en la que los participantes identificaron los principales problemas como: ¾ Contaminación ambiental. ¾ Enfermedades gastrointestinales. Plantas ¾ Enfermedades para Animale Humano 75 ¾ Contaminación del suelo. ¾ Reducción del lago. ¾ El ganado toma el agua del lago y se contamina. ¾ Parasitosis. ¾ Contaminación por basura. Los resultados del taller con las actividades sirvieron como base de conocimiento sobre la problemática de las aguas residuales siendo un paso importante que involucra la participación activa de los pobladores de esta parroquia en la toma de decisiones para buscar soluciones que los beneficien en aspectos sociales ambientales y económicos. 4.8 MATRIZ FODA La utilización de la matriz FODA es fundamental al momento de analizar y proporcionar sobre las fortalezas, oportunidades, debilidades y amenazas que pueden ocasionar la ejecución e implementación de la planta de tratamiento biológico de las aguas residuales domésticas utilizando plantas acuáticas en la parroquia de San Pablo del Lago. 4.8.1 FODA La FODA es una herramienta que permite determinar los factores internos (ver tabla 4.15) y externos (ver tabla 4.16) que involucran a la comunidad con las Instit6uciones gubernamentales y ONG`s para definir acciones que conlleven al fortalecimiento de los entes involucrados. Tabla 4.15. Factores internos FORTALEZAS DEBILIDADES 76 @ @ @ Apoyo INSTRUC Colaboración Municipio de Otavalo Cooperación de la Junta Parroquial de San Pablo @ @ Falta de coordinación por parte de las instituciones para el desarrollo de actividades. Escasa autogestión para la ejecución del proyecto FUENTE: Los Autores Tabla 4.16 Factores externos @ @ OPORTUNIDADES Interés del Gobierno Provincial de Imbabura, Ilustre Municipio de Otavalo, Junta Parroquial de San Pablo para obtener financiamiento y llevar a cabo la construcción de la planta de tratamiento. Generación de fuentes de trabajo en la fase de construcción y mantenimiento del proyecto @ @ AMENAZAS Falta de apoyo económico para ejecutar acciones. El lago San Pablo continuara con el proceso de eutrofización FUENTE: Los Autores 4.8.2 ESTRATEGIAS Las estrategias son el resultado del cruce de información entre factores internos y externos que nos proporcionó la FODA, ayudando a prever posibles problemas y comprometiendo a la comunidad e Instituciones a gestionar adecuadamente los recursos naturales, humanos y económicos en la ejecución del proyecto evitando conflictos a nivel comunitario e Institucional. A continuación en las tablas 4.17, 4.18, 4.19 y 4.20 se detallan los cruces FA, FO, DA y DO. 77 Tabla 4.17 Fortalezas y Amenazas (FA) @ F Interés de la junta parroquial y la comunidad para manejar adecuadamente las aguas residuales, evitar enfermedades producto de esta aguas, disminuir los conflictos con comunidades aledañas al desfogue de las aguas residuales, y mantenimiento de la estética paisajista del Lago San Pablo @ A Privilegiar a la mano de obra de otros lugares en la construcción y mantenimiento de la planta de tratamiento. FUENTE: Los Autores Tabla 4.18 Fortalezas y Oportunidades (FO) F @ Cooperación del Consejo Provincial de Imbabura, Ilustre municipio de Otavalo, junta parroquial, e instituciones u organizaciones que trabajen en la recuperación del lago San Pablo @ O Preferencia de la mano de obra local en la implementación de la planta de tratamiento, para mejorar el nivel de vida de los habitantes asentados alrededor del lago, y fomentar acciones en la recuperación y mantenimiento de este sistema lacustre. FUENTE: Los Autores Tabla 4.19 Debilidades y Amenazas (DA) @ D La coordinación entre las instituciones se debe fortalecer mediante la comunicación y mutuo entendimiento, evitando intereses personales y políticos. @ A Trasparencia en el manejo del financiamiento para la ejecución del proyecto por parte de las instituciones involucradas para que el proyecto no tenga paralizaciones imprevistas. FUENTE: Los Autores Tabla 4.20 Debilidades y Oportunidades (DO) D O 78 @ El funcionamiento del proyecto estará a cargo de la comunidad pero la discontinuidad y la falta de interés podría provocar que la planta de tratamiento no funcione óptimamente, desperdiciando los recursos que se invierten y generan @ @ Los miembros de la comunidad estarán capacitados en el peligro que representan las aguas residuales y como tratar esta aguas e involucrándose en el manejo y aprovechamiento de la planta de tratamiento. La obtención de subproductos generados por la planta de tratamiento, producirá mayores réditos económicos en las diferentes familias de la comunidad mejorando el nivel de vida. FUENTE: Los Autores CAPÍTULO IV 5 5.1 PROPUESTA DEL DISEÑO PROPUESTA DE DISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO Las estrategias propuestas para el tratamiento de las aguas residuales de San Pablo del Lago, están estructuradas por un tratamiento primario, secundario y un área de pantanos, tratamientos que han demostrado eficiencia en la remoción de cargas contaminantes domésticas de nitrógeno, fósforo, DBO, DQO, Coliformes fecales y totales, sólidos disueltos totales y su factibilidad por su bajo costo operativo ideal para esta zona. 5.2 REQUERIMIENTOS TÉCNICOS PARA EL DISEÑO En la Cabecera Parroquial de San Pablo del Lago se registro un caudal máximo actual de 16,82 l/s obtenido de la variación X ± 3s de las caracterizaciones 79 realizadas (Ver Tabla 4.1), utilizando este para el dimensionamiento del área requerida en la planta de tratamiento, determinando la capacidad necesaria para los tanques sedimentadores en el tratamiento primario y número de estanques con la lenteja de agua o Lemna gibba para el tratamiento secundario. 5.2.1 TRATAMIENTO PRIMARIO El tratamiento primario esta compuesto de dos tanques sedimentadores circulares de tipo anaerobio, mismos que cumplirá la función de sedimentar la mayor cantidad de sólidos presentes en el agua residual, para calcular se utilizó la siguiente fórmula obteniendo la dimensión de cada uno de los tanques: V = Q×t Donde: V = volumen de cada tanque en lt. Q = caudal de agua residual en lt/s. t = tiempo de retención para cada tanque (12 horas) en segundos Para determinar el diámetro de los tanques se utilizo en la fórmula del cilindro y cono: Fórmula del cilindro: V = π × r2 × h r= v π ×h d = r× 2 80 Donde : V = Volumen de los tanques r = radio de los tanques π = pi radianes h = altura prevista para los tanques d = diámetro Formula del cono: v= π .r 2 .h 3 Área de los tanques Área = 2лr2 Para el caudal actual de 16,82 lt/seg. se requiere dos tanques sedimentadores circulares 363,31m3 de capacidad cada uno, para un tiempo de 6 horas de retención en cada sedimentador, resultando un tiempo de retención hidráulica de 12 horas. El diámetro de cada tanque es de 12.78m, profundidad del cilindro 2.50m, con un volumen de 320,57 m3 y de cono 1m de profundidad, con un volumen de 42,74 m3 , con una profundidad total de 3,80 m considerando 0,30 m de espacio entre el nivel del agua y la parte superior del tanque sedimentador. 5.2.2 TRATAMIENTO SECUNDARIO El tratamiento secundario es de tipo biológico, consta del cultivo en una serie de estanques artificiales de poca profundidad de la lenteja de agua (Lemna gibba)(ver anexo 8), por su alto grado de adaptabilidad a las condiciones ambientales de la zona, promueve una eficiencia en la remoción de cargas contaminantes de las aguas residuales según estudios realizados en la cuenca del Imbakucha (Coral, J 81 2002), el cálculo de las dimensiones para los estanques se los realiza mediante la fórmula: volumen de los estanques rectangulares V =Q×t Donde: V = Volumen total para el tratamiento secundario Q = Caudal t = Tiempo de retención Área de los estanques Área = volumen altura El volumen para un tanque es igual: Largo x Ancho x Profundidad Para el tratamiento secundario con lenteja de agua, se requiere un tiempo de retención hidráulico de 8 días, para lo cual necesitamos un total de 108 estanques, los mismos que ocuparían un área de estanques de 1,16 Ha, y un área total estimada (con caminos entre estanques) de 1.74 Ha. Cada estanque tendrá una profundidad promedio de 1.0 m, ancho de 3.0 m, largo de 36 m. 5.2.3 TRATAMIENTO COMPLEMENTARIO El área de pantanos estará establecida por totorales (Schoenoplectus californicus) (ver anexo 8), como tratamiento complementario para reducir los contaminantes restantes, producto del tratamiento secundario con los estanques de lenteja de agua (Lemna gibba), existen parámetros de diseño para el tratamiento de aguas residuales mediante pantanos (CEPCU 2002:5). 82 Uno de los parámetros requeridos para la determinación del área necesaria de tratamientos por pantanos según Kadlec, R y Knight, R (1996), son las concentraciones no reducibles de los principales contaminantes en los totorales (ver tabla 5.1). Tabla 5.1. Concentraciones no reducibles . Parámetro Promedi o Desv. Est. Prom+3*Des.Es t. mg/l CE 286.86 2.34 293.88 NT 2.12 0.66 4.11 N-NH3 0.03 0.03 0.12 SST 9.43 2.07 15.64 Pt 0.79 0.15 1.22 DQO 8.29 2.36 15.37 DBO 0.38 0.6 2.19 2677.14 2910.91 11409.89 92.86 48.55 238.51 CT E.Coli FUENTE: CEPCU 2002 Para el cálculo del dimensionamiento de los humedales se tomó las constantes de velocidad (K) establecidas por (Kadlec, R & Knight, R 1996), en base al área y para 20 °C (Ver tabla 5.2). Estos valores pueden ser corregidos para la temperatura y se muestran en el caso del flujo superficial, que ocurre en los totorales en el Imbakucha (CEPCU 2002), que facilitan determinar el área idónea para tratar las aguas residuales. Tabla 5.2. Constantes de velocidad 83 SF DBO TSS K20 m/año 34 1000 NH4 – Nox - N N N secuenci Orgáni secuenc al co ial 17 18 35 NT PT CF 22 12 75 FUENTE: Kadlec & Knight. El dimensionamiento del área de pantanos (totorales) se realiza a través de la fórmula de Kadlec, R y Knight, R descrita a continuación: A= Q ⎡ C 2 − C *⎤ In ⎢ ⎥ K ⎣ C1 − C * ⎦ Donde: A = el área de pantano, m2 Q = la velocidad de flujo m3/año k = constante de velocidad m/año C2 = la concentración en el flujo entrante, mg/l C1 = la concentración en el flujo saliente, mg/l C = la concentración de fondo irreducible, mg/l 5.2.3.1 ÁREA DE PANTANOS Las aguas residuales luego de haber pasado por los tratamientos primario y secundario se dirigen a un área de pantanos, como último paso para el tratamiento, mismo que consiste en el establecimiento de un área necesaria con totora para tratar los contaminantes no reducidos por los anteriores tratamientos. 84 Para la obtención del área de tratamiento por pantano natural se utilizó parámetros para el dimensionamiento de las áreas, estos fueron tomados de las concentraciones irreducibles (C*) en los totorales de la cuenca del Imbakucha, los valores de las concentraciones salientes del sistema de estanques con Lemna gibba o afluentes a los totorales como las concentraciones del flujo entrante (C2) y estableciendo valores lógicos de la concentración de los contaminantes a la salida del totoral o efluentes (C1) CEPCU 2002(Ver tabla 5.3). Tabla 5.3. Valores referenciales para el modelo de dimensionamiento PARÁMETROS DBO5 SS Nt Pt CF mg/l Concentración Irreducible Concentración Afluente Concentración Efluente FUENTE: Los Autores 2,19 15,64 4,11 1,22 239 62,07 2,87 1,65 0,68 1,5 x 103 10 15,64 4,11 1,4 500 En base a la tabla 5.3 se obtuvo que el área máxima de pantanos es de 3.18 Ha para el sistema de la Cabecera Parroquial de San Pablo, donde se empleo el caudal promedio de 16,82 lt/seg y se tomo los datos de DBO5 (Ver tabla 5.4 ), ya que este necesita de mayor requerimiento de área para ser tratado mediante este sistema. Tabla 5.4. Resultado cálculo del área máxima de humedales SAN PABLO CONTAMINANTE DBO AREAS MAXIMAS PARA DBO Q K AREA m3 / año m / año m2 530435,52 34 31784,27 3.18 Ha. 85 FUENTE: Los Autores 5.2.3.2 PROYECCIÓN DE LA PROPUESTA DE DISEÑO La proyección propuesta esta formulada para diez años, tomando en cuenta el crecimiento poblacional de los datos obtenidos en el INEC de los años 1974, 1982, 1992, 2000 y el caudal requerido para el funcionamiento eficiente de la planta de tratamiento, estos datos permitieron establecer el área necesaria para el dimensionamiento de los tanques sedimentadores circulares, estanques con Lemna gibba y totorales requeridos para este tipo de tratamiento, para lo cual se utilizó la regresión de y sobre x en la ecuación de la línea recta empleando las siguientes fórmulas: b y. x = ∑ xy − (∑ x )(∑ y )/ n ∑ x − (∑ x ) / n 2 2 Donde: by.x = Regresión de y sobre x X = Años de 1974,1982,1992,2000 Y = Población de cada año n = Número de muestras Ecuación de la línea recta: 86 y = a + bx a = y − bx Donde: a = Intercepto y = Media de y b = Regresión de y sobre x x = Media de x yˆ = a + bxˆ Donde: ŷ = Población futura a = Intercepto b = Regresión de y sobre x x̂ = año a proyectarse (2013) Los resultados obtenidos se pueden apreciar en la tabla 5.5: Tabla 5.5. Cálculos con regresión X Años 1974 1982 1992 2001 Y Población 1847 1701 2801 5072 X2 Y2 XY 3896676 3928324 3968064 4004001 3411409 2893401 7845601 25725184 3645978 3371382 5579592 10149072 39875595 22746024 ∑ total 7949 11421 15797065 b = 119,69 X 1987,25 2855,25 Población Futura ( ŷ ) a = 235000,25 5937 FUENTE: Los Autores La línea de tendencia de la población de San Pablo del Lago(ver gráfico 5.1) fue graficada utilizando los datos de los censos ya mencionados y su respectiva población incluyendo la población estimada a diez años 87 Gráfico 5.1. Línea de tendencia poblacional de San Pablo población PROYECCIÓN POBLACIONAL 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010 2015 población Linea de Tendencia Poblacional años FUENTE: Los Autores 5.2.3.3 REQUERIMIENTOS TÉCNICOS PROYECTADOS La proyección que se realizó es de 10 años, para una población estimada de 5937, con lo cual el caudal proyectado para el dimensionamiento de la planta de tratamiento es de 19.69 lt/seg obteniendo los siguientes resultados: Para el caudal de 19,69 lt/seg. se requiere dos tanques sedimentadores circulares 425,30m3 de capacidad cada uno, para un tiempo de 6 horas de retención en cada sedimentador, resultando un tiempo de retención hidráulica de 12 horas. El diámetro de cada tanque es de 13.82m, profundidad del cilindro 2.50m, con un volumen de 375,27 m3 y de cono 1m de profundidad, con un volumen de 50,04 m3, con una profundidad total de 3,80 m considerando 0,30 m de espacio entre el 88 nivel del agua y la parte superior del tanque sedimentador. En el anexo 4 se aprecia el plano arquitectónico correspondiente a los tanques sedimentadores. Para el tratamiento secundario con lenteja de agua, se requiere un tiempo de retención hidráulico de 8 días, para lo cual necesitamos un total de 126 estanques (ver anexo 5 planos de los estanques para lenteja de agua), los mismos que ocuparían un área de estanques de 1.36 Ha, y un área total estimada (con caminos entre estanques) de 2.04 Ha. Cada estanque tendrá una profundidad promedio de 1.0 m, ancho de 3.0 m, largo de 36 m. El área de pantanos es de 3.72 Ha para DBO la misma que requiere de mayor dimensionamiento. El anexo 6 indica el plano de la planta de tratamiento de agua residual propuesta para la parroquia de San Pablo del lago. 5.3 COSTOS DE CONSTRUCCIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO La planta de tratamiento biológico del agua residual proveniente de la parroquia urbana de San Pablo del Lago constará de dos tanques sedimentadores de hormigón que servirán para retener la mayor cantidad de sedimentos, además requiere de 126 estanques con plantas acuáticas mismas que tendrán un recubrimiento de geomembrana HR-500 (ver anexo 7) para reducir las cargas contaminantes presentes en el agua residual. En la tabla 5.6 se detalla el presupuesto para la planta de tratamiento y en la tabla 5.7 los materiales requeridos para la construcción. Este análisis de costos no consta de la adquisición del espacio físico para la construcción de la planta de tratamiento, ya que la junta parroquial de San Pablo del Lago dispone de terrenos que pueden ser designados a esta actividad. 89 Tabla 5.6 Presupuesto de la planta de tratamiento biológico Unidad Cantidad Precio Unit Replanteo y Nivelación M3 20000 0,53 10600,00 Excavación Suelo Conglomerado M3 16150 4,94 79781,00 Desalojo de Tierra M3 16150 3,92 63308,00 Hormigón Simple f' c=210 Kg/cm2 M3 380 145,02 55107,60 Encofrado de Madera M2 620 8,80 5456,00 Enlucido con Impermeabilizante M2 600 6,63 3978,00 Acero de Refuerzo Kg. 2500 1,43 3575,00 Malla Electrosoladada 15x15x10 mm M2 286 10,42 2980,12 Malla Electrosoladada 15x15x6 mm M2 320 4,39 1404,80 Geomembrana HR-500 M2 15750 6,35 100012,50 DESCRIPCIÓN Precio Total ACCESORIOS Tubo PVC 110 mm EC D=110mm 0,63 Mpa ml 391 4,33 1693,03 Tramo de Tubo PVC EC D=50mm L= 1.00m u 246 0,82 201,72 Codo PVC EC D=110mm x 90 u 4 14,52 58,08 Válvula BR RR C/V D=4''110mm RW u 13 111,14 1444,82 Tee PVC EC D= 110 mm u 1 22,44 22,44 Tee PVC EC D= 110 A 5O mm u 5 37,65 188,25 Tapa Sanitaria Metálica u 2 96,65 193,30 Escalera HG DO3/4´´ L= 3,50 m u 2 68,95 137,90 TOTAL 330.142,56 FUENTE: Ing. Rubio N. 2005 90 Tabla 5.7. Materiales para la construcción de la planta de tratamiento DESCRIPCIÓN Unidad Precio Uni. Cantidad Acero de refuerzo Kg 0,83 2625,00 2178,75 Aditivo Kg 2,00 114,00 228,00 Agua M3 0,50 101,00 50,50 Alambre galvanizado 18 Kg 0,80 145,70 116,56 Arena M3 20,00 265,01 5300,20 Cemento Kg 0,13 145808,00 18955,04 Clavos Kg 0,80 155,00 124,00 Codo PVC 110 x 90 u 10,90 4,00 43,60 Escalera HG 3/4'' L= 3,00 u 50,00 2,00 100,00 Geomenbrana HR-500 m2 6,00 16537,50 Malla Electrasoldada 10 x 10 m2 7,25 300,30 2177,18 Malla Electrasoldada 15 x 15 x 6mm m2 3,00 320,00 960,00 Pingo u 1,30 620,00 806,00 Polilimpia gl 54,00 1,94 104,76 Polipega gl 35,00 1,94 67,90 Reductor PVC 110 A 50 mm u 11,70 5,00 58,50 Riel de eucalipto u 1,90 496,00 942,40 Ripio m 20,00 361,00 7220,00 Sika 1 Kg 2,00 180,00 360,00 Tabla de Monte u 1,40 744,00 1041,60 Tapa Sanitaria Metálica u 70,00 2,00 140,00 Tee PVC 110 mm u 16,63 6,00 99,78 Tubo PVC 110 mm 0,63 Mpa ml 2,70 391,00 1055,70 Tubo PVC 50 mm L=3,00 m u 6,50 54,00 351,00 Válvula BR 110 mm RW u 85,00 13,00 1105,00 Total 3 Total 99225,00 $142.811,47 FUENTE: Ing. Rubio N. 2005 91 CAPÍTULO V 6 ANALISIS DE IMPACTOS El análisis de impactos se realizo en base a una matriz siguiendo una escala de valoración, seleccionado indicadores de impactos para asignar un valor numérico en la respectiva matriz, luego realizar una sumatoria de los niveles de impacto en cada matriz y dividir para el numero de indicadores obteniendo el impacto promedio con los cuales se puede realizar el respectivo análisis para cada indicador que generara el proyecto. A continuación se detalla la escala de valoración: - 3 Impacto alto negativo - 2 Impacto medio negativo - 1 Impacto medio negativo 0 No hay impacto 1 Impacto bajo positivo 2 Impacto medio positivo 3 Impacto alto positivo 6.1 IMPACTO AMBIENTAL La implementación de la planta de tratamiento del agua residual en la parroquia de San Pablo del Lago generará impactos a nivel ambiental, tomando en cuenta 92 que el análisis de impactos en proyectos es de forma prospectiva es decir como beneficiará el proyecto con su ejecución a futuro. Indicador -3 Niveles de Impacto -2 -1 0 1 2 Destino de las de aguas residuales Disminución de las cargas contaminantes al río Itambí @ Reducción en el proceso de eutrofización del lago @ Tratamiento de aguas residuales con técnicas biológicas. @ Rescatar la belleza escénica del Lago san Pablo Total Sumatoria @ @ Nivel de impacto Ambiental = x 3 x x x 6 x 6 10 ∑ numero de indicadores = 12 = 2,4 5 Nivel de Impacto Ambiental = Medio positivo 6.1.1 ANÁLISIS @ El impacto que producirá el proyecto a nivel ambiental es medio positivo, ya que la disposición final del agua residual tendrá un tratamiento adecuado evitando la contaminación de los afluentes. @ En la reducción del proceso de eutrofización del Lago San Pablo se prevé un impacto medio alto positivo, ya que se reducirá las cargas contaminantes generadas por el agua residual proveniente de la parroquia de San Pablo del Lago. 93 @ Este tipo de tratamiento tiene una doble función, una es tratar el agua residual y la otra es obtener productos derivados de la biomasa obtenida de las plantas acuáticas utilizadas, mismos que pueden ser aprovechados por la comunidad sustentablemente. @ Con el tratamiento del agua residual de San Pablo del Lago se pretende reducir el proceso de eutrofización para rescatar la belleza escénica del Lago San Pablo y explotarlo turisticamente. 6.2 IMPACTO SOCIO ECONOMICO El impacto socioeconómico es analizado para indicar como beneficiará a la comunidad la implementación y ejecución del proyecto para tratar el agua residual contribuyendo al mejoramiento del nivel de vida disminuyendo el índice de desempleo y migración en la parroquia. Indicador Ingresos económicos comunitarios Generación de productos producidos en la planta de tratamiento. @ Fortalecimiento comunitario @ Mejorar la calidad de los suelos del área a través de abonos orgánicos producidos por la planta de tratamiento. @ Reducción de migración en la zona Total Sumatoria @ @ -3 Niveles de Impacto -2 -1 0 1 2 x 3 x x x x 6 6 12 94 Nivel de impacto socio − económico = ∑ numero de indicadore s = 12 = 2,4 5 Nivel de Impacto socio –económico = Medio positivo 6.2.1 ANÁLISIS @ La organización y fortalecimiento comunitario alcanzará los beneficios deseados en el proyecto ya que los grupos comunitarios serán los encargados de mantener y cosechar la materia prima para la elaboración de productos, los mismos que con su comercialización se obtendrá beneficios económicos. @ Se conformaran micro empresas utilizando como materia prima las plantas acuáticas para la obtención de productos, los mismos que generan fuentes de trabajo y réditos económicos para evitar la migración en la zona. @ A partir de los abonos orgánicos obtenidos en la planta, la comunidad podrán acceder a bajo costo este producto para mejorar e incentivar a utilizar este tipo de productos en los terrenos de los agricultores. 6.3 IMPACTO EDUCATIVO La educación adecuada en aspectos ambientales es fundamental para la concienciación de la sociedad en problemas que ocasiona la contaminación de las aguas residuales y buscar soluciones a esta problemática. Siendo necesario realizar un análisis del impacto educativo que producirá este proyecto. 95 Indicador -3 Niveles de Impacto -2 -1 0 1 2 Nivel de capacitación comunitaria Fomento de la investigación. Programas de capacitación dirigido a instituciones educativas. @ Fortalecimiento educativo en problemas ambientales y de salud provocados por el agua residual Total Sumatoria @ @ @ Nivel de impacto socio − económico = 3 x x x 4 x 6 10 ∑ numero de indicadore s = 10 = 2,5 4 Nivel de Impacto socio –económico = Medio positivo 6.3.1 ANÁLISIS @ El nivel de capacitación a la comunidad y especialmente a los grupos comunitarios a cargo del proyecto, tendrá un impacto alto positivo ya que estos grupos serán instruidos en el manejo de la planta de tratamiento y serán los encargados de mantener adecuadamente la misma, para su óptimo funcionamiento. @ Esta planta proporcionará apertura a la investigación para que se obtengan nuevos productos y mejorar las técnicas de tratamiento de agua residual a través de las plantas acuáticas. 96 @ La planta de tratamiento es una base importante para fomentar la educación ambiental, dirigido a la comunidad estudiantil especialmente a niños, para concienciar sobre los problemas ambientales y el uso adecuado de el recurso agua. 6.4 IMPACTO GENERAL El impacto general es el resumen de los impactos ambientales socio-económicos y educativos que determinará el nivel de impacto en la zona que ocasionará el proyecto de tratamiento de aguas residuales domésticas con plantas acuáticas en la parroquia San Pablo del Lago. Indicador @ @ @ AMBIENTAL. SOCIO-ECONIMCO. EDUCATIVO. Total -3 Niveles de Impacto -2 -1 0 1 2 x x 4 3 x 3 6.4.1 AMBIENTAL La ejecución de este proyecto mejorará la salubridad en este sector reduciendo las probabilidades de epidemias como cólera, tifoidea, hepatitis, y enfermedades gastrointestinales, además este tipo de planta de tratamiento no genera olores y visualmente es favorable para incentivar la aplicación de este tratamiento, contribuirá a la reducción de contaminación en los diferentes afluentes que sirven como desfogues de las aguas residuales y producirá una reducción del proceso de eutrofización del lago y por ende mejorará la visualización de este atractivo turístico. 97 6.4.2 SOCIO ECONOMICO La implementación de este proyecto generará nuevas fuentes de trabajo e ingresos económicos, a través de la creación de micro empresas a partir de la plantas acuáticas generadas por el tratamiento de las aguas residuales, lo que contribuirá en la reducción de migración y mejorará el nivel de vida de este sector. 6.4.3 EDUCATIVO Este proyecto servirá para capacitar, educar y concienciar a la comunidad de San Pablo del Lago y otras comunidades de los peligros y problemas que generan las aguas residuales a su entorno y valorar adecuadamente el recurso agua. Este aspecto es fundamental para evitar el aparecimiento de enfermedades como cólera, hepatitis y tifoidea que en ocasiones llegan a convertirse en epidemias que causan la muerte de cientos de personas a nivel mundial. 98 7 @ CONCLUSIONES La cabecera parroquial de San Pablo del Lago en época lluviosa genera un caudal de agua residual máximo de 15.25 lt/seg, un caudal mínimo de 6.42 lt/seg, además se obtuvo un caudal medio que es de 10.30 lt/seg. En época seca genera un caudal máximo de 12.20 lt/seg, un caudal mínimo de 5.37 lt/seg y un caudal promedio de 8.30 lt/seg. @ En las seis caracterizaciones realizadas se obtuvo un caudal promedio de las aguas residuales de 9,77 lt/seg, un caudal mínimo de 2,72 lt/seg, y caudal máximo de 16,82 lt/seg, este último utilizado para la propuesta actual de diseño de la planta de tratamiento biológica. @ El agua residual en la parroquia San Pablo del Lago según su grado de contaminación es fuerte para los parámetros de Nitritos, Nitratos, medio para pH, Sólidos Disueltos Totales, Nitrógeno Total, Fósforo total, DQO y débil para Sólidos Sedimentables, Sólidos Suspendidos Totales, Nitrógeno Amoniacal y DBO5. @ Las cargas contaminantes generadas por la Cabecera Parroquial de San Pablo del Lago durante el período de investigación es de 20 Kg./día para nitrógeno total, 80 Kg./día para sólidos suspendidos totales, 8 Kg./día para fósforo total, 236 Kg./día para DQO y 125 Kg./día DBO5. 99 @ Según las encuestas realizadas se constató la existencia de una pequeña industria quesera y corrales de ganado, mismos que evacuan sus residuos líquidos a la red de alcantarillado de San Pablo y además 97,09 % de las viviendas disponen de este servicio, determinando que esta agua residual es de origen doméstico. @ En las encuestas se determinó que el 64,08%, de la población desconoce el sitio de disposición final de las aguas residuales y el recorrido al aire libre que hace esta agua comprendiéndose en un área de 1201m, para llegar al río Itambí y posteriormente al lago San Pablo ocasionando un impacto negativo al lugar. @ Los representantes de barrios, comunidades y público de San Pablo del lago que asistió al taller participativo identificaron los diferentes impactos en la salud de los pobladores y la contaminación que las aguas residuales producen al Lago San Pablo. Además fueron capacitados sobre enfermedades que produce esta agua y alternativas de tratamiento con plantas acuáticas. @ La propuesta de diseño de la planta de tratamiento para el caudal actual de 16,82 lt/seg. requiere dos tanques sedimentadores circulares 363,31m3 de capacidad cada uno, para un tiempo de retención hidráulica de 12 horas. El tratamiento secundario con lenteja de agua requiere un tiempo de retención hidráulico de 8 días, con un total de 108 estanques en un área total de 1.74 Ha. Para el tratamiento complementario se necesita un área máxima de pantanos de 3,18 Ha para DBO5. 100 @ La planta de tratamiento proyectada a 10 años para una población estimada de 5937 y con un caudal de agua residual de 19.69 lt/seg, demanda de dos tanques sedimentadores circulares 425,30m3 de capacidad cada uno, para un tiempo de retención hidráulica de 12 horas. El tratamiento secundario con lenteja de agua, requiere un tiempo de retención hidráulico de 8 días, con 126 estanques, en un área total 2.04 Ha. Para el tratamiento complementario se necesita un área máxima de pantanos de 3,72Ha para DBO5. 101 8 @ RECOMENDACIONES. Es importante realizar un estudio de mercado para productos obtenidos a partir de la lenteja de agua tales como balanceados, abonos orgánicos etc. para determinar a aceptación del público consumidor y fomentar la creación de microempresas en la Cabecera Parroquial de San Pablo. @ La gestión de las comunidades, juntas parroquiales gobierno municipal y provincial dentro de la cuenca del Imbakucha proporcionarán los recursos necesarios para generar alternativas de tratamiento del agua residual a bajo costo y comprobado en la zona, evitando la degradación del lago principal atractivo turístico de la provincia de Imbabura. @ El tratamiento biológico del agua residual con plantas acuáticas en el Ecuador aún no se desarrolla completamente, por lo que es necesario incentivar la aplicación a pequeña escala de este método e irlo complementando y mejorándolo con las experiencias obtenidas. @ La capacitación periódica de la población es de vital importancia para generar un grado de concienciación en el uso adecuado y disposición final del recurso agua. Además es importante que los futuros talleres deban tener una metodología sencilla de tal forma que sean comprendidos por toda la comunidad. 102 @ Se recomiendo monitorear periódicamente el caudal de agua residual, mediante el vertedero construido e instalado por la Junta Parroquial, esto ayudará a tener exactitud al momento de construir la planta de tratamiento. 9 Acidez. GLOSARIO Capacidad de una solución acuosa para reaccionar con iones hidroxilo. Se miden cuantitativamente por titulación en una solución alcalina normalizada y se expresa usualmente en términos de mg/l como carbonato de calcio. Aeróbico. Afluente. Ser vivo que necesita de aire para vivir. Agua, agua residual u otro liquido que ingrese a un reservorio, o a algún proceso de tratamiento. Aguas Residuales. El agua luego de ser usada por una comunidad o industria que contienen material disuelto y en suspensión. Alcalinidad. Hidróxidos metálicos muy solubles en el agua que actúan como bases energéticas. Anaerobio. Condición de ausencia de aire u oxígeno libre. Análisis. Éxamen del agua, agua residual o lodos, efectuado por un laboratorio. Biomasa. Masa totales resultante de las plantas acuáticas utilizadas en los tratamientos de agua residual. Caracterizaciones. Determina los atributos particulares de la calidad de las aguas residuales. 103 Cargas contaminantes.Cantidad de contaminantes como nitrógeno, fósforo, DBO, DQO, sólidos suspendidos presentes en un agua residual. Caudal máximo horario. Caudal a la hora de máxima descarga. Celulosa Es el componente principal de la pared de todas las células vegetales. Cono imhoff Cono en el que se realiza el proceso de sedimentación para evaluar los sólidos sedimentables. Dilución. Efecto de diluir una sustancia en otra, dando como resultado final, una concentración menor de un parámetro en la solución. Digestión. Descomposición biológica de la materia orgánica de un lodo en presencia de oxígeno. Disposición final Disposición del efluente de una planta de tratamiento o de los lodos tratados. Efluente Liquido que sale de u proceso de tratamiento. Espectrofotometría La espectrofotometría de absorción de infrarrojos es adecuada para análisis orgánicos, pues los enlaces en alquenos, ésteres, alcoholes y otros grupos funcionales tienen fuerzas muy diferentes y absorben la radiación de infrarrojos en una gran variedad de frecuencias o energías. Esta absorción se refleja en el espectrógrafo en forma de picos. Lípidos Grupo heterogéneo de sustancias orgánicas que se encuentran en los organismos vivos. Los lípidos están formados por carbono, hidrógeno y oxígeno, aunque en proporciones distintas a como estos componentes aparecen en los azúcares. 104 Lacustre. Perteneciente a los lagos. Parámetro. Variable que se tiene en cuenta en el planteamiento o análisis de una cuestión. Pantanos Hondonada natural o artificial donde se recogen o detienen las aguas, con fondo mas o menos cenagoso. Patógeno Productor o causante de una enfermedad. Per capita Por cabeza, individualmente. Peróxido. En la serie de los óxidos, el que tiene la mayor cantidad posible de oxigeno. Planta de tratamiento(de agua residual) Conjunto de obras, instalaciones y procesos para tratar el agua residual. Proceso biológico Proceso en el cual las bacterias y otros microorganismos asimilan la materia orgánica del desecho, para estabilizar el desecho e incrementar la población de microorganismos (lodos activados, filtros percoladores, digestión, piscinas con plantas acuáticas. etc). Remoción Acción de remover las cargas contaminantes. Sedimentador Proceso de clarificación de las aguas residuales mediante la precipitación de la materia orgánica o la materia putrescible. 105 Tanque séptico. Sistema individual de disposición de aguas residuales para una vivienda conjunto de viviendas; combina la sedimentación y la digestión. Los sólidos sedimentables acumulados se remueven periódicamente y se descargan normalmente en una instalación de tratamiento. Tiempo de retención hidráulica Tiempo medio que se demoran las partículas de agua en un proceso de tratamiento. Usualmente se expresa como la razón entre el caudal y el volumen útil. Tratamiento biológico Procesos de tratamientos en los cuales se intensifican la acción natural de los micro organismos para estabilizar la materia orgánica presente. Usualmente se utilizan para la remoción de material orgánico disuelto. Tratamiento convencional. Procesos de tratamientos bien conocidos y utilizados en la practica. Vertedero. Todos los vertederos poseen una ecuación general para el caudal. Esta ecuación general depende de la gravedad, de su geometría, de su espesor de pared. La variable independiente será siempre la altura de la lamina de agua sobre el nivel de referencia. De esta forma cualquier vertedero puede calibrase mediante una curva de calibración del mismo con base en diferentes alturas de la lamina de agua de los diferentes caudales. 106 10 BIBLIOGRAFIA APHA, AWWA. 1989 Aguas y Aguas de Desecho. Editorial interamericana, México. BARRERA, A. 2000 Tratamiento de Aguas Residuales. CAMAREN, Cuenca, Ecuador. CORAL, Y. 2002. Tratamiento de Aguas Residuales Domésticas mediante el Cultivo de Lenteja de Agua (Lemna sp) en la Cuenca del Lago San Pablo. Tesis de Ingeniería en Recursos Naturales Renovables., Universidad Técnica del Norte Ibarra - Ecuador. CRITES, W. y TCHOBANOGLOUS, G. 2000 Sistemas de Manejo de Aguas Residuales para Núcleos Pequeños y Descentralizados. McGraw – Hill Interamericana, S. A, Santafé de Bogotá, Colombia. CULLEY, AND COL. 1973 Use of Duckweed for Water treatment and animal feed. GUTIÉRREZ, J. 1996 Generalidades sobre la Reutilización de las Aguas Residuales Domésticas. 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