i ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA VIDA CARRERA DE INGENIERÍA AGROPECUARIA TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS MEDIANTE UN HUMEDAL ARTIFICIAL DE FLUJO SUBSUPERFICIAL CON VEGETACIÓN HERBÁCEA CUEVA TORRES EDINSON YASMANY RIVADENEIRA BRAVO FIDEL ALFONSO INFORME TÉCNICO DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN SANTO DOMINGO 2013 ii TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS MEDIANTE UN HUMEDAL ARTIFICIAL DE FLUJO SUBSUPERFICIAL CON VEGETACIÓN HERBÁCEA CUEVA TORRES EDINSON YASMANY RIVADENEIRA BRAVO FIDEL ALFONSO APROBADO Y REVISADO ING. ALFREDO VALAREZO LOAYZA DIRECTOR DE CARRERA DE INGENIERIA AGROPECUARIA DE SANTO DOMINGO DE LOS TSACHILAS _______________________________ Ing. VINICIO UDAY PATIÑO, Mg. Sc. DIRECTOR ____________________ Ing. PATRICIO VACA PAZMIÑO CODIRECTOR _______________________________ Ing. VINICIO UDAY PATIÑO, Mg. Sc. BIOMETRÍSTA CERTIFICO QUE ESTE TRABAJO FUE PRESENTADO EN ORIGINAL (EN MEDIO MAGNETICO) E IMPRESO EN DOS EJEMPLARES. ______________________________ Dr. RAMIRO CUEVA VILLAMARÍN SECRETARIO ACADÉMICO iii TEMA TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS MEDIANTE UN HUMEDAL ARTIFICIAL DE FLUJO SUBSUPERFICIAL CON VEGETACIÓN HERBÁCEA CUEVA TORRES EDINSON YASMANY RIVADENEIRA BRAVO FIDEL ALFONSO CALIFICACIÓN FECHA Ing. VINICIO UDAY PATIÑO, Mg. Sc. ______________ ________________ Ing.PATRICIO VACA PAZMIÑO ______________ ________________ CERTIFICO QUE ESTAS CALIFICACIONES FUERON PRESENTADAS EN ESTA SECRETARÍA. __________________________ Dr. RAMIRO CUEVA SECRETARIO ACADÉMICO iv DEDICATORIA A Dios, a nuestros queridos padres y hermanos, a nuestras esposas amadas, a nuestros hijos, les dedicamos con mucho amor y cariño, todo nuestro esfuerzo y trabajo puesto para la realización de esta tesis. Edinson Yasmany Fidel Alfonso v AGRADECIMIENTO A la Escuela Politécnica del Ejercito (ESPE) y los docentes de la Carrera de Ingeniería Agropecuaria Santo Domingo que nos brindaron sus conocimientos y capacitaron para ser individuos con las habilidades y capacidades necesarias para enfrentarnos al campo profesional. Al Ing. Vinicio Uday Director e Ing. Patricio Vaca Codirector, por sus acertadas recomendaciones para el desarrollo de esta Investigación. Al mentor de este importante proyecto Ing. Galo Masache. A todas las personas que de una u otra manera colaboraron para llevar a feliz término este proyecto. Edinson Yasmany Fidel Alfonso vi ÍNDICE DE CONTENIDO CONTENIDO HOJA DE PORTADA PÁGINA DE REVISIÓN YAPROBACIÓN PÁGINA DE CALIFICACIÓN DEDICATORIA AGRADECIMIENTO ÍNDICE CONTENIDO ÍNDICE DE CUADROS ÍNDICE DE FIGURAS ÍNDICE DE ANEXOS I. INTRODUCCION II. REVISIÓN DE LITERATURA 2.1. DATOS POBLACIONALES DE SANTO DOMINGO DE LOS TSÁCHILAS 2.2. MARCO LEGAL 2.3. LIMITES PERMISIBLES PARA DESCARGAR AGUAS RESIDUALES EN CUERPOS RECEPTORES DE AGUA DULCE 2.4. ESTÁNDARES DE CALIDAD AMBIENTAL DE AGUA 2.5. HUMEDALES ARTIFICALES 2.5.1. Sistemas de Humedales Subsuperficiales Construidos (HSS) 2.5.2. Aguas Residuales 2.5.3. Vegetación 2.5.3.1. Echinochloa polystachya – Hitch 2.5.3.2. Eriochloa polystachya – Kunth 2.5.3.3. Brachiaria mutica–Forks 2.6. MODELO GENERAL DE DISEÑO III. MATERIALES Y MÉTODOS 3.1. UBICACIÓN DEL LUGAR DE LA INVESTIGACIÓN 3.1.1. Ubicación Política 3.1.2. Ubicación Geográfica 3.1.3. Ubicación Ecológica 3.2. MATERIALES 3.2.1. Materiales de Campo 3.2.2. Materiales de Oficina 3.3. MÉTODOS 3.3.1. Diseño experimental 3.3.2. Metodología para realizar un diagnóstico sobre los niveles de contaminación del agua residual de Pag i ii iii iv v vi ix xi xiii 1 2 2 2 5 7 9 9 10 10 10 10 11 11 14 14 14 14 16 16 16 16 16 16 vii la Hacienda Zoila Luz a la entrada y salida del Sistema de Humedal Artificial Subsuperficial (SHS). 3.3.2.1. Cálculo de caudal de descarga 3.3.2.2. Muestreo de la temperatura del agua y del aire. 3.3.2.3. Evaluación de los niveles de contaminación del Aguas Residuales 3.3.2.3.1. Variables a medir 3.3.3. Metodología para diseñar e implementar un Sistema de Humedal Artificial Subsuperficial (SHS) que permita disminuir los niveles de contaminación en los cuerpos receptores. 3.3.3.1. Fórmulas para el dimensionamiento a. Constante de Temperatura en el humedal b. Área superficial c. Tiempo de retención Hidráulica d. Ancho del Humedal e. Largo del Humedal 3.3.3.2. Implementación de los humedales a. Impermeabilización y colocación de las capas filtrantes b. Vegetación 3.3.3.3. Operaciones de mantenimiento del sistema. 3.3.4. Metodología para determinar los costos de construcción y mantenimiento del Sistema de Humedal Artificial Subsuperficial (SHS) 3.3.5. Metodología para difundir los resultados a la comunidad para su conocimiento y aplicación. IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 4.1. DIAGNÓSTICO SOBRE LOS NIVELES DE CONTAMINACIÓN DEL AGUA RESIDUAL DE LA HACIENDA ZOILA LUZ 4.1.1. Hábitos del uso del agua 4.1.2. Determinación de hora pico. 4.1.3. Determinación del caudal Q 4.1.4. Determinación de la temperatura promedio del Agua Residual y Aire 4.1.5. Análisis de agua a la entrada de los humedales 4.2. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE LOS HUMEDALES 18 18 18 19 19 19 19 19 20 20 20 20 21 21 21 21 21 22 23 23 23 26 26 27 27 viii ARTIFICIALES DE FLUJO SUBSUPERFICIAL 4.2.1. Parámetros de diseño 4.2.2. Dimensionamiento 4.2.3. Implementación 4.3. NIVELES DE CONTAMINACIÓN DEL AGUA RESIDUAL DE LA HACIENDA ZOILA LUZ 4.3.1. Análisis de varianza para los niveles de DBO5 4.3.2. Análisis de varianza para DQO 4.3.3. Análisis de varianza para Aluminio 4.3.4. Análisis de varianza para Nitrógeno Total 4.3.5. Análisis de varianza para Índice de Coliformes Totales 4.3.6. Análisis de varianza para Fósforo Total 4.3.7. Análisis de varianza para Sólidos Totales 4.4. COSTOS V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1. CONCLUSIONES 5.2. RECOMENDACIONES VI. RESUMEN VII. SUMMARY VIII. BIBLIOGRAFÍA IX. ANEXOS 28 28 29 29 29 29 31 32 33 35 36 38 39 42 42 43 44 45 46 48 ix ÍNDICE DE CUADROS CONTENIDO Cuadro 1. Criterios de calidad admisibles para aguas de uso agrícola Cuadro 2. Límites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce Cuadro 3. Características típicas de los medios para HSS Cuadro 4. Tratamientos a comparar dentro del estudio Diseño y construcción de un humedal artificial de flujo subsuperficial mediante la utilización de vegetación herbácea. Cuadro 5. Análisis de varianza Cuadro 6. Tabulación y cálculo del Caudal Q promedio al día Cuadro 7. Tabulación y cálculo de la temperatura promedio del Agua Residual y del aire al día Cuadro 8. Análisis físico químico del Agua Residual a la salida del pozo Séptico del humedal muestreo inicial. Cuadro 9. Datos iniciales necesarios para implementación y diseño. Cuadro 10. Análisis de Varianza para DBO5 entre tratamientos. Cuadro 11. Comparación Ortogonal del DBO5 entre tratamientos. Cuadro 12. Comparación de los niveles de DBO5 entre los tratamientos Cuadro 13. Análisis de Varianza para DQO entre tratamientos. Cuadro 14. Comparación Octogonal del DQO entre tratamientos. Cuadro 15. Comparación de los niveles de DQO entre los tratamientos Cuadro 16. Análisis de Varianza para Aluminio entre tratamientos. Cuadro 17. Comparación Ortogonal del Aluminio entre tratamientos. Cuadro 18. Comparación de los niveles de Aluminio entre los tratamientos Cuadro 19. Análisis de Varianza para Nitrógeno Total entre tratamientos. Cuadro 20. Comparación Ortogonal del Nitrógeno Total entre tratamientos. Cuadro 21. Comparación de los niveles de Nitrógeno Total entre los tratamientos Cuadro 22. Análisis de Varianza para Coliformes Totales entre tratamientos. Cuadro 23. Comparación Ortogonal de Coliformes Totales entre tratamientos. Cuadro 24. Comparación de los niveles de Coliformes Totales entre los tratamientos. Cuadro 25. Análisis de Varianza para Fosforo Total entre Pag. 4 6 13 17 17 26 27 27 28 29 30 30 31 31 32 32 33 33 34 34 35 35 36 36 x tratamientos. Cuadro 26. Comparación Ortogonal de Fósforo Total entre tratamientos. Cuadro 27. Comparación de los niveles de Fósforo Total entre los tratamientos Cuadro 28. Análisis de Varianza para Sólidos Totales entre tratamientos. Cuadro 29. Comparación Octogonal de Coliformes Totales entre tratamientos. Cuadro 30. Comparación de los niveles de Sólidos Totales entre los tratamientos Cuadro 31. Costos Totales de la investigación 37 37 38 38 39 39 40 xi ÍNDICE DE FIGURAS CONTENIDO Figura 1. Figura 2. Figura 3. Figura 4. Figura 5. Figura 6. Figura 7. Figura 8. Figura 9. Figura 10. Figura 11. Figura 12. Figura 13. Figura 14. Figura 15. Croquis de la provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas Tabulación de la encuesta hábitos del consumo de agua, ¿Cuántas veces al día se lava las manos? Tabulación de la encuesta hábitos del consumo de agua, ¿A qué hora se lava las manos? Tabulación de la encuesta hábitos del consumo de agua, ¿Al lavarse las manos mantiene la llave del grifo permanentemente abierta? Tabulación de la encuesta hábitos del consumo de agua, ¿Cuánto tiempo mantiene la llave del grifo Permanentemente abierta? Tabulación de la encuesta hábitos del consumo de agua, ¿Cuántas veces al día cepilla sus dientes? Tabulación de la encuesta hábitos del consumo de agua, ¿A qué hora cepilla sus dientes? Tabulación de la encuesta hábitos del consumo de agua, ¿Al cepillar sus dientes mantiene la llave del grifo permanentemente abierta? Tabulación de la encuesta hábitos del consumo de agua, ¿Cuánto tiempo mantiene la llave del grifo Permanentemente abierta? Tabulación de la encuesta hábitos del consumo de agua, ¿Cuántas veces al día se ducha? Tabulación de la encuesta hábitos del consumo de agua, ¿A qué hora se ducha? Tabulación de la encuesta hábitos del consumo de agua, ¿Al ducharse mantiene la llave de la ducha Permanentemente abierta? Tabulación de la encuesta hábitos del consumo de agua, ¿Cuánto tiempo mantiene la llave de la ducha permanentemente abierta? Tabulación de la encuesta hábitos del consumo de agua, ¿Cuántas veces al día utiliza el inodoro? Tabulación de la encuesta hábitos del consumo de agua, Pag. 15 23 23 23 23 23 23 24 24 24 24 24 24 24 xii Figura 16. ¿A qué hora utiliza el inodoro? Tabulación de la encuesta hábitos del consumo de agua, ¿Utiliza el agua de grifo en alguna de las siguientes actividades? 24 25 xiii ÍNDICE DE ANEXOS CONTENIDO Pag. Anexo 1. Anexo 2. Anexo 3. Anexo 4. Anexo 5. Anexo 6. Anexo 7. Anexo 8. Anexo 9. 48 49 50 51 52 53 54 55 Anexo 10. Anexo 11. Anexo 12. Anexo 13. Anexo 14. Anexo 15. Anexo 16. Anexo 17. Anexo 18. Anexo 19. Anexo 20. Anexo 21. Anexo 22. Anexo 23. Modelo de la encuesta Tabla de toma de tiempo semana 1 Tabla de toma de tiempo semana 2 Tabla de toma de tiempo semana 3 Tabla de toma de tiempo semana 4 Toma de temperatura Análisis Físico Químico del Agua Residual sin tratamiento Análisis Físico Químico del Agua Residual Tratada Análisis Físico Químico del Agua Residual tratada con Echinochloa polystachya Repetición 1 Análisis Físico Químico del Agua Residual tratada con Echinochloa polystachya Repetición 2 Análisis Físico Químico del Agua Residual tratada con Echinochloa polystachya Repetición 3 Análisis Físico Químico del Agua Residual tratada con Echinochloa polystachya Repetición 4 Análisis Físico Químico del Agua Residual tratada con Eriochloa polystachya Repetición 1 Análisis Físico Químico del Agua Residual tratada con Eriochloa polystachya Repetición 2 Análisis Físico Químico del Agua Residual tratada con Eriochloa polystachya Repetición 3 Análisis Físico Químico del Agua Residual tratada con Eriochloa polystachya Repetición 4 Análisis Físico Químico del Agua Residual tratada con Brachiaria mutica Repetición 1 Análisis Físico Químico del Agua Residual tratada con Brachiaria mutica Repetición 2 Análisis Físico Químico del Agua Residual tratada con Brachiaria mutica Repetición 3 Análisis Físico Químico del Agua Residual tratada con Brachiaria mutica Repetición 4 Análisis Físico Químico del Agua Residual tratada con la mezcla de las tres especies Repetición 1 Análisis Físico Químico del Agua Residual tratada con la mezcla de las tres especies Repetición 2 Análisis Físico Químico del Agua Residual tratada con 56 56 57 57 58 58 59 59 60 60 61 61 62 62 xiv Anexo 24. Anexo 25. Anexo 26. Anexo 27. Anexo 28. Anexo 29. Anexo 30. Anexo 31. Anexo 32. Anexo 33. Anexo 34. Anexo 35. Anexo 36. Anexo 37. la mezcla de las tres especies Repetición 3 Análisis Físico Químico del Agua Residual tratada con la mezcla de las tres especies Repetición 4 Cálculo de la constante de la temperatura Cálculo del área superficial Cálculo del tiempo de retención hidráulica Cálculo del cambio de temperatura del humedal Cálculo de la temperatura del efluente Cálculo de la temperatura promedio del humedal Cálculo del ancho del humedal individual Cálculo del largo del humedal artificial Prueba de Fisher de las variables Resumen de fotos instalación y mantenimiento de los humedales Resumen de fotos de la contaminación del Agua Residual sin tratamiento Resumen de fotos del Agua Residual luego de ser tratada Resumen de fotos día de campo 63 63 64 64 64 65 65 65 66 66 67 69 74 77 79 1 I. INTRODUCCIÓN Ecuador posee una población aproximada de 14 millones de habitantes y una tasa de crecimiento que bordea el 1,6% INEC (2004), el consumo promedio es de 1 800 m3/año de agua, donde se generan altos consumos de agua y altas descargas de aguas residuales (AR). La ley de prevención y control ambiental, capítulo VI, de la Prevención y Control de la Contaminación de las Aguas, adopta nuevas medidas para prevenir la contaminación de los recursos hídricos y manifiesta lo siguiente: “queda prohibido descargar AR a las redes de alcantarillado, quebradas, acequias, ríos, lagos naturales o artificiales, o en aguas marítimas sin sujetarse a las normas técnicas y regulaciones, así como infiltrar aguas residuales en terrenos, las aguas residuales que contengan contaminantes que sean nocivos a la salud humana, a la fauna, a la flora y a las propiedades privadas”. Santo Domingo cuenta con una población aproximada de 450 000 personas distribuidas en 76.889 viviendas entre urbanas y rurales, la zona urbana que comprende el 48,1% de viviendas son atendidas por un sistema de alcantarillado público, el 13,6% tiene pozos ciegos, el 24% utiliza pozos sépticos y el 14,3% elimina las Aguas Residuales de otras formas INEC (2004), pero ninguna de estas cumplen las normativas de descarga. En la investigación se aplicó un DCA, con cuatro tratamientos y cuatro repeticiones, se realizaron tres evaluaciones (agosto, octubre, diciembre de 2011), se determinaron los niveles de DBO5, DQO, aluminio, nitrógeno total, índice de coliformes totales, fósforo total y sólidos totales, además se realizó un Análisis Físico-Químico a la entrada y salida del humedal. Para el cumplimiento de la investigación se planteó como objetivo general “Tratar las aguas residuales domésticas de la Hacienda Zoila Luz mediante un Humedal Artificial de Flujo Subsuperfical con vegetación herbácea”. Los objetivos específicos fueron: 1) realizar el diagnóstico sobre los niveles de contaminación del agua residual en la entrada y salida del Sistema de Humedal Artificial Subsuperficial (HSS), 2) diseñar e implementar un Sistema de Humedal Artificial Subsuperficial (HSS) que permita disminuir los niveles de contaminación en los cuerpos receptores y 3) Determinar los costos de construcción y mantenimiento del Sistema de Humedal Artificial Subsuperficial (HSS). El trabajo de campo se realizó entre los meses de mayo y diciembre del 2011. 2 II. 2.1. REVISIÓN DE LITERATURA DATOS POBLACIONALES DE SANTO DOMINGODE LOS TSÁCHILAS La ciudad de Santo Domingo, ha tenido un intenso proceso migratorio, los asentamientos desordenados han creado urbanizaciones improvisadas donde la población y comercio flotante es tan intenso que la ubica entre las cinco ciudades con mayor población del país Sánchez (2009). Según el INEC (2004), la densidad poblacional en el cantón es de 75,4 hab/km2. El número total de viviendas en la zona urbana de la provincia es de 65 673, y corresponde a una vivienda por cada 4,3 habitantes, cifra similar a las ciudades medias del Ecuador. Santo Domingo está dotado de dos sistemas de agua potable, Chigüilpe y Lelia con un caudal medio de 270 litros/segundo, que abastece al 48,1% de la zona urbana, las zonas rurales periféricas no tienen sistema de potabilización de agua. MIDUVI (2002). Según Fuertes (2008), la eliminación de aguas negras se la realiza por medio de 220 pequeñas redes de alcantarillado y aproximadamente 4000 descargas individuales hacia los ríos y esteros que cruzan la ciudad, esto ocasiona que los ríos Pove, Code, San José, y Chila estén cargados con altas cantidades de aguas servidas. 2.2. MARCO LEGAL El Instituto de Recursos Hidráulicos (INERHI), se crea mediante Decreto Supremo Nº 1551 en el año 1966. Para el año de 1994 se dispone que las funciones asignadas al (INERHI) corresponderán al Consejo Nacional de Recursos Hídricos (CNRH), mediante el Decreto Ejecutivo Nº 2224, posteriormente en el año 2008, el Decreto Ejecutivo Nº 1088 ordena reorganizar el (CNRH), mediante la creación de la Secretaria Nacional del Agua (SENAGUA), como entidad de derecho público adscrita a la Presidencia de la Republica, misma que velara por el cumplimiento de la Ley de Aguas vigente y será generadora de nuevas leyes. La codificación de la ley de aguas expedida mediante Registro Oficial 339 de 20 de Mayo del 2004, en el capítulo II de la contaminación, expresa lo siguiente: Art. 22.- Prohíbese toda contaminación de las aguas que afecte a la salud humana o al desarrollo de la flora o de la fauna. El Consejo Nacional de Recursos Hídricos, en colaboración con el Ministerio de Salud Pública y las demás entidades estatales, aplicará la política que permita el cumplimiento de 3 esta disposición. Se concede acción popular para denunciar los hechos que se relacionan con contaminación de agua. La denuncia se presentará en la Defensoría del Pueblo. El decreto supremo 374, ley de prevención y control de contaminación ambiental del 31 de mayo de 1976, en el capítulo VI de la prevención y control de la contaminación de las aguas, dice: Art. 16.- Queda prohibido descargar, sin sujetarse a las correspondientes normas técnicas y regulaciones, a las redes de alcantarillado, o en las quebradas, acequias, ríos, lagos naturales o artificiales, o en las aguas marítimas, así como infiltrar en terrenos, las aguas residuales que contengan contaminantes que sean nocivos a la salud humana, a la fauna, a la flora y a las propiedades. Art. 17.- El Instituto Ecuatoriano de Recursos Hidráulicos (INERHI) , en coordinación con los Ministerios de Salud y Defensa, según el caso, elaborarán los proyectos de normas técnicas y de las regulaciones para autorizar las descargas de líquidos residuales, de acuerdo con la calidad de agua que deba tener el cuerpo receptor. Nota: Al expedirse la Organización del Régimen Institucional de Aguas, mediante Decreto Ejecutivo No. 2224, publicado en el RO 558-S, de 28-X-94, el (INERHI) fue sustituido por el Consejo Nacional de Recursos Hidráulicos, cuerpo colegiado multisectorial y por las Corporaciones Regionales de Desarrollo, instituciones públicas de manejo de los recursos hídricos del país. Art. 18.- El Ministerio de Salud fijará el grado de tratamiento que deban tener los residuos líquidos a descargar en el cuerpo receptor, cualquiera sea su origen. Art. 19.- El Ministerio de Salud, también, está facultado para supervisar la construcción de las plantas de tratamiento de aguas residuales, así como de su operación y mantenimiento, con el propósito de lograr los objetivos de esta Ley. De acuerdo a la norma de calidad ambiental y descarga de efluentes norma técnica ambiental dictada bajo el amparo de la Ley de Gestión Ambiental y del Reglamento a la Ley de Gestión Ambiental para la Prevención y Control de la Contaminación Ambiental y se somete a las disposiciones de éstos, es de aplicación obligatoria y rige en todo el territorio nacional. Carga máxima permisible. Es el límite de carga que puede ser aceptado en la descarga a un cuerpo receptor o a un sistema de alcantarillado. 4 Cuerpo receptor o cuerpo de agua. Es todo río, lago, laguna, aguas subterráneas, cauce, depósito de agua, corriente, zona marina, estuarios, que sea susceptible de recibir directa o indirectamente la descarga de aguas residuales. Depuración. Es la remoción de sustancias contaminantes de las aguas residuales para disminuir su impacto ambiental. Descargar. Acción de verter, infiltrar, depositar o inyectar aguas residuales a un cuerpo receptor o a un sistema de alcantarillado en forma continua, intermitente o fortuita. Efluente. Líquido proveniente de un proceso de tratamiento, proceso productivo o de una actividad. Tratamiento convencional para potabilizar el agua. Son las siguientes operaciones y procesos: Coagulación, floculación, sedimentación, filtración y desinfección. Tratamiento convencional para efluentes, previa a la descarga a un cuerpo receptor o al sistema de alcantarillado. Por otro lado, norma técnica establece a) Los límites permisibles, disposiciones y prohibiciones para las descargas en cuerpos de aguas o sistemas de alcantarillado; b) Los criterios de calidad de las aguas para sus distintos usos; c) Métodos y procedimientos para determinar la presencia de contaminantes en el agua. Finalmente en el ITEM 4.1.4. Criterios de calidad de aguas de uso agrícola o de riego. Se entiende por agua de uso agrícola aquella empleada para la irrigación de cultivos y otras actividades conexas o complementarias que establezcan los organismos competentes. Se prohíbe el uso de aguas servidas para riego, exceptuándose las aguas servidas tratadas y que cumplan con los niveles de calidad establecidos en esta Norma. Cuadro 1. Criterios de calidad admisibles para aguas de uso agrícola Parámetros Aluminio Arsénico (total) Boro (total) Cadmio Carbamatos totales Cianuro (total) Expresado como Unidad Al mg/l As mg/l B mg/l Cd mg/l Concentración total de mg/l carbamatos Cnmg/l Límite máximo permisible 5 0,1 1 0,01 0,1 0,2 5 Cobalto Cobre Flúor Hierro Litio Materia flotante Manganeso Molibdeno Mercurio (total) Níquel Organofosforados (totales) Organoclorados (totales) Plata Potencial de hidrógeno Plomo Selenio Sólidos disueltos totales Co Cu F Fe Li Visible Mn Mo Hg Ni Concentración de organofosforados totales. Concentración de organoclorados totales. Ag Ph Pb Se ----- mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 0,05 2 1 5 2,5 Ausencia 0,2 0,01 0,001 0,2 0,1 mg/l 0,2 mg/l 0,05 0-6 0,05 0,02 3 000,0 mg/l mg/l mg/l Transparencia de las aguas ----------medidas con el disco secchi. Vanadio V mg/l Aceites y grasa Sustancias solubles en mg/l hexano Coniformes Totales ------nmp/100 ml Huevos de parásitos ------Huevos por litro Zinc Zn mg/l mínimo 2,0 m 0,1 0,3 1 000 Cero 2 Fuente: Ministerio de Ambiente. (2007) Normas de Calidad Ambiental y Descarga de Efluentes 2.3. LÍMITES PERMISIBLES PARA DESCARGAR AGUAS RESIDUALES EN CUERPOS RECEPTORES DE AGUA DULCE A nivel internacional existen Guías de calidad de agua para riego, como lo que tiene la FAO, la Guía canadiense y la OMS (Organización Mundial de la Salud) los cuales están basados en estudios sobre la toxicidad de elementos contaminantes en las plantas y en el suelo. 6 Cuadro 2. Límites de Descarga a un Cuerpo de Agua Dulce Parámetros Expresado como Unidad Aceites y Grasas. Aldehídos Aluminio Arsénico total Bario Boro total Cadmio Cianuro total Cloro Activo Cloroformo Cloruros Cobre Cobalto Coliformes Fecales Coliformes Totales Color real Compuestos fenólicos Cromo Demanda Bioquímica de Oxígeno (5 días) Demanda Química de Oxígeno Dicloroetileno Estaño Fluoruros Fósforo Total Hierro total Hidrocarburos Totales de Petróleo Manganeso total Mercurio total Sustancias solubles mg/l en hexano 2,0 Al mg/l As mg/l Ba mg/l B mg/l Cd mg/l CNmg/l Cl mg/l Extracto carbón mg/l cloroformo ECC Clmg/l Cu mg/l Co mg/l Nmp/100 ml Nmp/100 ml Color real unidades de color Límite permisible 0,3 máximo 5,0 0,1 2,0 2,0 0,02 0,1 0,5 0,1 Fenol mg/l 1 000 1,0 0,5 200 5 000 * Inapreciable dilución: 1/20 0,2 Cr+6 DBO5 mg/l mg/l 0,5 100 D.Q.O. mg/l 250 Dicloroetileno Sn F P Fe TPH mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l 1,0 5,0 5,0 10 10,0 20,0 Mn Hg mg/l mg/l 2,0 0,005 en 7 Níquel Nitratos + Nitritos Nitrógeno Total Organoclorados totales Organofosforados totales Plata Plomo Selenio Sólidos Sedimentables Sólidos Suspendidos Totales Sólidos totales Sulfitos Sulfuros Tensoactivos Tetracloruro carbono Tricloroetileno Vanadio Zinc Ni Expresado como Nitrógeno (N) N Concentración de organoclorados totales Concentración de organofosforados totales. Ag Pb Se SS SST ST SO3 S Sustancias activas al azul de metileno de Tetracloruro de carbono Tricloroetileno V Zn mg/l mg/l 2,0 10,0 mg/l mg/l 15 0,05 mg/l 0,1 mg/l mg/l mg/l ml/l 0,1 0,2 0,1 1,0 mg/l 100 mg/l mg/l mg/l mg/l 1 600 2,0 0,5 0,5 mg/l 1,0 mg/l mg/l mg/l 1,0 5,0 5,0 Fuente: Espíndola (2011), FAO (2004) 2.4. ESTÁNDARES DE CALIDAD AMBIENTAL DE AGUA TULAS (2001), En el grupo N° 3 de riego de vegetales y bebida de animales, determina que el agua continental es considerada apta para el riego de vegetales cultivados y para la bebida de animales domésticos, necesita satisfacer un patrón de calidad. En tal sentido, no debe contener sustancias como el boro y metales pesados que son tóxicos para el suelo, las plantas y animales. En el caso de los vegetales que se consumen en estado crudo, estos deben ser regados con aguas que satisfagan criterios más estrictos especialmente en lo que respecta a los 8 parámetros microbiológicos, porque son muchas las enfermedades causadas por virus, bacterias, protozoarios o gusanos que se transmiten a través de esta vía. Los estándares de calidad ambiental para el Uso III han sido establecidos en base a las guías de FAO, OMS y de normas de calidad del agua establecidos por Chile, Ecuador, Paraguay, Venezuela y Honduras. Los estándares de calidad ambiental para riego de vegetales y bebida de los animales, servirán como un instrumento de gestión ambiental para garantizar no solo alimentos de calidad para la población sino para la conservación de los recursos hídricos en áreas de producción agrícola. CONCENTRACION ESTABLECIDA POR OTROS PAISES DE LA REGION O GUIAS INTERNACIONALES (TULAS 2001) NOMBRE DEL PARAMETRO: ACEITES Y GRASAS Se establece una concentración de 5 mg/l de grasas y aceites, valor que establece la Ley General de Aguas, en aguas destinadas para el riego de vegetales de consumo crudo y bebida de animales, correspondiente a la clase III. NOMBRE DEL PARAMETRO: ALUMINIO Se establece una concentración para el Aluminio de 5 mg/l, para aguas destinadas al riego tomando como base de investigación lo realizado por la FAO, lo cual es una de las guías que cuenta con criterios más comúnmente utilizados por distintos países, para formular los estándares de Calidad Ambiental. NOMBRE DEL PARAMETRO: ARSENICO Se establece una concentración para el Arsénico de 0,1 mg/l, para aguas destinadas al riego tomando como base de investigación lo realizado por la FAO, lo cual es una guía internacional tomada como referencia para establecer los estándares de calidad Ambiental NOMBRE DEL PARAMETRO: DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO La Ley General de Aguas establece como valor límite de 15 mg/l, de DBO, para Aguas destinadas al riego de vegetales de Consumo Crudo y bebida de animales, correspondiente a la clase III. 9 NOMBRE DEL PARAMETRO: DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO La Ley General de Aguas establece como valor límite de 150 mg/l, de DQO, para Aguas destinadas al riego de vegetales de Consumo Crudo y bebida de animales, correspondiente a la clase III. NOMBRE DEL PARAMETRO: NITRATOS Y NITRITOS La Ley General de Aguas establece como valor límite de 10 mg/l para Nitratos y Nitritos 0,1 mg/l, para Aguas destinadas al riego de vegetales de Consumo Crudo y bebida de animales, correspondiente a la clase III. NOMBRE DEL PARAMETRO: SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES La Ley General de Aguas establece como valor límite de 3 500 mg/l, de Sólidos Suspendidos Totales, para Aguas destinadas al riego de vegetales de Consumo Crudo y bebida de animales, correspondiente a la clase III. NOMBRE DEL PARAMETRO: COLIFORMES TERMOTOLERANTES, COLIFORMES TOTALES La Ley General de Aguas establece una concentración de 5 000 por 100 ml, para coliformes totales y 1 000 por 100 ml para coliformes termotolerante en aguas destinadas al riego de vegetales de Consumo Crudo y bebida de animales, correspondiente a la clase III. 2.5. HUMEDALES ARTIFICALES Existen dos tipos de sistemas de humedales artificiales desarrollados para el tratamiento de agua residual estos son el Humedal de Flujo Superficial (HFS) y el Humedal de Flujo Subsuperficial (HSS), en ambos casos se aplica agua residual retratada en forma continua y el tratamiento se produce durante la circulación del agua a través de los mismos Sánchez (2005). 2.5.1. Sistemas de Humedales Subsuperficiales Construidos (HSS) Los humedales de flujo subsuperficial consisten en una tecnología natural de bajo costo para el tratamiento de aguas Residuales, la depuración se consigue gracias a varios fenómenos físicos, químicos y biológicos, tanto en el relleno solido (substratos), como en la parte del rizoma de las plantas, estas plantas macrófitas acuáticas emergentes 10 realizan varias funciones entre las que se destacan el transporte de gases desde la atmósfera hacia los sustratos Lucas (2005) 2.5.2. Aguas Residuales MINISTERIO DEL AMBIENTE (2007), son aguas de composición variada provenientes de las descarga de usos municipales, industriales, comerciales, de servicio agrícola, pecuario, doméstico, incluyendo fraccionamiento y en general de cualquier otro uso, que hayan sufrido degradación en su calidad original. 2.5.3. Vegetación 2.5.3.1. Echinochloa polystachya Hitch Echinochloa polystachya pertenece a la familia de las Poaceae, subfamilia: PANICOIDEAE, tribu: PANICEAE; es conocida como pasto alemán, hierba de río entre otros. Es una gramínea perenne, muy robusta con tallos erectos cuando son jóvenes y decumbentes cuando adulta de una altura de 90 cm, con contenido de proteína de 13,8% a las cuatro semanas, está distribuida en: América del Norte, Mesoamérica, Caribe, América del Sur, esta es una especie nativa de pantanos, lagos y costas de las tierras húmedas León (1995). Esta especie es permanente en humedales naturales y crecen en el agua a 30 cm de profundidad, tolera un amplio rango de la fertilidad del suelo, y pH que oscilan entre 4,0-8,0; este pasto suele plantarse de tallo o estolón esquejes (1-2 t/ha) León (1995). 2.5.3.2. Eriochloa polystachya Kunth Eriochloa polystachya pertenece a la familia de las poaceae, subfamilia PANICOIDEAE, es conocida también como pasto janeiro, es una gramínea perenne, acuática o subacuática muy robusta con tallos erectos cuando son jóvenes y decumbentes cuando es adulta de hasta 1,5 m, está distribuida por toda América del Sur, América Central y parte de América del Norte, en las zonas tropicales León (1995); Guzmán (1996). Es una especie perenne que se desarrolla en ambientes anegados, y no es resistente a las sequias, tiene gran adaptación a diferentes condiciones de suelo, tolera la salinidad pH ácidos León (1995). 11 2.5.3.3. Brachiaria mutica Forks Brachiaria mutica pertenece a la familia de las poaceae, Subfamilia: PANICOIDEAE, es conocida como gramalote, es una gramínea rastrera perenne con tallos largos, gruesos estolones de hasta 5,0 m muy peludo, suave, está distribuida en la parte sur de América del Norte, Centro América y Sudamérica. Esta gramínea se desarrolla muy bien en regiones húmedas con precipitaciones de hasta 4000 mm, naturalmente se desarrolla en zonas pantanosas, se puede adaptar a una variedad de suelos entre estos a suelos con moderada salinidad, pH bajo a 4,5. Es una especie fácil de establecer a mano plantado a una profundidad de 10 cm - 15 cm mediante estolones de 25 cm-30 cm de largo con tres a cuatro nudos León (1995); Sánchez (2005). 2.6. MODELO GENERAL DE DISEÑO Los sistemas de humedales artificiales pueden ser considerados como reactores biológicos y su rendimiento puede ser estimado mediante una cinética de primer orden de flujo a pistón para la remoción de DBO5 y nitrógeno. Lara (1999) y Sánchez (2005), sugieren varios diseños debido a la falta de consenso universal sobre la aproximación del diseño dando como lugar a la aplicación de las siguientes fórmulas. Ecuación básica para determinar el caudal: 2 Donde: Q = Caudal medio del humedal en m3/día Qe = Caudal de entrada o efluente Qo = Caudal de salida o afluente Lara (1999), es necesario calcular el caudal medio del humedal mediante la siguiente fórmula, para estimar las pérdidas o ganancias de agua causada por la precipitación o filtración a través del sistema. 2 12 Tras la obtención del caudal, se debe determinar el área superficial Lara (1999); Sánchez (2005), sugieren la fórmula: As QlnDBO e lnDBO s K yn Donde: As = Área Superficial Q = Caudal ln (DBO5) e = Concentración del contaminante al ingreso ln (DBO5) s = Concentración del contaminante al Salida KT = constante de temperatura en el humedal y = Profundidad del Humedal n = Porosidad promedio de las capas filtrantes del humedal. Diseño Hidráulico El diseño hidráulico de un humedal artificial es crítico para el éxito de su rendimiento. En los humedales HSS se asumen condiciones uniformes de flujo a pistón, y el flujo debe superar la resistencia por fricción, provocado por el medio, y las raíces de las plantas. La relación largo – ancho tiene gran influencia en el régimen hidráulico como en la resistencia de flujo del sistema, esta relación para HSS no debe superar 4:1 Lara. (1999). La retención hidráulica para alcanzar los niveles de contaminación aceptables para descargas se la consigue mediante la siguiente fórmula: Donde: TRH = tiempo de retención hidráulica en días As = Área superficial y = profundidad del humedal n = porosidad del medio Lara (1999), la conductividad hidráulica del medio varía según los espacios vacíos de este, en el (Cuadro 3) se muestran los valores estimados para algunos medios que se pueden utilizar para la construcción de HSS. 13 Cuadro 3. Características típicas de los medios para HSS Tipo de Material Arena fina Arena gruesa Grava fina Grava media Roca gruesa Tamaño efectivo D10 (mm) Porosidad, n (%) 2 8 16 32 128 28-32 30-35 35-38 36-40 38-45 Conductividad Hidráulica Ks (m3/m2/d) 100-1 000 500-5 000 1 000-10 000 10 000-50 000 50 000-250 000 Fuente: Lara (1999), Depuración de Aguas Residuales Municipales con Humedales Artificiales Para determinar la relación largo ancho de un humedal, Lara (1999); Sánchez (2005), proponen que esta no se debe exceder en relación 5:1, y esta viene determinada por la siguiente fórmula: '. 1 #& !"# $% Donde: W = Ancho del Humedal Q = Caudal / Nº de Unidades m = Pendiente del Lecho Ks = Conductividad Hidráulica. As = Área Superficial / Nº de Unidades y el largo del humedal es: L As W 14 III. 3.1. MATERIALES Y MÉTODOS UBICACIÓN DEL LUGAR DE LA INVESTIGACIÓN 3.1.1. Ubicación Política La investigación se realizó en la provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas, cantón Santo Domingo, parroquia Luz de América, km 24 vía Santo DomingoQuevedo en la hacienda Zoila Luz, donde se estableció un área aproximada de 250 m2 para construir el sistema de humedales subsuperficiales. 3.1.2. Ubicación Geográfica La investigación se desarrolló en las siguientes coordenadas UTM: Este X: Norte Y: Zona: 687858,7745 9954973,565 17 15 Área de estudio Ubicación del área de estudio en el croquis de Santo Domingo de los Tsáchila Figura 1. Croquis de la provincia de Santo Domingo de los Tsáchilas 16 3.1.3. Ubicación Ecológica Zona de Vida: Según L. Holdridge la zona de estudio corresponde a Bosque Húmedo Tropical (bh – T). Altitud: Temperatura: Precipitación: Heliofanía: Humedad relativa: 234 msnm* 24,6 ºC* 2435 mm/año* 649,7 horas/luz/año* 84 %* *Estación Meteorológica Puerto Ila, promedios del 2005 al 2010 Formación natural: Según Sierra la formación natural a la que pertenece el lugar de estudio es bosque siempre verde de tierras bajas y bosque siempre verde premontano. 3.2. MATERIALES 3.2.1. Materiales de Campo. Los materiales de campo utilizados fueron, 50 kg de Estolones de Echinochloa polystachia Hitch, 50 kg de Eriochloa polystachya Kunth, 50 kg de Brachiaria mutica Forks, 9 m3 de arena azul, 12 m3 de arena amarilla, 10 m3 de ripio, 5 m3 de piedra bola de diferente granulometría, 460 m2 de plástico, 750 kg de cemento, 120 m de tubos de 2”, 15 m de tubos de 4”, 38 codos de 2”, 500 bloques de 15, 10 horas de tractor tipo gallineta, 1 cámara fotográfica, 17 letreros de señalización, 50 análisis de agua, 120 jornales utilizados en zanjeo, construcción de cajetines, instalación de tuberías, limpieza y mantenimiento de los humedales. 3.2.2. Materiales de Oficina Los materiales de oficina utilizados fueron, computadora, libreta de campo, impresora, papelería. 3.3. MÉTODOS 3.3.1. Diseño experimental Para la presente investigación se aplicó un diseño completamente al azar DCA, donde el factor de estudio fueron especies de vegetación herbácea Echinochloa 17 polystachya Hitch, Eriochloa polystachya Kunth, Brachiaria mutica Forks y la Mezcla de las tres especies, aplicando cuatro tratamientos con cuatro repeticiones que se representan en el (Cuadro 4). Cuadro 4. Tratamientos a comparar dentro del Diseño y construcción de un humedal artificial de flujo subsuperficial mediante la utilización de vegetación herbácea, 2011 Tratamiento № Código Descripción T1 e1 Especie Echinochloa polystachya– Hitch T2 e2 Especie Eriochloa polystachya – Kunth T3 e3 Especie Brachiaria mutica – Forks T4 e4 Mezcla de las tres especies Se utilizó el esquema del análisis de varianza que se representa en el cuadro 5. Cuadro 5. Análisis de varianza Fuentes de variación Tratamientos Error Experimental Total Grados de libertad 3 12 15 El modelo lineal utilizado fue: +, - .+ /+, Donde: Yij = Variable dependiente u = Media del Experimento ti = Tratamientos (especies) Eij = Error experimental Para determinar la diferencia entre tratamientos se aplicó la prueba de comparación de medias de Fisher al 95 % de significancia. Además se realizaron comparaciones ortogonales entre T1 (Echinochloa polystachya–Hitch), T2 (Eriochloa polystachya–Kunth) y T3 (Brachiaria mutica–Forks) versus el T4 (mezcla de las tres 18 especies), así mismo la comparación entre el T1 y T2 versus el T3, finalmente se comparó T1 versus el T2. 3.3.2. Metodología para realizar un diagnóstico sobre los niveles de contaminación del agua residual de la Hacienda Zoila Luz a la entrada y salida del Sistema de Humedal Artificial Subsuperficial (SHS). Para conocer el número total de habitantes permanentes en la hacienda, se acudió a secretaría para obtener el listado de docentes, estudiantes, empleados y militares, así mismo, para conocer los hábitos del uso del agua se realizó una encuesta de ocho preguntas al 100% de la población de la hacienda Zoila Luz, el objetivo de la encuesta fue conocer de qué forma están utilizando el agua y cuáles son las horas con mayor frecuencia (hora pico) para realizar el aforamiento del agua residual, el modelo de la encuesta se presenta en el anexo 1. 3.3.2.1. Cálculo de caudal de descarga Para calcular el caudal del efluente, se utilizó el método del aforamiento, se registró el tiempo de llenado de un recipiente de cuatro litros, se realizaron cinco aforamientos en la mañana y cinco aforamientos en la tarde, durante un mes; de esta manera se calculó el caudal Q promedio por día en m3/día Q v t Donde: Q = caudal v = volumen t = tiempo Los datos de campo de los aforamientos se presentan en los (Anexos 2, 3, 4, 5). 3.3.2.2. Muestreo de la temperatura del agua y del aire. Se realizó un muestreo de la temperatura del Agua Residual con un termómetro clínico, tres veces a la semana, simultáneamente se registró la temperatura del aire en la estación Puerto Ila a las 6:00 y 16:00. 19 3.3.2.3. Evaluación de los niveles de contaminación del Agua Residual 3.3.2.3.1. Variables a medir En agosto, octubre y diciembre del 2011 se tomaron muestras de (1000 cc) de Agua Residual en envases limpios y desinfectados en todas las unidades experimentales, mediante las pruebas físico químicas de laboratorio realizadas en el Departamento de Petróleos, Energía y Contaminación de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Central del Ecuador se determinaron los niveles de concentración de DBO5, DQO, aluminio, nitrógeno total, fósforo, sólidos totales y coliformes totales, determinando con un análisis inicial las condiciones que el Agua Residual de la Hacienda Zoila Luz. 3.3.3. Metodología para diseñar e implementar un Sistema de Humedal Artificial Subsuperficial (SHS) que permita disminuir los niveles de contaminación en los cuerpos receptores. El factor limitante para el dimensionamiento y diseño del humedal es la concentración del DBO5, para obtenerlo se tomó una muestra de Agua Residual en el día 15 del aforamiento y se la envió al laboratorio del Departamento de Petróleos, Energía y Contaminación de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Central del Ecuador. 3.3.3.1. Fórmulas para el dimensionamiento a). Constante de temperatura en el humedal Se determinó la constante de temperatura del humedal aplicando la fórmula: K K 2' 1,06672' Donde: K = temperatura del humedal K 2' 1,2404d7: constante de temperatura 20 b). Área superficial Se obtuvo el Área superficial aplicando la fórmula: As ;<=>?@A B7<=>?@A C DE F= Donde: As = Área Superficial Q = Caudal ln (DBO5) e = Concentración del contaminante al ingreso ln (DBO5) s = Concentración del contaminante a la salida KT = constante de temperatura en el humedal y = Profundidad del Humedal n = Porosidad promedio de las capas filtrantes del humedal. c). Tiempo de retención Hidráulica Para obtener el THR se aplicó la siguiente Fórmula: TRH JCF= ; d). Ancho del Humedal Se calculó el ancho del humedal aplicando la fórmula: : ;JC W F ! KDC', Donde: W = Ancho del Humedal Q = Caudal / Nº de Unidades As = Área Superficial / Nº de Unidades m = Pendiente del Lecho Ks = Conductividad Hidráulica promedio e). Largo del Humedal 21 Se determinó el largo del humedal utilizando la fórmula: L JC L Dónde: L= Largo del humedal As= Área superficial / Nº de Unidades W= Ancho del Humedal 3.3.3.2. Implementación de los humedales a). Impermeabilización y colocación de las capas filtrantes Se retiró la tierra del lugar donde se instalaron los humedales y se niveló el fondo con un 3% de pendiente para obtener un buen drenaje y proporcionar las condiciones hidráulicas para la circulación del agua, se colocó plástico en toda las unidades experimentales y finalmente se colocó una capa de grava de 20 cm, una capa de arena de 25 cm y una capa de tierra de 15 cm, donde se sembraron las gramíneas según el tratamiento y repetición. b). Vegetación Se utilizaron 50 kg de estolones de cada especie (Echinochloa polystachia, Eriochloa polystachyay Brachiaria mutica), las cuales fueron sembradas en hileras de 10 cm x 20 cm. 3.3.3.3. Operaciones de mantenimiento del sistema. Se realizaron las siguientes operaciones de mantenimiento durante toda la investigación. • Se limpiaron y desecharon los sedimentos y basuras que ingresaron a los cajetines del sistema de humedales, una vez por semana. • Se cortaron las especies de cada humedal, cada 30 días para mantener saludable las especies y estimular la absorción de elementos contaminantes del Agua Residual. 3.3.4. Metodología para determinar los costos de construcción y mantenimiento del sistema de humedal artificial Subsuperficial (SHS) 22 Se elaboró un cuadro especificando los materiales que se utilizaron para el diseño y construcción de los humedales y la mano de obra utilizada para esto con su respectivo valor, logrando determinar el costo real de la investigación. 3.3.5. Metodología para difundir la metodología y resultados a los interesados para su conocimiento y aplicación. Para alcanzar este objetivo, se realizó un día de campo para mostrar y explicar el funcionamiento de los humedales, además se dio una charla técnica para mostrar los resultados de la investigación, a los niveles superiores de la Carrera de Ingeniería Agropecuaria Santo Domingo. 23 IV. 4.1. RESULTADOS Y DISCUSIÓN DIAGNÓSTICO SOBRE LOS NIVELES DE CONTAMINACIÓN DEL AGUA RESIDUAL DE LA HACIENDA ZOILA LUZ 4.1.1. Hábitos del uso del agua. En lass siguientes figuras se presentan los resultados de la encuesta aplicada a fin de conocer el uso que los habitantes de la hacienda hacen ha del agua. 80 20 60 15 40 10 20 5 0 0 1 2 3 7 6 >10 Figura 2. ¿Cuántas Cuántas veces al día se lava las manos manos? 8 12 13 15 16 18 22 Figura 3. ¿A qué hora se lava las manos? 60 100 40 20 50 0 0 1 min 2min 5 min Si No Figura 4. ¿Al lavarse las manos mantiene el grifo permanentemente abierto? No sabe Figura 5. ¿Cuánto tiempo mantiene el grifo permanentemente abierto? 20 100 10 50 0 0 1 3 2 mas de 3 Figura 6. ¿Cuántas veces al día cepilla sus dientes? 6 8 9 12 13 15 16 18 20 Figura 7. ¿A qué hora cepilla sus dientes? 24 40 30 20 10 0 80 60 40 20 0 2 min 3 min 5 min Si No Figura 8. ¿Al cepillar sus dientes mantiene la llave del grifo permanentemente abierto? No sabe Figura 9.. ¿Cuánto tiempo mantiene el grifo permanentemente abierto? 20 50 40 30 20 10 0 15 10 5 1 2 3 mas de 3 Figura 10. ¿Cuántas veces al día se ducha? 0 6 7 14 15 16 17 19 20 22 Figura 11. ¿A qué hora se ducha? 40 30 20 10 0 80 60 40 20 0 Si 10 min No Figura 12. ¿Al ducharse mantienee el grifo permanentemente abierto? 15 min 20 min 30 Mas min de 30 Figura 13. ¿Cuánto Cuánto tiempo mantiene el grifo permanentemente abierto? 25 20 50 40 30 20 10 0 15 10 5 1 3 2 Mas de 3 Figura 14. ¿Cuántas veces al día utiliza el inodoro? 0 5 6 8 12 15 16 18 20 21 23 Figura 15. ¿A qué hora utiliza el inodoro? 25 60 40 20 0 Figura 16. ¿Utiliza el agua del grifo en alguna de las siguientes actividades? El 61 % de la población lava sus manos tres veces al día, el 29 % dos veces al día y el 6 % más de diez veces al día y el 4 % siete veces al día, el 20 % de la población y el 18% de la población lavan sus manos en horarios de 6H00 y 16H00 respectivamente, y el e 76 % de la población no mantiene el grifo permanentemente abierto mientras que el 24 % de la población ón si mantiene abierto el grifo, el e 50 % de la población que mantiene el grifo permanentemente abierto no sabe sabe por cuánto tiempo lo mantiene abierto, el 25 % mantiene abierto el grifo durante 1 minuto, el 17 % mantiene abierto el grifo durante 5 minutos y el 8% mantiene abierto el grifo durante 2 minutos. El 71 % de la población cepilla sus dientes tres veces al día, el 14 % realiza esta actividad dos veces al día, el 10 % realiza esta actividad más de tres veces al día y el 6% realiza esta actividad una vez al día, día ell 18% de la población realiza esta actividad activ a las 20H00, el 14 % a las 16H00 16H00, el 71 % de la población no mantiene el grifo abierto, mientras que el 29 % de la población si lo hace el 40 % de la población mantiene el grifo abierto durante 5 minutos, el 27 % 3 minutos, el 20 % no sabe cuánto tiempo mantiene el grifo abierto y el 13 % mantiene el gr grifo abierto durante dos minutos. El 45 % de la población se ducha tres veces al día, el 27 % de la población realiza esta actividad dos veces al día, el 18 % realiza esta actividad una vez al día y el 10 % realiza esta actividad ividad más de tres veces al día, el 17 % de la población realiza real esta actividad a las 06H00, el 14 % de la población realiza esta actividad a las 16H00, 16H00 el 67 % de la población no mantiene el grifo permanentemente abierto mientras que un 33 % de la población si lo hace, el 35 % de la población ación mantiene el grifo abierto durante 20 minutos mientras se ducha, el 24 % de la población mantiene abierto el grifo durante 30 minutos, el 18 % de la población mantiene el grifo abierto 15 minutos, el 12 % de la población mantiene el grifo abierto dur durante 10 minutos y el 12 % de la población mantiene le grifo abierto más de 30 minutos mientras se ducha. El 49 % de la población utiliza el inodoro dos veces al día, el 20 % de la población realiza esta actividad durante tres veces al día, el 18 % de la población realiza 26 esta actividad una vez al día y el 14 % de la población más de tres veces al día, el 21 % de la población realiza esta actividad a las 06H00, el 15 % de la población realiza esta actividad a las 16H00, el 58 % de la población utiliza el agua de grifo para lavar prendas, el 25 % utiliza el agua de grifo para lavar vajilla y el 17 % prepara café, En general el 61 % de la población lava sus manos tres veces al día, el 71 % de la población cepilla sus dientes tres veces al día, el 45 % de la población se ducha tres veces al día, el 49 % de la población usa el inodoro dos veces al día y el 58 % de la población utiliza el agua de grifo para lavar prendas de vestir. Más del 65 % de la población no derrocha el agua y prefiere cerrar los grifos mientras la utiliza y más del 25 % de la población realiza estas actividades en horarios de 06H00y 16H00. 4.1.2. Determinación de hora pico. En base a los resultados obtenidos de la tabulación de los datos de las (Figuras 3,7,11,15), se comprobó que más del 25 % de la población en general tiene hábitos de consumo de agua con mayor frecuencia en horarios de 06H00 a 16H00, el resto de la población tiene hábitos de uso del agua en horarios muy dispersos, por lo que se determinó dichas horas como las horas pico, siendo en estas horas donde se realizaron los aforamientos de las aguas residuales obteniendo así el caudal del efluente. 4.1.3. Determinación del caudal Q Según los (Anexos 2, 3, 4, 5), se obtuvieron promedios semanales sobre el caudal del efluente, con un promedio general del caudal Q = 6,911 m3/día como se observa en el (Cuadro 6). Cuadro 6. Semana 1 2 3 4 Tabulación y cálculo del Caudal Q promedio al día Número de Aforamiento Observaciones 12 60 12 60 12 60 12 60 Caudal Promedio Diario Caudal Promedio Día 6,893 6,94 6,921 6,889 6,911 27 4.1.4. Determinación de la temperatura promedio del agua residual y aire Con los datos obtenidos en el (Anexos 6) se determinó que la temperatura promedio del Agua Residual es de 20°C y la temperatura del aire es de 23°C como se muestra en el (Cuadro 7) Cuadro 7. aire al día Tabulación y cálculo de la temperatura promedio del Agua Residual y del Observaciones AR Aire 3 3 3 3 3 3 3 3 Cálculo del Promedio Diario Semana 1 2 3 4 4.1.5. Promedio al Día AR Aire 20,5 23,5 20,2 23,3 20,3 23 20,6 23,7 20 23 Análisis de agua a la entrada de los humedales Al realizar el análisis físico químico del Agua Residual del efluente se determinó que tiene una DBO5 de 182 mg/l (Cuadro 8), con este parámetro inicial se realizó el diseño hidráulico de los humedales. Cuadro 8. Análisis físico químico del Agua Residual a la salida del pozo séptico del humedal muestreo inicial. Determinación DBO5 DQO(1) Aluminio Nitrógeno Total Índice de Coliformes totales Fósforo Total Sólidos totales Unidades Método mg/l APHA 5210 B mg/l PNE/DPEC/A/SM5220 D mg/l APHA 3111D mg/l APHA 4500 Norg C NMP/100ml APHA 9221 B mg/l APHA 4500 PC mg/l APHA 2540 B Resultado 182 608 0,398 6,47 5,4 x 105 5,07 638 28 4.2. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE LOS HUMEDALES ARTIFICIALES DE FLUJO SUBSUPERFICIAL 4.2.1. Parámetros de Diseño Al elaborar el diseño hidráulico de los humedales se consideró como factor limitante el DBO5 del Agua Residual a la entada, el cual es de 182 mg/l según el análisis físico químico inicial (Cuadro 8), el mismo que deberá ser según el diseño hidráulico de 20 mg/l a la salida del tratamiento, donde el efluente tiene un caudal de 6,911 m3/día y la temperatura del Agua Residual tiene un promedio de 20°C y el aire en el lugar de la investigación tiene un promedio de 23°C. Para poder alcanzar este grado de descontaminación en DBO5 el diseño hidráulico exige utilizar medios filtrantes tales como suelo, arena y grava, una profundidad del humedal de 0,6 m, un largo de 2,5 m, un ancho de 1 m y una profundidad de excavación de 1 m en, donde se implementaron las gramíneas como especies descontaminantes tal como se lo muestra en el (Cuadro 9). Cuadro 9. Datos iníciales necesarios para implementación y diseño. Descripción DBO5e DBQ5s Caudal Medio Suelo Porosidad N Conductividad Hidraulica Ks Profundidad y1 Arena Porosidad N Conductividad Hidraulica Ks Profundidad y2 Grava Porosidad N Conductividad Hidraulica Ks Profundidad y3 Vegetación Profundidad del humedal Tº agua Tº Aire Nº de Humedales Pendiente del lecho Largo Ancho Profundidad de excavación Cantidad 182 20 6,911 Unidad mg/lit mg/lit m³/d 36 % 2 100 m³/m²*d 0,15 M 30 % 550 m³/m²*d 0,25 M 38 30 000 0,2 Gramíneas 0,6 20 23 16 3 4,5 1 1 % m³/m²*d m M ºC ºC Unidad % M M M 29 4.2.2. Dimensionamiento Se calcularon los parámetros del (Cuadro 9) donde, la Constante de Temperatura del Humedal es KT= 1,0400, el Área Superficial total del Humedal es As=70,7251 m2, el Tiempo de Retención Hidráulica necesario en el Humedal es TRH= 2,1286 días determinado de esta manera que las unidades experimentales o 16 humedales tendrán un ancho individual de, W= 1,00 m, y el largo de cada humedales es de L= 4,50 m. La profundidad óptima de los humedales subsuperficiales para que su dinamismo bio-hidráulico, cumpla su función como agente reductor de contaminantes es de 0,60 m, según Lara (1999), por tal motivo se consideró este referencial para el dimensionamiento de esta investigación. 4.2.3. Implementación Los humedales se implementaron con los siguientes dimensionamientos calculados, ancho 1 m, largo 4,5 m, y 0,6 m de profundidad según referencia de Lara (1999). 4.3. NIVELES DE CONTAMINACIÓN DEL AGUA RESIDUAL HACIENDA ZOILA LUZ DE LA Desde el (Anexo 10) hasta el (Anexo 25) se presentan los resultados obtenidos en el laboratorio del Departamento de Petróleos Energía y Contaminación de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Central del Ecuador con respecto a: Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), Demanda Química de Oxígeno (DQO), Aluminio, Nitrógeno Total, Índice de Coliformes Totales, Fósforo Total y Sólidos Totales. 4.3.1. Análisis de Varianza para los niveles de DBO5 A continuación se presenta el cuadro del análisis de varianza para la variable DBO5 Cuadro 10. Análisis de Varianza para la variable DBO5 F.V. Especies Error Total SC 17,68 104,25 121,93 Gl 3 12 15 CM 5,89 8,69 F 0,68 p-valor 0,5818 30 El agua residual tratada redujo los niveles de DBO5 en un 78%, y el análisis de varianza no presenta diferencias significativas como se observa en el (Cuadro 10). Las comparaciones ortogonales entre los Tratamientos, T1 (Echinochloa polystachya Hitch), T2 (Eriochloa polystachya Kunth) y T3 (Brachiaria mutica Forks) versus el T4 (mezcla de las tres especies) con un valor de p=0,3604 no presenta diferencia significativa, es decir que los promedios de los tratamientos T1, T2 y T3 no son diferentes al promedio del T4. Así mismo la comparación entre el T1 y T2 versus el T3, con un valor de p=0,4729 no reflejan diferencia significativa por lo tanto los promedios del T1 y T2 no son diferentes del promedio del T3. Finalmente, en la comparación entre el T1 versus el T2 no se encontraron diferencias significativas con un valor de p=0,4603 lo que significa que el promedio del T1 es igual que el promedio del T2. Cuadro 11. Comparación ortogonal del DBO5 entre tratamientos. Tratamientos T1 T2 T3 vs T4 T1 T2 vs T3 T1 vs T2 Total Contraste 4,86 -2,68 -1,59 SC 7,86 4,77 5,06 17,68 Gl 1 1 1 3 CM 7,86 4,77 5,06 5,89 F 0,90 0,55 0,58 0,68 p-valor 0,3604 0,4729 0,4603 0,5818 En base a los resultados obtenidos en la investigación, se conoce que el Agua Residual sin tratamiento de la hacienda Zoila Luz posee un nivel de contaminación en DBO5 de 182 mg/l como se observa en el (Cuadro 8), la misma que luego de ser tratada tiene en promedio de DBO5 de 37 mg/l como se observa en el (Cuadro 12) según el Ministerio de Ambiente (2009) el límite permitido para descargas a un cuerpo de agua dulce es de 50 mg/l, mientras que Espíndola (2011) dice que los niveles para descarga de Aguas Residuales a un cuerpo de Agua Dulce es de 100 mg/l por tal razón el Agua Residual tratada en la investigación se encuentra dentro de los límites permisibles para descargar a un cuerpo de agua dulce. Cuadro 12. Comparación de los niveles de DBO5 entre los tratamientos Tratamiento Echinochloa polystachya Eriochloa polystachya Brachiaria mutica Mezcla de las tres especies Promedio General DBO5 en mg/l 22 50 17 57 37 31 Según la FAO. (2004) y TULAS (2001), las aguas reutilizadas para uso agrícola deben tener como límite en DBO5 15 mg/l, por lo cual el Agua Residual tratada en la investigación no se encuentra apta para ser usada en la agricultura en la variable DBO5. 4.3.2. Análisis de Varianza para DQO El análisis de varianza en la variable DQO se presenta en el (Cuadro 13). Cuadro 13. Análisis de Varianza para DQO entre tratamientos. F.V. Especies Error Total SC 34,61 215,88 250,49 Gl 3 12 15 CM 11,54 17,99 F 0,64 p-valor 0,6030 El AR tratada en la investigación, en general redujo los niveles de DQO en un 82%, pero al realizar en análisis de varianza entre tratamientos la diferencia no fue significativa con un valor de p= 0,6030 (Cuadro 13). Las comparaciones ortogonales entre los tratamientos, T1 (Echinochloa polystachya Hitch), T2 (Eriochloa polystachya Kunth) y T3 (Brachiaria mutica Forks) versus el T4 (mezcla de las tres especies) con un valor de p=0,4242 no presenta diferencia significativa, es decir que los promedios de los tratamientos T1, T2 y T3 no son diferentes al promedio del T4. Así mismo la comparación entre el T1 y T2 versus el T3, con un valor de p=0,4276 no reflejan diferencia significativa por lo tanto los promedios del T1 y T2 no son diferentes del promedio del T3. Finalmente, en la comparación entre el T1 versus el T2 no se encontraron diferencias significativas con un valor de p=0,4666 lo que significa que el promedio del T1 es igual que el promedio del T2, como se observa en el (Cuadro 14) Cuadro 14. Comparación ortogonal del DQO entre tratamientos. Tratamientos T1 T2 T3 vs T4 T1 T2 vs T3 T1 vs T2 Total Contraste 6, -4,27 -2,26 SC 12,31 12,13 10,17 34,61 gl 1 1 1 3 CM 12,31 12,13 10,17 11,54 F 0,68 0,67 0,57 0,64 p-valor 0,4242 0,4276 0,4666 0,6030 Con los resultados obtenidos en la investigación, se conoce que el Agua Residual sin tratamiento de la hacienda Zoila Luz posee un nivel de contaminación en DQO de 608 mg/l como se observa en el (Cuadro 8), la misma que luego de ser tratada tiene en promedio de DQO de 107 mg/l según el Ministerio de Ambiente (2009), Espíndola (2011) 32 el límite permitido para descargas a un cuerpo de agua dulce es de 250 mg/l, el Agua Residual tratada en la investigación se encuentra dentro de los límites permisibles para su respectiva descarga a un cuerpo de agua dulce. Cuadro 15. Comparación de los niveles de DQO entre los tratamientos Tratamientos Echinochloa polystachya Eriochloa polystachya Brachiaria mutica Mezcla de las tres especies Promedio General DQO en mg/l 76 146 60 145 107 Las aguas reutilizadas para uso agrícola deben tener como límite en DQO 150 mg/l FAO (2004), así las Aguas Residuales de la Hacienda Zoila Luz tratadas con Humedales Artificiales con especies vegetales, estarían dentro del rango de Aguas de uso Agrícola Clase III. 4.3.3. Análisis de Varianza para Aluminio En el cuadro 16 se presenta el análisis de varianza para la variable Aluminio. Cuadro 16. Análisis de Varianza para Aluminio entre tratamientos. F.V. Especies Error Total SC 0,17 1,77 1,94 gl 3 12 15 CM 0,06 0,15 F 0,39 p-valor 0,7616 El Agua Residual tratada en la investigación aumentó los niveles de Aluminio en un 65%, el análisis de varianza entre tratamientos no fue significativo con un valor de p= 0,7616. Las comparaciones ortogonales entre T1 (Echinochloa polystachya Hitch), T2 (Eriochloa polystachya Kunth) y T3 (Brachiaria mutica Forks) versus el T4 (mezcla de las tres especies) con un valor de p=0,9267 no presenta diferencia significativa, es decir que los promedios de los tratamientos T1, T2 y T3 no son diferentes al promedio del T4. Así mismo la comparación entre el T1 y T2 versus el T3, con un valor de p=0,3548 no reflejan diferencia significativa por lo tanto los promedios del T1 y T2 no son diferentes del promedio del T3. Finalmente, en la comparación entre el T1 versus el T2 no se 33 encontraron diferencias significativas con un valor de p=0,6342 lo que significa que el promedio del T1 es igual que el promedio del T2. Cuadro 17. Comparación Ortogonal del Aluminio entre tratamientos. Tratamiento T1 T2 T3 vs T4 T1 T2 vs T3 T1 vs T2 Total Contraste 0,06 0,45 -0,13 SC 1,3E-03 0,14 0,04 0,17 gl 1 1 1 3 CM 1,3E-03 0,14 0,04 0,06 F 0,01 0,93 0,24 0,39 p-valor 0,9267 0,3548 0,6342 0,7616 El Agua Residual sin tratamiento de la hacienda Zoila Luz posee un nivel de contaminación en Aluminio de 0,398 mg/l (Cuadro 8), luego de ser tratada tiene en promedio de Aluminio de 1,037 mg/l (Cuadro 18) el límite permitido para descargas a un cuerpo de agua dulce es de 5,0 mg/l, Ministerio de Ambiente (2009), y concuerda con lo que establece Espíndola (2011) y TULAS (2001), por tal razón el Agua Residual tratada en esta investigación se encuentra dentro de los límites permisibles para su respectiva descarga a un cuerpo de agua dulce. Cuadro 18. Comparación de los niveles de Aluminio entre los tratamientos Tratamiento Aluminio en mg/lit Echinochloa polystachya 0,780 Eriochloa polystachya 0,995 Brachiaria mutica 1,402 Mezcla de las tres especies 0,970 Promedio General 1,037 Según la FAO. (2004) y TULAS (2001), las aguas reutilizadas para uso agrícola deben tener como límite en Aluminio 5,0 mg/l, por lo cual el Agua Residual tratada en la investigación tiene los niveles adecuados para ser utilizada como agua de uso agrícola Case III. 4.3.4. Análisis de Varianza para Nitrógeno Total A continuación se presenta el análisis de varianza, para la variable nitrógeno total. 34 Cuadro 19. Análisis de varianza para nitrógeno total entre tratamientos. F.V. Especies Error Total SC 3,06 9,51 12,56 Gl 3 12 15 CM 1,02 0,79 F 1,29 p-valor 0,3236 En general el agua residual aumento los niveles de nitrógeno total en un 34%, pero al realizar en análisis de varianza entre tratamientos la diferencia no fue significativa con un valor de p= 0,3236 (Cuadro 19) Las comparaciones ortogonales entre T1 (Echinochloa polystachya Hitch), T2 (Eriochloa polystachya Kunth) y T3 (Brachiaria mutica Forks) versus el T4 (mezcla de las tres especies) con un valor de p=0,5107 no presenta diferencia significativa, es decir que los promedios de los tratamientos T1, T2 y T3 no son diferentes al promedio del T4. Así mismo la comparación entre el T1 y T2 versus el T3, con un valor de p=0,2287 no reflejan diferencia significativa por lo tanto los promedios del T1 y T2 no son diferentes del promedio del T3. Finalmente, en la comparación entre el T1 versus el T2 no se encontraron diferencias significativas con un valor de p=0,2055 lo que significa que el promedio del T1 es igual que el promedio del T2 (Cuadro 20). Cuadro 20. Comparación Ortogonal del Nitrógeno Total entre tratamientos. Tratamiento T1 T2 T3 vs T4 T1 T2 vs T3 T1 vs T2 Total Contraste -1,05 -1,38 0,84 SC 0,36 1,27 1,42 3,06 gl 1 1 1 3 CM 0,36 1,27 1,42 1,02 F 0,46 1,61 1,79 1,29 p-valor 0,5107 0,2287 0,2055 0,3236 El Agua Residual sin tratamiento de la hacienda Zoila Luz posee un nivel de contaminación en nitrógeno total de 6,47 mg/l (Cuadro 8), la misma que luego de ser tratada tiene en promedio de Nitrógeno Total de 9,872 mg/l (Cuadro 21), según el Ministerio de Ambiente (2009) el límite permitido para descargas a un cuerpo de agua dulce es de 15 mg/l, lo cual es corroborado por Espíndola (2011) y el TULAS (2001), por tal razón el Agua Residual tratada en esta investigación se encuentra dentro de los límites permisibles para su respectiva descarga a un cuerpo de agua dulce. 35 Cuadro 21. Comparación de los niveles de Nitrógeno Total entre los tratamientos Tratamiento Echinochloa polystachya Eriochloa polystachya Brachiaria mutica Mezcla de las tres especies Promedio General Nitrógeno Total en mg/l 13,736 9,166 8,493 8,095 9,872 FAO (2004), manifiesta que las aguas reutilizadas para uso agrícola deben tener como límite en nitrógeno total 10 mg/l, por lo cual el Agua Residual tratada en la investigación es apta para ser usada en la agricultura 4.3.5. Análisis de Varianza para Índice de Coliformes Totales A continuación se presenta el cuadro del análisis de varianza para la variable Índice Coliformes Totales. Cuadro 22. Análisis de Varianza para Coliformes Totales entre tratamientos. F.V. Especies Error Total SC 2311617085,38 563657376,16 2875274461,54 gl 3 12 15 CM 770539028,46 46971448,01 F 16,40 p-valor 0,0002 Los niveles de Índice de Coliformes se incrementaron en un 85%, el análisis de varianza muestra diferencia significativa con un valor de p= 0,0002 (Cuadro 22) Las comparaciones ortogonales entre T1 (Echinochloa polystachya Hitch), T2 (Eriochloa polystachya Kunth) y T3 (Brachiaria mutica Forks) versus el T4 (mezcla de las tres especies) con un valor de p=0,0342 presenta diferencia significativa, es decir que los promedios de los tratamientos T1, T2 y T3 son diferentes al promedio del T4. Así mismo la comparación entre el T1 y T2 versus el T3, con un valor de p=<0,0001 reflejan diferencia significativa por lo tanto los promedios del T1 y T2 son notablemente diferentes del promedio del T3. Finalmente, en la comparación entre el T1 versus el T2 no se encontraron diferencias significativas con un valor de p=0,9504 lo que significa que el promedio del T1 es igual que el promedio del T2, como se observa en los (Cuadro 23) 36 Cuadro 23. Comparación Ortogonal de Coliformes Totales entre tratamientos. Tratamiento T1 T2 T3 vs T4 T1 T2 vs T3 T1 vs T2 Total Contraste SC gl CM -28351,42 267934338,67 1 267934338,67 55364,61 2043493175,75 1 2043493175,75 -307,87 189570,95 1 189570,95 2311617085,38 3 770539028,46 F 5,70 43,51 4,0E-03 16,40 p-valor 0,0342 <0,0001 0,9504 0,0002 En base a los resultados obtenidos en la investigación, se conoce que el Agua Residual sin tratamiento de la hacienda Zoila Luz posee un nivel de contaminación en Índice de Coliformes Totales de 540 000 NMP/100ml como se observa en el (Cuadro 8), la misma que luego de ser tratada tiene en promedio de 180 millones NMP/100ml como se observa en el (Cuadro 24), El Ministerio de Ambiente (2009) en su normativa menciona un nivel de 1000 NMP/100ml como límite para Coliformes Fecales, a diferencia que Espíndola (2011) manifiesta que los Índices de Coliformes para descarga de Agua Residual a un cuerpo de Agua Dulce es de 50 000 NMP/100ml y el TULAS (2001) Afirma que los niveles de Coliformes Totales debe ser 3 000 NMP/100ml por tal razón el Agua Residual tratada en esta investigación, bajo este parámetro no se encuentra dentro de los límites permisibles para su respectiva descarga a un cuerpo de agua dulce. Cuadro 24. Comparación de los niveles de Coliformes Totales entre los tratamientos Tratamiento Echinochloa polystachya Eriochloa polystachya Brachiaria mutica Mezcla de las tres especies Promedio General Índice de Coliformes NMP/100ml 2,6 x104 2,1 x 105 7,7 x 108 7,1 x 103 1,8 x 108 Según FAO. (2004) y TULAS (2001), las aguas reutilizadas para uso agrícola deben tener como límite en Índice de Coliformes Totales un promedio mensual de 7000 NMP/100ml, por lo cual el Agua Residual tratada en la investigación no se encuentra apta para ser usada en la agricultura. 4.3.6. Análisis de Varianza para Fósforo Total A continuación se presenta el cuadro del análisis de varianza, para la variable Fósforo Total. 37 Cuadro 25. Análisis de Varianza para Fosforo Total entre tratamientos. F.V. Especies Error Total SC 0,08 1,04 1,12 gl 3 12 15 CM 0,03 0,09 F 0,31 p-valor 0,8164 El AR tratada en la investigación, en general redujo los niveles de Fósforo Total en un 54%, pero al realizar en análisis de varianza entre tratamientos la diferencia no fue significativa con un valor de p= 0,8164, (Cuadro 25) Las comparaciones ortogonales entre T1 (Echinochloa polystachya Hitch), T2 (Eriochloa polystachya Kunth) y T3 (Brachiaria mutica Forks) versus el T4 (mezcla de las tres especies) con un valor de p=0,7886 no presenta diferencia significativa, es decir que los promedios de los tratamientos T1, T2 y T3 no son diferentes al promedio del T4. Así mismo la comparación entre el T1 y T2 versus el T3, con un valor de p=0,4650 no reflejan diferencia significativa por lo tanto los promedios del T1 y T2 no son diferentes del promedio del T3. Finalmente, en la comparación entre el T1 versus el T2 no se encontraron diferencias significativas con un valor de p=0,5993 lo que significa que el promedio del T1 es igual que el promedio del T2, como se observa en el (Cuadro 26) Cuadro 26. Comparación ortogonal de fósforo total entre tratamientos. Tratamiento T1 T2 T3 vs T4 T1 T2 vs T3 T1 vs T2 Total Contraste -0,14 0,27 0,11 SC 0,01 0,05 0,03 0,08 Gl 1 1 1 3 CM 0,01 0,05 0,03 0,03 F 0,08 0,57 0,29 0,31 p-valor 0,7886 0,4650 0,5993 0,8164 Con los resultados obtenidos en la investigación, se conoce que el Agua Residual sin tratamiento de la hacienda Zoila Luz posee un nivel de contaminación en Fósforo Total de 5,07 mg/l como se observa en el (Cuadro 8), la misma que luego de ser tratada tiene en promedio 2,38 mg/l como se observa en el (Cuadro 27), según el Ministerio de Ambiente (2009), el límite permitido para descargas a un cuerpo de agua dulce es de 15 mg/l, mientras que Espíndola (2011) dice que los niveles para descarga de Agua Residual a un cuerpo de Agua Dulce es de 10 mg/l por tal razón el Agua Residual tratada en esta investigación se encuentra dentro de los límites permisibles para su respectiva descarga a un cuerpo de agua dulce. 38 Cuadro 27. Comparación de los niveles de Fósforo Total entre los tratamientos Tratamiento Fósforo Total en mg/l Echinochloa polystachya Eriochloa polystachya 2,51 2,08 2,69 2,25 2,38 Brachiaria mutica Mezcla de las tres especies Promedio General Según la FAO (2004), las aguas reutilizadas para uso agrícola deben tener como límite en Fósforo total 15 mg/l, por lo cual el Agua Residual tratada en la investigación bajo este parámetro es apto para ser usada en la agricultura. 4.3.7. Análisis de Varianza para Sólidos Totales A continuación se presenta el cuadro del análisis de varianza, para la variable Sólidos Totales. Cuadro 28. Análisis de Varianza para Sólidos Totales entre tratamientos. F.V. TRAT Error Total SC 13,98 13,95 27,94 Gl 3 12 15 CM 4,66 1,16 F 4,01 p-valor 0,0344 El AR tratada en la investigación, en general redujo los niveles de DBO5 en un 49%, el análisis de varianza entre tratamientos presenta diferencia significativa con un valor de p= 0,0344 (Cuadro 28) Las comparaciones ortogonales entre T1 (Echinochloa polystachya Hitch), T2 (Eriochloa polystachya Kunth) y T3 (Brachiaria mutica Forks) versus el T4 (mezcla de las tres especies) con un valor de p=0,2337 no presenta diferencia significativa, es decir que los promedios de los tratamientos T1, T2 y T3 no son diferentes al promedio del T4. Así mismo la comparación entre el T1 y T2 versus el T3, con un valor de p=0,9586 no reflejan diferencia significativa por lo tanto los promedios del T1 y T2 no son diferentes del promedio del T3. Finalmente, en la comparación entre el T1 versus el T2 se encontraron diferencias significativas con un valor de p=0,0072 lo que significa que el promedio del T1 es diferente al promedio del T2, como se observa en el Cuadro 29. 39 Cuadro 29. Comparación octogonal de coliformes totales entre tratamientos. Tratamiento Contraste1 Contraste2 Contraste3 Total Contraste 2,34 0,07 -2,47 SC 1,83 3,3E-03 12,15 13,98 Gl 1 1 1 3 CM 1,83 3,3E-03 12,15 4,66 F 1,57 2,8E-03 10,45 4,01 p-valor 0,2337 0,9586 0,0072 0,0344 En base a los resultados obtenidos en la investigación, se conoce que el Agua Residual sin tratamiento de la hacienda Zoila Luz posee un nivel de contaminación en Sólidos Totales de 638 mg/l como se observa en el (Cuadro 8), la misma que luego de ser tratada tiene en promedio 321 mg/l como se observa en el (Cuadro 30), según el Ministerio de Ambiente (2009) el límite permitido para descargas a un cuerpo de agua dulce es de 1600 mg/l, tal como lo corrobora Espíndola (2011) por tal razón el Agua Residual tratada en esta investigación se encuentra dentro de los límites permisibles para su respectiva descarga a un cuerpo de agua dulce. Cuadro 30. Comparación de los niveles de Sólidos Totales entre los tratamientos Tratamiento Sólidos Totales en mg/l Echinochloa polystachya Eriochloa polystachya Brachiaria mutica Mezcla de las tres especies Promedio General 277 335 322 349 321 Según la FAO (2004) y TULAS (2011), las aguas reutilizadas para uso agrícola deben tener como límite en Sólidos Totales 3 000 mg/l, por lo cual el Agua Residual tratada en la investigación dentro de este parámetro es apta para ser usada en la agricultura. 4.4. COSTOS Para conocer los costos totales de la investigación se realizó la suma entre los gastos de implementación, materiales de implementación, y el costo de los Análisis Físico Químico de las 50 muestras de Agua Residual que se analizaron en el Departamento de 40 Petróleos, Energía y Contaminación de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Central del Ecuador, los cuales se los observa en el (Cuadro 31). Cuadro 31. Costos Totales de la investigación Concepto A. Recursos humanos Preparación del terreno Zanjeo Construcción de estructuras Instalación de los humedales Limpieza de estructuras Siembra de especies Corte de Vegetación B. Recursos físicos Cemento Arena Amarilla Arena Azul Piedra bola Ripio Bloques Membrana impermeabilizadora Tubos de 2” Tubos de 4” Codos de 2” Tractor tipo Gallineta Letreros estolones de vegetación Análisis de aguas Costo unitario USD Costo total USD Unidad Cantidad Jornales jornales Jornales Jornales Jornales Jornales Jornales Subtotal 3 10 10 15 20 8 14 10 10 10 10 10 10 10 30 100 100 150 200 80 140 800 Unidad m3 m3 m3 m3 Unidad 15 12 9 5 10 500 7 10 15 12 15 0,25 105 120 135 60 150 125 m2 460 1,91 220 M M Unidades Horas Unidades Kg Unidad Subtotal 120 15 38 10 17 150 50 3,5 4 1,5 25 4,11 0,2 74 140 16 57 250 70 30 3700 5178 C. Servicios Básicos Materiales de oficina Transporte Alimentación Subtotal Total 150 100 150 400 6378 41 En el detalle de los costos (Cuadro 31), el costo de la investigación bordea los 5500,00 USD Americanos, para un humedal de 70 m2 con capacidad de depuración de 6 m3 de Agua Residual al día, lo que nos deja un costo por metro cuadrado de 78,00 USD Americanos, el mismo que refleja su mayor rubro en los análisis físico-químico del agua tratada. Depreciando ciertos rubros tales como análisis físico-químico gastos de construcción de humedales individuales, letreros, papelería, alimentación entre los más importantes, tendríamos un valor real del humedal que bordea los 1600,00 USD Americanos, lo que nos daría un costo 22,00 USD Americanos por metro cuadrado de humedal. Al ser una tecnología amigable con la naturaleza, y al obtener excelentes resultados en la reducción de contaminantes de las Agua Residual domesticas, es una alternativa muy económica accesible para ser implementada en fincas, urbanizaciones, colegios, comunas entre otras. Los métodos convencionales para depuración de agua tienen un costo que superan los 200.000,00 USD Americanos, esto se desglosa en un reactor con capacidad de flujo de 12m3/s, con un valor de 45.000,00 USD Americanos, mas el valor del sistema de alcantarillado, el mismo que está calculado para 200 viviendas, exceptuando los tratamientos químicos que se realizan en el reactor. 42 V. 5.1. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES Las concentraciones de los contaminantes del Agua Residual del la Hacienda Zoila Luz antes de ser tratadas superaban los límites permitidos por los organismos de control para la descarga de agua residual a un cuerpo de agua dulce, las mismas que al ser vertidas de manera directa contaminaron de forma indiscriminada el recurso agua, suelo y afectó la flora y fauna del sitio. El Agua Residual de la Hacienda. Zoila Luz luego de ser tratada en los humedales artificiales tiene niveles inferiores de contaminantes a los límites permisibles de descarga a un cuerpo de agua dulce y puede ser considerada agua para uso agrícola clase III según los parámetros DQO, aluminio, nitrógeno total, fósforo total, sólidos totales, exceptuando los niveles de DBO5 y coliformes totales que superan estos límites. El diseño construido para reducir los niveles de contaminación del agua residual de la Hacienda Zoila Luz logra depurar más de 6 m3 de agua residual al día de manera eficiente, y podría soportar una población aproximada de 100 habitantes, contribuyendo a reducir el impacto ecológico que genera la descarga de agua residual sin tratamiento a un cuerpo de agua dulce. El costo total de la investigación fue 5 578 USD Americanos, para un humedal de 70 m con capacidad de depuración de 6,911 m3 de agua residual al día, lo que deja un costo por metro cuadrado de 78,00 USD Americanos. 2 Este tipo de tecnología para depuración de Agua Residual tiene un costo real de 22,00 USD Americanos por m2, lo que coloca a esta tecnología como una de las más eficientes y a menor costo en el mercado, lo cual facilita su implementación en fincas, colegios, urbanizaciones, comunas, entre otros. 43 5.2. RECOMENDACIONES Culminada la investigación, se pueden plantear las siguientes recomendaciones: Continuar los trabajos de mantenimiento en los Humedales Artificiales implementados en la Hacienda Zoila Luz para evitar la contaminación de los cuerpos receptores, estas aguas son bebidas por el hato, pudiendo causar daños colaterales a los habitantes de la Hacienda, y a la colectividad en general. Realizar con un periodo de tres meses un análisis físico químico general para registrar los niveles de concentración de los contaminantes en los humedales, para mantener un registro de los niveles de contaminantes del agua residual de salida. Para una nueva investigación se recomienda buscar mecanismos alternativos para la distribución del agua en el cajetín de distribución, ya que es propenso a taponamientos en épocas de lluvias, como también realizar un número más alto de análisis del efluente de entrada, para obtener un promedio de concentración de contaminantes más ajustado, que permita discernir mejor los resultados obtenidos. Se recomienda que investiguen la inocuidad de los pastos resultantes del proceso según análisis y aptitud para alimentación de animales que consuman pastos. Es necesario realizar aforamientos del caudal de ingreso en épocas de verano y en épocas de invierno, ya que el caudal se ve afectado por las aguas lluvias. Se recomienda realizar talleres a la comunidad Agropecuaria, para que conozcan y desarrollen, sistemas de tratamientos de aguas en sus predios, ya que en las áreas rurales de Santo Domingo no existen sistemas de alcantarillados, y las aguas residuales son evacuadas a pozos sépticos o directamente a cuerpos de agua dulce. 44 VI. RESUMEN Ecuador tiene 14 millones de habitantes los cuales consumen en promedio 1800 m3/año de agua generando grandes cantidades de aguas residuales (AR), las cuales son desechadas a cuerpos de agua sin tratamiento alguno, en Ecuador a partir del 2008, según (CONSTITUCIÓN POLÍTICA DEL ECUADOR 2008), adopta nuevas medidas para prevenir la contaminación de los recursos hídricos, flora y fauna. En Santo Domingo el 48,1% de viviendas son atendidas por un sistema de alcantarillado público, el 13,6% tiene pozos ciegos, el 24% utiliza pozos sépticos y el 14,3% elimina las Aguas Residuales de otras formas INEC (2004), pero ninguna de estas cumplen las normativas de descarga, para lo cual se investigaron humedales artificiales y disminuir los niveles de contaminación del agua residual de la hacienda Zoila Luz. La investigación tiene como objetivo principal tratar el Agua Residual de los efluentes de la Hacienda Zoila Luz, para lo cual se realizó un diagnóstico a la población que habita en el sitio, se obtuvieron los parámetros para el diseño y construir un Sistema Artificial de Flujo Subsuperficial, se probaron especies vegetales Echinochloa polystachya Hitch, Eriochloa polystachya Kunth, Brachiaria mutica Forks en DCA, para lo cual se construyeron 16 humedales de 4x1x0,6 donde se ubicaron materiales filtrantes (piedra, arena, ripio y tierra) y las especies vegetales, para disminuir los niveles de concentración de DBO5, DQO, Aluminio, Nitrógeno Total, Fósforo Total, Índice de Coliformes y Sólidos Totales. Posteriormente se analizaron los niveles de concentración del efluente de la hacienda Zoila Luz y se determinó que los mismos exceden los límites permisibles para la descarga de AR a cuerpos de agua dulce, lo cual estaba ocasionando daños irreversibles al medio ambiente y poniendo el peligro la flora y fauna del sitio. Luego que el efluente fue tratado en los Humedales Artificiales los niveles de concentración disminuyeron en un 75% (DBO5 37 mg/l, DQO 107 mg/l, Aluminio 1,037 mg/l, Nitrógeno Total 9,872 mg/l, Índice de Coliformes 1,8 x108, Fósforo Total 2,38 mg/l, Sólidos Totales 321 mg/l), aunque al realizar en análisis de varianza no hubo diferencia significativa entre los tratamiento, así el agua tratada en los humedales están dentro de los límites permisibles para la descarga de AR a cuerpos de aguas dulces según lo establece el Ministerio de Medio Ambiente, TULAS y la FAO. 45 VIII. SUMMARY Ecuador has 14 million inhabitants which consume on average 1800 m3/year of water, generating large amounts of wastewater (AR), which are disposed into water bodies without treatment, in Ecuador from 2008, according (CONSTITUTION DEL ECUADOR 2008), adopts new measures to prevent pollution of water resources, flora and fauna. In Santo Domingo 48.1% of homes are served by a public sewer system, 13.6% have pit latrines, 24% used septic tanks and 14.3% Wastewater eliminates other forms INEC (2004 ), but none of these meet discharge standards, which were investigated for wetlands and reduce pollution levels of the farm wastewater Zoila Luz. The main research aims to treat Wastewater effluent from the Hacienda Zoila Luz, for which a diagnosis was made to the people living on the site, we obtained the parameters to design and build a Subsurface Flow Constructed System were tested plant species Echinochloa polystachya Hitch, Eriochloa polystachya Kunth, Brachiaria mutica Forks in DCA, for which were constructed wetlands 16 4x1x0, 6 where they were located filter materials (stone, sand, gravel and dirt) and plant species to lower concentration levels BOD5, COD, Aluminum, Total Nitrogen, Phosphorus Total Coliform Index and Total Solids. Later levels were analyzed effluent concentration Zoila Luz finances and determined that they exceed the allowable limits for discharge of AR to freshwater bodies, which was causing irreversible environmental damage and putting in danger the flora and fauna of the site. Then the effluent was treated in Artificial wetlands concentration levels decreased by 75% (BOD5 37 mg / l COD 107 mg / l, 1,037 Aluminum mg / l 9,872 Total nitrogen mg / l, Coliform Index 1 8 x108, Total Phosphorus 2.38 mg / l, Total Solids 321 mg / l), although the analysis of variance performed on no significant difference between the treatment and the treated water in the wetlands are within the permissible limits for the RA discharge freshwater bodies as established by the Ministry of Environment, TULAS and FAO. 46 IX. BIBLIOGRAFIA Decreto Presidencial Nº 374. 2008, Quito, EC, LTDA. © ISBN, 218 p. Espíndola, E. 2011.Eevaluación de Efluentes Industriales Descargados por la industria embotelladora de bebidas gaseosas The Tesalia Springs Company, Universidad Técnica de Ambato, Ambato, Ecuador. p 167, 168, 169. FAO 2004, Normas de calidad de Aguas Clase III para riego y uso agrícola, Caracas, VE, p 28, 29, 30, Ferrer, J; Seco, A. 2007. Tratamiento Biológico de aguas residuales. Valencia, España. p. 9,54, 94 – 99 Guzmán, J. 1996. Pastos y Forrajes Producción y Aprovechamiento. 3ra Edición. Caracas, Venezuela. p. 262-267 Lara, J. 1999. Depuración de Aguas Residuales Municipales con Humedales Artificiales. Instituto Catalán de Tecnología. Barcelona, España. p 6-8, 45-58, 95-102. León, R. 1995. Pastos y Forrajes Producción y Manejo. Ediciones científicas Agustín Alvares, Bogotá Colombia Vol. 1. p. 157, 159, 160 Lucas, A. 2005. Evaluación de Diferentes Especies de Plantas Acuáticas en Depuración de Aguas residuales con Humedales Subsuperficiales. Departamento De Ingeniería Química. Universidad De Castilla La Macha. Ciudad Real. España. Ministerio de Ambiente. 2007. Normas de Calidad Ambiental y Descarga de Efluentes. Gestión Ambiental, Quito, EC.35 p. Ministerio de Ambiente. 2009. Normas de Calidad Ambiental y Descarga de Efluentes: Recurso Agua, Quito, EC. p 26 Ministerio de Salud pública. 2009. Informe anual de brotes epidemiológicos a nivel nacional, Quito, EC. Sánchez, N. 2005. Depuración de las aguas Residuales por Tecnologías Ecológicas y Bajo Costo. Madrid, España. p. 307 – 330 47 Sánchez. R; 2009. Diagnóstico y Recomendación de Políticas técnicas Ambientales para el Consejo Provincial de Santo Domingo de los Tsáchilas. Facultad de Ingeniería Civil Y Ambiental. Escuela Politécnica Nacional. Quito, Ecuador P. 43, 45,89. TULAS (Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria), Libro VI, Norma de Calidad Ambiental y Descarga de Efluentes: Recurso Agua. Fuertes, H. 2008. Estudio del Impacto Ambiental. Proyecto Relleno Sanitario. Gobierno Municipal de Santo Domingo. Disponible en: www.ambiente.gob.ec/.../SANTO%20OMINGO/1_%20FICHA%20TÉCNICArellen o.pdf INEC (Instituto Nacional de Estadísticas y Censos). 2004. Proyecto de población, cantones, aéreas, sexo y grupos de edad. Período 2001 – 2010. Disponible en: www.inec.gov.ec MIDUVI (Ministerio de Desarrollo Urbano y Vivienda del Ecuador). 2002. Inventario de la Situación Actual de las Aguas Residuales Domésticas en Ecuador. Disponible en: www.miduvi.gov.ec 48 X. ANEXOS Anexo 1. Modelo de la encuesta Encuesta para determinar el consumo diario y utilidad del agua de grifo de la hacienda Zoila Luz. 1. ¿Cuántas veces al día se lava las manos? 1 O 2 O Otros ______ A qué hora________ 2. ¿Al lavarse las manos mantiene la llave del grifo permanentemente abierta? Si ¿Cuánto tiempo?____ No 3. ¿Cuántas veces al día cepilla sus dientes? 1 O 3 O Otros ______ ¿A qué hora? _______ 4. ¿Al cepillar sus dientes mantiene la llave del grifo permanentemente abierta? Si ¿Cuánto tiempo?_____ No 5. ¿Cuántas veces al día se ducha? 1 O 2 Otros ______ ¿A qué hora? ________ 6. ¿Al ducharse mantiene la llave de la ducha permanentemente abierta? Si ¿Cuánto tiempo?_____ No 7. ¿Cuántas veces al día utiliza el inodoro? 1 3 Otros ______ ¿A qué hora? ________ 8. ¿Utiliza el agua de grifo en alguna de las siguientes actividades? 1. Lavar prendas____ 3. Regar Plantas____ 2. Preparar Café____ 4. Lavar Vajilla_____ 49 Anexo 2. Tabla de toma de tiempo de llenado semana 1 Semana: Día Horas Pico 6:00 Lunes 16:00 6:00 Martes 16:00 6:00 Miércoles 16:00 6:00 Jueves 16:00 6:00 Viernes 16:00 6:00 Sábado 16:00 Tiempos (min.seg.cen) 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1 1 27 32 30 29 22 15 57 20 26 58 19 23 26 21 21 58 2 19 31 22 21 19 18 22 18 57 53 59 2 55 33 29 27 31 28 7 10 12 9 58 18 22 28 23 29 34 36 28 31 29 51 45 57 12 56 34 41 38 39 35 88 69 43 21 72 10 33 22 15 97 96 77 65 67 53 22 13 67 23 89 95 76 82 43 26 34 45 13 77 66 82 23 45 67 91 65 54 87 45 12 34 10 21 56 94 15 63 89 19 92 88 23 91 72 16 71 17 96 54 23 Transformación Tiempos (min) 0,46 0,54 0,51 0,49 0,38 1,25 0,96 1,34 1,44 0,98 0,33 0,40 0,44 0,36 0,36 0,97 1,04 1,33 1,52 1,38 0,37 0,33 0,31 0,37 0,30 0,96 0,89 0,99 1,05 0,93 0,56 0,49 0,46 0,53 0,48 1,13 1,18 1,21 1,16 0,97 0,31 0,37 0,47 0,39 0,50 1,57 1,61 1,48 1,52 1,50 0,86 0,75 0,97 1,21 0,94 1,58 1,69 1,65 1,66 1,59 1 Promedio (min) Promedio Diario (min) Promedio Semanal (min) 0,48 0,835 1,19 0,38 0,813 1,25 0,34 0,649 0,96 0,896 0,50 0,816 1,13 0,41 0,972 1,54 0,95 1,289 1,63 50 Anexo 3. Tabla de toma de tiempo de llenado semana 2 Semana: Horas Día Pico 6:00 Lunes 16:00 6:00 Martes 16:00 6:00 Miércoles 16:00 6:00 Jueves 16:00 6:00 Viernes 16:00 Sábadoe 6:00 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 Tiempos (min.seg.cen) 17 18 15 19 21 57 56 22 26 31 33 31 36 38 32 12 2 5 17 9 23 22 21 26 24 59 56 12 15 18 45 43 47 36 30 58 19 17 58 12 33 26 28 25 28 23 22 21 19 20 33 65 34 87 12 56 34 75 45 92 46 88 23 65 34 86 67 91 65 54 87 45 12 34 10 21 56 65 67 53 22 13 67 23 89 95 76 82 43 26 34 45 34 10 21 56 94 15 45 92 46 88 Transformación Tiempos (min) 0,29 0,31 0,26 0,32 0,36 0,96 0,95 1,37 1,45 1,52 0,56 0,52 0,61 0,64 0,55 1,21 1,05 1,09 1,29 1,16 0,39 0,37 0,36 0,44 0,40 0,99 0,94 1,21 1,26 1,30 0,75 0,73 0,79 0,61 0,52 0,98 1,33 1,29 0,97 1,21 0,56 0,44 0,47 0,42 0,48 1,40 1,37 1,36 1,33 1,34 0,56 2 Promedio (min) Promedio Diario (min) Promedio Semanal (min) 0,31 0,779 1,25 0,58 0,869 1,16 0,39 0,766 1,14 0,68 0,917 1,16 0,47 0,916 1,36 0,54 1,022 0,878 51 16:00 0 0 0 0 1 1 1 1 1 35 32 30 29 33 30 28 27 32 23 65 26 34 45 34 22 13 67 0,59 0,54 0,50 0,49 1,56 1,51 1,47 1,45 1,54 1,51 Anexo 4. Tabla de toma de tiempo de llenado semana 3 Semana: Horas Día Pico 06:00 Lunes 16:00 6:00 Martes 16:00 6:00 Miércoles 16:00 6:00 Jueves 16:00 6:00 Viernes 16:00 Sábado 6:00 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Tiempo (min.seg.cen) 17 17 18 16 15 9 10 9 13 3 23 25 24 22 20 2 10 9 14 12 9 14 12 10 9 13 3 9 58 55 29 33 30 88 23 10 92 46 21 19 20 29 33 30 88 23 10 30 28 27 32 54 87 45 12 34 10 13 67 88 23 56 94 15 63 89 22 13 67 23 56 67 23 56 13 67 88 23 10 92 46 34 45 34 22 13 67 94 15 45 92 46 34 45 34 22 13 67 34 22 13 67 Transformación Tiempos (min) 0,29 0,30 0,31 0,27 0,26 1,15 1,17 1,16 1,23 1,05 0,39 0,43 0,40 0,38 0,35 1,04 1,17 1,16 1,24 1,21 1,16 1,24 1,21 1,17 1,16 1,23 1,05 1,15 0,98 0,92 0,49 1,56 1,51 2,47 1,39 1,18 2,55 1,77 1,36 1,33 1,34 0,49 1,56 1,51 2,47 1,39 1,18 1,51 1,47 1,45 1,54 3 Promedio (min) Promedio Diario (min) Promedio Semanal (min) 0,28 0,719 1,15 0,39 0,777 1,16 1,19 1,128 1,07 1,48 1,559 1,64 1,47 1,436 1,40 1,42 1,439 0,748 52 16:00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 22 21 19 30 28 27 32 22 26 15 45 20 29 33 30 88 23 92 1,37 1,36 1,32 1,50 1,47 1,46 1,55 1,37 1,45 1,46 Anexo 5. Tabla de toma de tiempo de llenado semana 4 4 Semana: Día Horas Pico 6:00 Lunes 16:00 6:00 Martes 16:00 6:00 Miércoles 16:00 6:00 Jueves 16:00 6:00 Viernes 16:00 6:00 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 Tiempos (min.seg.cen) 17 22 26 58 17 17 18 55 13 3 23 25 24 22 20 2 10 9 14 30 28 27 32 22 26 58 17 17 18 16 15 9 58 55 13 58 55 13 3 17 17 18 16 15 9 58 55 13 3 30 28 54 23 21 23 54 87 45 46 88 23 56 94 15 63 89 22 13 67 23 29 33 30 88 23 92 23 54 87 45 12 34 10 92 46 88 92 46 88 23 54 87 45 12 34 10 92 46 88 23 29 33 Transformación Tiempos (min) 0,29 1,37 0,44 1,97 0,29 0,30 0,31 0,92 1,23 1,05 0,39 0,43 0,40 0,38 0,35 1,04 1,17 1,16 1,24 1,50 1,47 1,46 1,55 1,37 1,45 1,97 0,29 0,30 0,31 0,27 0,26 1,15 0,98 0,92 1,23 0,98 0,92 1,23 1,05 0,29 0,30 0,31 0,27 0,26 1,15 0,98 0,92 1,23 1,05 1,50 1,47 Promedio (min) Promedio Diario (min) Promedio Total (min) 0,87 0,818 0,76 0,39 0,806 1,22 1,46 1,043 0,63 0,91 0,903 0,90 0,46 0,798 1,14 1,46 1,250 0,812 53 16:00 1 1 1 1 1 1 1 1 0 27 32 22 26 10 9 14 12 25 30 88 23 92 13 67 23 56 94 1,46 1,55 1,37 1,45 1,17 1,16 1,24 1,21 0,43 1,04 Anexo 6. Toma de temperatura Semana 1 2 3 4 Lunes Miércoles Viernes Lunes Miércoles Viernes Lunes Miércoles Viernes Lunes Miércoles Viernes Temperatura en ºC Aire Agua 19,5 22,5 23,5 20,5 24,5 21,5 24,5 21,5 22,5 19,5 23,5 20,5 22,5 19,5 23,5 20,5 24,5 21,5 19,5 22,5 23,5 19,5 23,5 21,5 54 Anexo 7. Análisis Físico Químico del Agua Residual sin tratamiento 55 Anexo 8. Análisis Físico Químico del Agua Residual Tratada 56 Anexo 9. Análisis Físico Químico del Agua Residual Tratada con Echinochloa polystachya Repetición 1 FECHA MUESTREO VARIABLES UNIDADES MÉTODO 01/08/2011 01/10/2011 01/12/2011 DBO5 mg/l APHA 5210 B 36 27 16 DQO mg/l PNE/DPEC/A/SM5220 D 120 84 52 Aluminio mg/l APHA 3111D 0,304 0,189 0,095 Nitrógeno Total mg/l APHA 4500 Norg C 25,40 25,2 23,01 NMP/100ml APHA 9221 B 1,1 x 104 4,01 x 104 4,8 x 104 mg/l mg/l APHA 4500 PC APHA 2540 B 2,10 267 2,27 271 2,43 274 Índice de Coliformes Totales Fósforo Total Sólidos totales Anexo 10. Análisis Físico Químico del Agua Residual Tratada con Echinochloa polystachya Repetición 2 FECHA DE MUSTREO VARIABLES UNIDADES MÉTODO 01/08/2011 01/10/2011 01/12/2011 DBO5 mg/l APHA 5210 B 36 25 16 DQO mg/l PNE/DPEC/A/SM5220 D 120 85 52 Aluminio mg/l APHA 3111D 0,642 0,538 0,430 Nitrógeno Total mg/l APHA 4500 Norg C 9,40 9,17 9,16 NMP/100ml APHA 9221 B 1,7 x 104 3,9 x 104 5,4 x 104 mg/l mg/l APHA 4500 PC APHA 2540 B 2,07 269 2,34 275 2,40 276 Índice de Coliformes Totales Fósforo Total Sólidos totales 57 Anexo 11. Análisis Físico Químico del Agua Residual Tratada con Echinochloa polystachya Repetición 3 FECHA MUESTREO VARIABLES UNIDADES MÉTODO 01/08/2011 01/10/2011 01/12/2011 DBO5 mg/l APHA 5210 B <1 10 20 DQO mg/l PNE/DPEC/A/SM5220 D < 25 34 68 Aluminio mg/l APHA 3111D 2,068 1,931 1,778 Nitrógeno Total mg/l APHA 4500 Norg C 10,93 10,81 9,68 NMP/100ml APHA 9221 B 540 1,8 x 103 3,0 x 103 mg/l mg/l APHA 4500 PC APHA 2540 B 0,87 281 1,35 275 1,23 288 Índice de Coliformes Totales Fósforo Total Sólidos totales Anexo 12 Análisis Físico Químico del Agua Residual Tratada con Echinochloa polystachya Repetición 4 FECHA MUESTREO VARIABLES UNIDADES MÉTODO 01/08/2011 01/10/2011 01/12/2011 DBO5 mg/l APHA 5210 B 37 25 17 DQO mg/l PNE/DPEC/A/SM5220 D 124 91 56 Aluminio mg/l APHA 3111D 0,566 0,456 ,357 Nitrógeno Total mg/l APHA 4500 Norg C 16,16 16, 04 15,917 NMP/100ml APHA 9221 B 1,7 x 104 3,6 x 104 5,4 x 104 mg/l mg/l APHA 4500 PC APHA 2540 B 3,47 279 5,84 282 3,8 286 Índice de Coliformes Totales Fósforo Total Sólidos totales 58 Anexo 13.Análisis Físico Químico del Agua Residual Tratada con Eriochloa polystachya Repetición 1 FECHA MUESTREO VRIABLES UNIDADES MÉTODO 01/08/2011 01/10/2011 01/12/2011 DBO5 mg/l APHA 5210 B 40 32 22 DQO mg/l PNE/DPEC/A/SM5220 D 132 103 72 Aluminio mg/l APHA 3111D 0,335 0,405 0,475 Nitrógeno Total mg/l APHA 4500 Norg C 11,49 13,68 15,874 NMP/100ml APHA 9221 B 1,3 x 104 1,6 x 104 5,4 x 105 mg/l mg/l APHA 4500 PC APHA 2540 B 2,27 331 2,29 404 2,3 475 Índice de Coliformes Totales Fósforo Total Sólidos totales Anexo 14 Análisis Físico Químico del Agua Residual Tratada con Eriochloa polystachya Repetición 2 FECHA MUESTREO VARIABLES UNIDADES MÉTODO DBO5 mg/l APHA 5210 B 01/08/2011 01/10/2011 01/12/2011 36 25 18 DQO mg/l PNE/DPEC/A/SM5220 D 120 90 60 Aluminio mg/l APHA 3111D 0,674 0,574 0,814 Nitrógeno Total mg/l APHA 4500 Norg C 2,35 4,56 6,73 NMP/100ml APHA 9221 B 1600 1,6 x 105 5,2 x 105 mg/l mg/l APHA 4500 PC APHA 2540 B 2,53 299 2,55 373 2,56 441 Índice de Coliformes Totales Fósforo Total Sólidos totales 59 Anexo 15 Análisis Físico Químico del Agua Residual Tratada con Eriochloa polystachya Repetición 3 FECHA MUESTREO VARIABLES UNIDADES MÉTODO 01/08/2011 01/10/2011 01/12/2011 DBO5 mg/l APHA 5210 B 8 2 10 DQO mg/l PNE/DPEC/A/SM5220 D 28 15 22 Aluminio mg/l APHA 3111D 2,077 2,47 2,217 Nitrógeno Total mg/l APHA 4500 Norg C 9,68 12,88 11,64 NMP/100ml APHA 9221 B 3,1 x 104 2,9 x 105 5,5 x 104 mg/l mg/l APHA 4500 PC APHA 2540 B 1,20 303 1,22 374 1,26 447 Índice de Coliformes Totales Fósforo Total Sólidos totales Anexo 16 Análisis Físico Químico del Agua Residual Tratada con Eriochloa polystachya Repetición 4 FECHA MUESTREO VARIABLES UNIDADES MÉTODO 01/08/2011 01/10/2011 01/12/2011 DBO5 mg/l APHA 5210 B 187 127 89 DQO mg/l PNE/DPEC/A/SM5220 D 622 391 97 Aluminio mg/l APHA 3111D 0,628 0,502 0,768 Nitrógeno Total mg/l APHA 4500 Norg C 5,73 5,27 10,11 NMP/100ml APHA 9221 B 3,3 x 103 4,6 x 105 5,1 x 105 mg/l mg/l APHA 4500 PC APHA 2540 B 2,23 245 2,32 317 2,26 379 Índice de Coliformes Totales Fósforo Total Sólidos totales 60 Anexo 17 Análisis Físico Químico del Agua Residual Tratada con Brachiaria mutica Repetición 1 FECHA MUESTREO VARIABLES UNIDADES MÉTODO 01/08/2011 01/10/2011 01/12/2011 DBO5 mg/l APHA 5210 B <1 11 15 DQO mg/l PNE/DPEC/A/SM5220 D <25 42 41 Aluminio mg/l APHA 3111D 3,343 3,320 3.374 Nitrógeno Total mg/l APHA 4500 Norg C 13,27 10,11 7,23 NMP/100ml APHA 9221 B 7,9 x 104 9,7 x 108 1,8 x 109 mg/l mg/l APHA 4500 PC APHA 2540 B 2,43 221 3,15 304 2,76 321 Índice de Coliformes Totales Fósforo Total Sólidos totales Anexo 18 Análisis Físico Químico del Agua Residual Tratada con Brachiaria mutica Repetición 2 FECHA MUESTREO VARIABLES UNIDADES MÉTODO DBO5 mg/l APHA 5210 B 01/08/2011 01/10/2011 01/12/2011 <1 13 24 DQO mg/l PNE/DPEC/A/SM5220 D <25 40 67 Aluminio mg/l APHA 3111D 1,000 0,979 1,031 Nitrógeno Total mg/l APHA 4500 Norg C 3,37 0,38 0,133 NMP/100ml APHA 9221 B 3,3 x 103 2,1 x 105 2,0 x 108 mg/l mg/l APHA 4500 PC APHA 2540 B 1,40 205 1,57 239 1,73 371 Índice de Coliformes Totales Fósforo Total Sólidos totales 61 Anexo 19. Análisis Físico Químico del Agua Residual Tratada con Brachiaria mutica Repetición 3 FECHA MUESTREO VARIABLES UNIDADES MÉTODO 01/08/2011 01/10/2011 01/12/2011 DBO5 mg/l APHA 5210 B 38 24 14 DQO mg/l PNE/DPEC/A/SM5220 D 126 83 45 Aluminio mg/l APHA 3111D 0,673 0,657 0,642 Nitrógeno Total mg/l APHA 4500 Norg C 18,21 21,21 12,179 NMP/100ml APHA 9221 B 1,3 x 104 2,23 x 109 2,4 x 109 mg/l mg/l APHA 4500 PC APHA 2540 B 2,97 279 3,23 363 3,3 445 Índice de Coliformes Totales Fósforo Total Sólidos totales Anexo 20. Análisis Físico Químico del Agua Residual Tratada con Brachiaria mutica Repetición 4 FECHA MUESTREO VARIABLES UNIDADES MÉTODO 01/08/2011 01/10/2011 01/12/2011 DBO5 mg/l APHA 5210 B 35 23 11 DQO mg/l PNE/DPEC/A/SM5220 D 116 75 35 Aluminio mg/l APHA 3111D 0,595 0,578 0,626 Nitrógeno Total mg/l APHA 4500 Norg C 8,29 5,27 2,259 NMP/100ml APHA 9221 B 1,7 x 104 1,19 x 109 2,3 x 109 mg/l mg/l APHA 4500 PC APHA 2540 B 2,33 296 4,69 381 2,66 442 Índice de Coliformes Totales Fósforo Total Sólidos totales 62 Anexo 21. Análisis Físico Químico del Agua Residual Tratada con la mezcla de las tres especies repetición 1 FECHA MUESTREO VARIABLES UNIDADES MÉTODO 01/08/2011 01/10/2011 01/12/2011 DBO5 mg/l APHA 5210 B 35 27 19 DQO mg/l PNE/DPEC/A/SM5220 D 118 91 65 Aluminio mg/l APHA 3111D 0,577 0,769 0,918 Nitrógeno Total mg/l APHA 4500 Norg C 9,69 11,98 13,27 NMP/100ml APHA 9221 B 1600 5,8 x 103 6,6 x 103 mg/l mg/l APHA 4500 PC APHA 2540 B 2,70 292 2,49 364 2,27 419 Índice de Coliformes Totales Fósforo Total Sólidos totales Anexo 22. Análisis Físico Químico del Agua Residual Tratada con la mezcla de las tres especies repetición 2 FECHA MUESTREO VARIABLES UNIDADES MÉTODO 01/08/2011 01/10/2011 01/12/2011 DBO5 mg/l APHA 5210 B 187 177 110 DQO mg/l PNE/DPEC/A/SM5220 D 622 296 97 Aluminio mg/l APHA 3111D 1,026 1,189 1,367 Nitrógeno Total mg/l APHA 4500 Norg C 3,62 7,91 8,20 NMP/100ml APHA 9221 B 4,0 x 103 5,5 x 103 9,0 x 103 mg/l mg/l APHA 4500 PC APHA 2540 B 2,47 279 2,25 354 2,04 426 Índice de Coliformes Totales Fósforo Total Sólidos totales 63 Anexo 23. Análisis Físico Químico del Agua Residual Tratada con la mezcla de las tres especies repetición 3 FECHA MUESTREO VARIABLES UNIDADES MÉTODO 01/08/2011 01/10/2011 01/12/2011 DBO5 mg/l APHA 5210 B <1 9 9 DQO mg/l PNE/DPEC/A/SM5220 D Aluminio mg/l APHA 3111D <25 1,125 32 1,295 23 1,591 Nitrógeno Total mg/l APHA 4500 Norg C 2,65 5,94 6,32 NMP/100ml APHA 9221 B 1600 5,1 x 103 6,2 x 103 mg/l mg/l APHA 4500 PC APHA 2540 B 1,57 249 1,26 323 1,14 297 Índice de Coliformes Totales Fósforo Total Sólidos totales Anexo 24. Análisis Físico Químico del Agua Residual Tratada con la mezcla de las tres especies repetición 4 FECHA MUESTREO VARIABLES UNIDADES MÉTODO 01/08/2011 01/10/2011 01/12/2011 DBO5 mg/l APHA 5210 B 46 39 30 DQO mg/l PNE/DPEC/A/SM5220 D 152 123 99 Aluminio mg/l APHA 3111D 0,415 0,616 0,756 Nitrógeno Total mg/l APHA 4500 Norg C 7,14 8,69 11,725 NMP/100ml APHA 9221 B 1,1 x 104 1,3 x 104 1,6 x 104 mg/l mg/l APHA 4500 PC APHA 2540 B 3,13 323 3,01 396 2,7 470 Índice de Coliformes Totales Fósforo Total Sólidos totales 64 Anexo 25. Cálculo de la constante de temperatura MN O, PQO, PRNºT7UP % 1,041,062'72' % 1,0400 Anexo 26. Cálculo del Área Superficial VW X . YZ[\]^ _ `a [\]^ W Mb . c . Z 6,911ef20 ln 183 1,0400e 0,60e 34,66 70,7251 Anexo 27. Cálculo del Tiempo de retención hidráulica Nkl VW . c . Z X 70,7251e0,60e34,66 6,911 2,1286 65 Anexo 28. Cálculo del cambio de temperatura del humedal Nm p nNT NV. Nkl . oR QPP Q UO^ . X . c . Z 0,0392e 20 23e2,1286e 86 400 4 215e6,911e0,60e34,66 p 3,5710 Anexo 29. Cálculo de la temperatura del efluente N_ NT Nm 20 3,5710 23,5710 Anexo 30. Cálculo de la temperatura promedio del humedal Nq r NT N_ U 20 23,57 2 r 21,7855 66 Anexo 31. Cálculo del ancho del humedal individual O . X . VW c t . MWP,^ s OR 1 e6,911e70,7251 0,60 550 30 00 ', 0,3e u v 2 16 0,3043 $ Este valor se ajusta a W = 1,00 m por motivos de diseño para no irrumpir la relación 4:1 (largo:ancho) para la elaboración de Humedales Artificiales Lara (1999). Anexo 32. Cálculo del largo del humedal individual VW w s OR 70,7251 0,3043 x 16 x 4,4203 Este valor se ajusta a L= 4,50 m por motivos de diseño para no irrumpir la relación 4:1 (largo:ancho) para la elaboración de Humedales Artificiales Lara (1999). 67 Anexo 33.Prueba de Fisher de las variables Prueba de Fisher al 95% para la variable DBO5 Error: 8,6875 gl: 12 TRAT Medias 4,00 6,60 2,00 6,23 1,00 4,64 3,00 4,09 N 4 4 4 4 E.E. 1,47 1,47 1,47 1,47 Grupo A A A A Prueba de Fisher al 95% para la variable DQO Error: 17,9899 gl: 12 TRAT Medias 4,00 11,06 2,00 10,88 1,00 8,62 3,00 7,62 N 4 4 4 4 E.E. 2,12 2,12 2,12 2,12 Grupo A A A A Prueba de Fisher al 95% para la variable aluminio Error: 0,1474 gl: 12 TRAT Medias 3,00 1,10 4,00 0,97 2,00 0,94 1,00 0,81 N 4 4 4 4 E.E. 0,19 0,19 0,19 0,19 Grupo A A A A Prueba de Fisher al 95 % para la variable nitrógeno Error: 0,7921 gl: 12 TRAT Medias 1,00 3,81 2,00 2,97 4,00 2,81 3,00 2,70 N 4 4 4 4 E.E. 0,45 0,45 0,45 0,45 Grupo A A A A 68 Prueba de Fisher al 95 % para la variable coliformes Error: 46971448,0135 gl: 12 TRAT Medias 27987,31 2,00 458,95 1,00 15,.07 4,00 81,97 N 4 4 4 4 E.E. Grupo 3426,79 A 3426,79 B 3426,79 B 3426,79 B Prueba de Fisher al 95 % para la variable fósforo Error: 0.0869 gl: 12 TRAT Medias E 1,63 1,00 1,55 4,00 1,49 2,00 1,43 N 4 4 4 4 E.E. 0,15 0,15 0,15 0,15 Grupo A A A A Prueba de Fisher al 95 % para la variable sólidos totales Error: 1.1629 gl: 12 E Medias 2.00 19.10 4.00 18.66 3.00 17.91 1.00 16.64 n 4 4 4 4 E.E. 0.54 0.54 0.54 0.54 Grupos A A A B B 69 Anexo 34. Resumen de fotos instalación y mantenimiento de los humedales Construcción de los Humedales Colocación de las capas filtrantes 70 Inspección den funcionamiento de los desbordes del sistema Inspección den funcionamiento de los desbordes del sistema 71 Chequeo del Humedal Limpieza del humedal y corte de cobertura vegetal 72 Limpieza del humedal y corte de cobertura vegetal Mantenimiento del humedal 73 Manera en que se debe dar el mantenimiento a la cobertura vegetal Humedal luego del mantenimiento 74 Anexo 35. Resumen de fotos de la contaminación del Agua Residual sin tratamiento Antiguo vertedero del efluente Aspecto del Agua sin tratamiento 75 Formación de costras típicas de las aguas servidas Coloración gris del Agua Residual mas formación de espuma en antiguo vertedero. 76 Canal de desfogue antiguo, formación de costras al fondo. Canal de desfogue de Agua Residual sin tratamiento 77 Anexo 36. Resumen de fotos del Agua Residual luego de ser tratada. Nuevo vertedero del efluente luego de recibir tratamiento El agua es cristalina luego de ser tratada. 78 No existe formación de costras ni espuma. Aspecto final del vertedero del Agua Residual tratada en los humedales. 79 Anexo 37. Resume de fotos día de campo Estudiantes recibiendo charla sobre los humedales Estudiantes observando el diseño del humedal 80 Tesistas explicando la utilidad de las estructuras del humedal Estudiantes conociendo funcionamiento y mantenimiento de los humedales