Contaminacion Por Aguas Residuales en Cajamarca [PDF]

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CONTAMINACION POR AGUAS RESIDUALES EN CAJAMARCA

I.

INTRODUCCION

La población localizada en la parte baja de la ciudad de Cajamarca hace uso de aguas residuales, pero no es consciente del grado de contaminación que estas provocan en sus suelos, cuerpos de agua y especies vegetales cultivadas y no cultivadas, especialmente de aquellas empleadas como forraje para la alimentación de ganado vacuno. En entrevistas con los usuarios refieren que, en función a la distancia recorrida, las aguas residuales pierden gradualmente su color oscuro hasta llegar a aclararse, confundiéndose con agua limpia. Sin embargo, se sabe que la intensidad del color no es un indicador confiable de su calidad (Lenntech 2006). Siendo por lo tanto necesario iniciar investigaciones que evidencien el impacto de las aguas residuales generadas en la ciudad de Cajamarca, en el sistema agua - suelo planta en los caseríos de La Victoria, Yanamarca y la Colpa. En el año 2011, la ciudad de Cajamarca registró una población de 288 000 habitantes la cual viene incrementándose en forma acelerada por la inmigración para laborar en las empresas mineras asentadas en la zona. La OMS (1989) , reporta que el consumo promedio diario de agua es de 50 L/persona. Si se multiplica el consumo promedio por persona por la población de Cajamarca, se tendría que diariamente se consumen 14 400 000 L de agua. De este total, el 75 % (10 800 000 L.), es evacuado a las alcantarillas y conducido mediante tuberías hacia las lagunas de oxidación; y luego la contaminación continua al sistema agua – suelo – planta, de los caseríos de la Victoria, Yanamarca y la Colpa, sin embargo en su recorrido, la mayor

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cantidad de esta, es utilizada en forma directa para el riego de pastos (rye gas x trébol), sin haber recibido tratamiento alguno. El problema de contaminación hídrica se acentúa aún más si se considera que en la ciudad Cajamarca existen empresas que prestan servicios diversos, situándose dentro de estas, las acopiadoras de leche fresca como Gloria e Incalac, curtiembres, panaderías, mineras, ladrilleras, restaurantes y hoteles, entre otras, las cuales evacuan sus aguas servidas directamente a los ríos. Algunos de los municipios de los distritos de Cajamarca cuentan con red de recolección de las aguas residuales o servidas, pero en la mayoría de casos estas aguas son descargadas a un cuerpo hídrico receptor, siendo éste una quebrada o río (Mashcón, San Lucas y Chonta), sin ningún tipo de tratamiento, ocasionando la proliferación de enfermedades gastrointestinales infecciosas en la población, especialmente en aquellas personas que viven en las zonas cercanas al punto de descarga o las que, aguas abajo utilizan dicho líquido para el quehacer diario, riego de cultivos y más grave aun cuando, sin ser tratada, es ingerida por personas. Además, estas aguas residuales provocan el deterioro del medio acuático, afectando la flora y fauna original del cuerpo hídrico receptor (Campos 2011).

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II.

OBJETIVOS  Identificar las características de las aguas residuales.  Determinar los efectos que causan las aguas residuales.  Conocer los tratamientos para aguas residuales.

III.

MARCO TEORICO

AGUAS RESIDUALES

1. DEFINICION Aguas residuales son aquellas cuyas propiedades se encuentran alteradas por el uso doméstico, industrial, agrícola u otros, así como las aguas que se evacuan junto a éstas en tiempo seco (aguas sucias) y las aguas pluviales que fluyen y se recogen de áreas edificadas y superficies urbanizadas (aguas pluviales). Como aguas sucias se consideran también aquellos líquidos que fluyen y son recogidos de plantas para el tratamiento, almacenamiento y deposición de residuos. El manejo de aguas residuales urbanas, como parte del manejo de aguas residuales en general, comprende la suma de todas las medidas específicas y ecológicas para el aprovisionamiento de las comunas, del artesanado y la industria con agua potable y/o útil en perfectas condiciones, así como la disposición de aguas residuales domésticas e industriales de estas áreas. La disposición de aguas residuales, como parte del manejo de aguas residuales urbanas, comprende esencialmente la recolección, evacuación, tratamiento y eliminación de aguas residuales. (Metcalf y Eddy. 2003).

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Según el Organismo de Evaluación y Fiscalización Ambiental (2014), son aquellas aguas cuyas características originales han sido modificadas por actividades humanas y que por su calidad requieren un tratamiento previo, antes de ser reusadas, vertidas a un cuerpo natural de agua o descargadas al sistema de alcantarillado.

2. CARACTERISTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES

Los estudios de caracterización del agua residual están encaminados a determinar: las características físicas, químicas y biológicas del agua y las concentraciones de los constituyentes del agua residual. (METCALF, L. y EDDY, H. 1995). A continuación, se describen brevemente los constituyentes físicos, químicos y biológicos de las aguas residuales, los contaminantes importantes de cara al tratamiento de las aguas, los métodos de análisis, y las unidades que se emplean para caracterizar la presencia de cada uno de los contaminantes en el agua residual (METCALF Y EDDY, H. 1995). a) Características físicas:

Las características físicas más importantes del agua residual son el contenido total de sólidos, término que engloba la materia en suspensión, la materia

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sedimentable, la materia coloidal y la materia disuelta. Otras características físicas importantes son el olor, la temperatura, el color y la turbiedad (METCALF Y EDDY, H. 1995).

 Sólidos Totales: Analíticamente, se define como la materia que se obtiene como residuo después de someter al agua a un proceso de evaporación de entre 103º y 105°C. No se define como sólido aquella materia que se pierde durante la evaporación debido a su alta presión de vapor. (PEDRAZA, P. 2009).  Olores: Normalmente, los olores son debidos a los gases liberados durante el proceso de descomposición de la materia orgánica. El olor más característico del agua residual séptica se debe a la presencia del sulfuro de hidrógeno (Huevo podrido) que se produce al reducirse los sulfatos a sulfitos por acción de Microorganismos anaerobios. La problemática de los olores está considerada como la principal causa de rechazo a la implantación de instalaciones de tratamiento de aguas residuales (PEDRAZA, P. 2009).  Temperatura: La temperatura del agua residual suele ser siempre más elevada que la del agua de suministro, este hecho se debe principalmente a la incorporación de agua caliente procedente de las casas y los diferentes usos industriales. La temperatura del agua es un parámetro muy importante dada su influencia, tanto sobre el desarrollo de la vida acuática, como sobre las reacciones químicas y velocidades de reacción, así como sobre la capacidad del agua para ciertos usos útiles (PEDRAZA, P. 2009).  Color: El agua residual suele tener un color grisáceo. Sin embargo, al aumentar el tiempo de transporte en las redes de alcantarillado y al desarrollarse condiciones más próximas a las anaerobias, el color del agua residual cambia gradualmente de gris a gris oscuro, para finalmente adquirir color negro. Cuando llega a este punto, suele clasificarse el agua residual como séptica (PEDRAZA, P. 2009).

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 Turbiedad: Como medida de las propiedades de transmisión de la luz del agua, es otro parámetro que se emplea para indicar la calidad de las aguas vertidas o de las aguas naturales en relación con la materia coloidal y residual en suspensión (PEDRAZA, P. 2009).  Caudal: Es la medición del flujo de agua que pasa por la sección transversal de un conducto (río, riachuelo, canal) de agua, se conoce como aforo o medición de caudales. Este caudal depende directamente del área de la sección transversal a la corriente y de la velocidad media del agua, (CEPIS 2004). La función principal de la toma de caudal es proveer de datos oportunos y veraces que una vez analizados proporcionan información adecuada para lograr una mayor, ejecución y evaluación del manejo del agua en un sistema de riego. Esta información nos permite conocer la disponibilidad de agua a través de los registros históricos de caudales y así poder elaborar un plan de distribución de agua de riego. Los contaminantes importantes de interés en el tratamiento de las aguas residuales se presentan en la tabla 3. Tabla 3. Contaminantes importantes de las aguas residuales. Contaminantes

Motivo de su importancia Los sólidos suspendidos pueden llevar al desarrollo de

Sólidos Suspendidos

depósitos de barro y condiciones anaerobias, cuando los residuos no tratados son volcados en el ambiente acuático

Compuesta principalmente de proteínas, carbohidratos y grasas, por lo Materia biodegradable

general, se mide en términos de DBO y DQO. Si es descargada sin orgánica tratamiento al medio ambiente, su estabilización biológica puede llevar al consumo del Oxígeno natural y al desarrollo de condiciones sépticas.

Microorganismos Los organismos patógenos existentes en las aguas residuales pueden patógenos

transmitir enfermedades.

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Tanto el Nitrógeno como el Fósforo, junto con el Carbono, son nutrientes esenciales para el crecimiento. Cuando son lanzados en el Nutrientes

ambiente acuático, pueden llevar al crecimiento de la vida acuática indeseable. Cuando son lanzados en cantidades excesiva en el suelo, pueden contaminar también el agua subterránea.

Compuestos orgánicos en inorgánicos seleccionados en función de su conocimiento o sospecha de carcinogenicidad, mutanogenicidad, Contaminantes importantes teratogenicidad o elevada toxicidad. Muchos de estos compuestos se encuentran en las aguas residuales.

Esta materia orgánica tiende a resistir los métodos convencionales de Materia

orgánica

tratamiento de aguas residuales. Ejemplos típicos incluyen refractaria detergentes, pesticidas agrícolas, etc.

Los metales pesados son normalmente adicionados a los residuos de Metales pesados actividades comerciales e industriales, debiendo ser removidos si se va a usar nuevamente el agua residual.

Componentes inorgánicos como el calcio, sodio y sulfato son Sólidos

inorgánicos

adicionados

a

los

sistemas

domésticos

abastecimiento de agua, disueltos debiendo ser removidos si se va a reutilizar el agua residual.

Fuente: Mara (1976)

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de

b) Características químicas.

Las características químicas de las aguas residuales son principalmente el contenido de materia orgánica e inorgánica, y los gases presentes en el agua residual. La medición del contenido de la materia orgánica se realiza por separado por su importancia en la gestión de la calidad del agua y en el diseño de las instalaciones de tratamiento de aguas (PEDRAZA, P. 2009). 1 Materia Orgánica: Cerca del 75% de los sólidos en suspensión y del 40 % de los sólidos filtrables de un agua residual de concentración media son de naturaleza orgánica. Son sólidos de origen animal y vegetal, así como de las actividades humanas relacionadas con la síntesis de compuestos orgánicos. También pueden estar presentes otros elementos como azufre, fósforo o hierro. Los principales grupos de sustancias orgánicas presentes en el agua residual son las proteínas (40-60%), hidratos de carbono (25-50%) y grasas y aceites (10%) (PEDRAZA, P. 2009).

Medida del Contenido Orgánico: Los diferentes métodos para medir el contenido orgánico pueden clasificarse en:

Demanda Bioquímica de Oxígeno en cinco días (DBO5): Es la cantidad de materia orgánica fácilmente biodegradable durante cinco días y a 20°C y corresponde a la cantidad de oxígeno necesaria para oxidar biológicamente la materia orgánica. La determinación de este, está relacionada con la medición del oxígeno disuelto que consumen los microorganismos en el proceso de oxidación bioquímica de la materia orgánica. Los resultados de los ensayos de DBO se emplean para:  Determinar la cantidad aproximada de oxígeno que se requerirá para estabilizar biológicamente la materia orgánica presente.  Dimensionar las instalaciones de tratamiento del agua residual.  Medir la eficacia de algunos procesos de tratamiento y controlar el cumplimiento de las limitaciones a que están sujetos los vertidos.

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Demanda Química de Oxígeno (DQO): Es la cantidad de oxígeno necesaria para la oxidación química (destrucción) de la materia orgánica. Esta prueba proporciona un medio indirecto de la concentración de materia orgánica en el agua residual (ROJAS, R. 2002). La relación DQO/DBO5 proporciona una indicación de la biodegradabilidad de las aguas residuales, el mismo que nos indica que si esta relación es mayor a 0.5 se puede utilizar un tratamiento del tipo biológico (ROJAS, R. 2002). Materia Inorgánica: Las concentraciones de las sustancias inorgánicas en el agua aumentan tanto por el contacto del agua con las diferentes formaciones geológicas, como por el agua residual, tratada o sin tratar, que a ella se descargan.

Las concentraciones de los diferentes constituyentes inorgánicos pueden afectar mucho a los usos del agua, como por ejemplo los cloruros, la alcalinidad, el nitrógeno, el azufre, algunos otros compuestos tóxicos inorgánicos y algunos metales pesados como el níquel, el manganeso, el plomo, el cromo, el cadmio, el cinc, el cobre, el hierro y el mercurio (PEDRAZA, P. 2009).

Dentro de la materia inorgánica es de suma importancia también hablar de la concentración de ion hidrógeno (pH), ya que es un parámetro de calidad, de gran importancia tanto para el caso de agua natural como residual. El agua residual con concentraciones de ion hidrógeno inadecuado presenta dificultades en el tratamiento con procesos biológicos, y el efluente puede modificar la concentración de ion hidrógeno en el agua natural si ésta no se modifica antes de la evacuación del agua (ROJAS, R. 2002).

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c) Características biológicas. Las características biológicas de las aguas residuales son de fundamental importancia en el control de enfermedades causadas por organismos patógenos de origen humano (ROJAS, R., 2002).

Uno de los parámetros más usados para evaluar las características bacteriológicas de un agua residual son los Coliformes Totales que incluyen: Coliformes Fecales + Coliformes de Origen No-fecal. Los coliformes son especies de organismos que indican contaminación por desechos humanos y animales (METCALF Y EDDY, H. 1995).

 Coliformes Fecales: Los microorganismos patógenos que existen en las aguas residuales son pocos y difíciles de aislar e identificar, por esta razón se utiliza a los microorganismos coliformes como un organismo indicador de contaminación o presencia de organismos productores de alguna enfermedad (ROJAS, R. 2002).  coliformes Termotolerantes y Totales.- La denominación genérica de coliformes designa a un grupo de especies bacterianas que tienen ciertas características bioquímicas en común e importancia relevante como indicadores de contaminación del agua y los alimentos. Los coliformes son una familia de bacterias que se encuentran comúnmente en las plantas, el suelo y los animales, incluyendo a los humanos. Por su amplia diversidad el grupo coliformes ha sido divido en dos grupos: coliformes totales y coliformes fecales. No todos los coliformes son de origen fecal, por lo que se hizo necesario desarrollar pruebas para diferenciarlos a efectos de emplearlos como indicadores de contaminación. Se distinguen, por lo tanto, los coliformes totales, que comprende la totalidad del grupo y los coliformes fecales, aquellos de origen intestinal (OMS 1990). 10

Tabla 4. Parámetros biológicos (valores en N.M.P./100 ml). Vegetales Parámetro

Unidad

Biológicos

de

Vegetales

tallo bajo

de tallo alto

Valor

Valor

1000(3)

2000(3)

5000(3)

5000(3)

Ausente

Ausente

100

100

20(5)

100

Ausente

Ausente

C5H7O2N Donde COHNS representa los elementos predominantes en la materia orgánica presente en las aguas residuales y C5H7O2N representa la composición media de los microorganismos encargados de la biodegradación de la materia orgánica (Hoover y Porges, 1952). Finalmente, cuando se consume la materia orgánica disponible, las nuevas células empiezan a consumir su propio tejido celular con el fin de obtener energía para el mantenimiento celular. Este tercer proceso se conoce como respiración endógena. Respiración endógena C5H7O2N + 5O2 Bacterias —> 5O2 + 2H2O + NH3 + Energía El aporte de oxígeno para el mantenimiento de las reacciones de oxidación, síntesis y respiración endógena, se efectúa introduciendo, generalmente, aire en los recipientes en que se llevan a cabo estas reacciones, recipientes que se conocen con el nombre de reactores biológicos o cubas de aireación. Las nuevas bacterias que van apareciendo en los reactores, como consecuencia de las reacciones de síntesis, tienden a unirse (floculación), formando agregados de mayor densidad que el líquido circundante, y en cuya superficie se va adsorbiendo la materia en forma coloidal. Para la separación de estos agregados, conocidos como lodos o fangos, el contendido de los reactores biológicos (licor de mezcla), se conduce a una etapa posterior de sedimentación (decantación o clarificación secundaria), donde se consigue la separación de los lodos de los efluentes depurados por la acción de la gravedad. De los lodos decantados una fracción se purga como lodos en exceso, mientras que otra porción se recircula al reactor biológico para mantener en él una concentración determinada de microorganismos (Figura 6). El proceso descrito se conoce como «lodos activos». Fue desarrollado en 1914 en Inglaterra por Ardern y Lockett y, hoy en día, esta tecnología en sus distintas modalidades (convencional, contacto-estabilización, aireación prolongada, etc.) es la más ampliamente aplicada a nivel mundial para el tratamiento de las aguas residuales urbanas.

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C) Tratamientos terciarios Los tratamientos terciarios (conocidos también como tratamientos avanzados, más rigurosos, complementarios, etc.) permiten obtener efluentes finales de mejor calidad para que puedan ser vertidos en zonas donde los requisitos son más exigentes o puedan ser reutilizados. La eliminación de materia particulada y coloidal presente en los efluentes depurados, puede lograrse mediante la aplicación de tratamientos fisicoquímicos (coagulaciónfloculación) y la posterior etapa de separación (decantación, filtración). Para la eliminación de nutrientes (nitrógeno y fósforo), se recurre cada vez más al empleo de procesos biológicos. No obstante, el caso del de fósforo, los procesos de precipitación química, empleado sales de hierro y de aluminio, continúan siendo los de mayor aplicación. En la eliminación biológica de nitrógeno se opera de forma secuencial, bajo condiciones óxicas y anóxicas, que dan como resultado final su liberación a la atmósfera, en forma de nitrógeno gaseoso. Para la eliminación biológica del fósforo se combinan reactores operando bajo condiciones anaerobias, óxicas y anóxicas, quedando el fósforo almacenado en los microorganismos, que posteriormente se extraen como lodos en exceso. Combinando los procesos anteriores también es posible la eliminación conjunta de ambos nutrientes. Con relación a la desinfección de los efluentes depurados, si bien el cloro ha sido, y continua siendo, el desinfectante típico en el campo de las aguas residuales, al incrementarse el número de requisitos para lograr bajas o indetectables cantidades de cloro residual en los efluentes tratados, se hace precisa la implantación de procesos posteriores de decloración, o bien, la sustitución de los sistemas de cloración por sistemas de desinfección alternativos, tales como la radiación UV, el empleo de ozono o el empleo de membranas. Línea de lodos El tratamiento de las aguas residuales conduce a la producción de unos subproductos conocidos como lodos o fangos. Cabe distinguir entre «lodos primarios» (sólidos decantados en el tratamiento primario) y «lodos secundarios o biológicos» (sólidos decantados en el clarificador tras el paso de las aguas por el reactor biológico). La Figura 8 muestra los distintos tratamientos

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englobados en la línea de lodos, el objeto de estos tratamientos y la naturaleza de los procesos que en ellos tienen lugar.

Espesamiento Esta etapa del tratamiento incrementa la concentración de los lodos mediante la eliminación de parte del agua que contienen. Los métodos de espesamiento más habituales son por gravedad y por flotación, siendo éste último el más apropiado para el espesamiento de los lodos biológicos.

Estabilización En esta fase se reduce la fracción biodegradable presente en los lodos, para evitar su putrefacción. La estabilización puede hacerse mediante: Tratamientos 31

en la línea de lodos. Digestión aerobia o anaerobia: se elimina en torno al 4050% de la materia orgánica presente en el lodo.  Estabilización química, mediante la elevación del pH por adición de cal.  Tratamiento térmico.

Acondicionamiento En esta etapa, mediante la adición de productos químicos, se mejora la deshidratación de los lodos facilitando la eliminación del agua.

Deshidratación En esta última fase del tratamiento se elimina parte del agua contenida en los lodos, transformándolos en sólidos fácilmente manejables y transportables. Los lodos deshidratados presentan un 20-25% de materia seca. Los métodos de deshidratación más habituales son:  Centrifugación.  Filtros banda.  Secado térmico.  Eras de secado. El objetivo último de una estación depuradora de aguas residuales urbanas se centra en «lograr el tratamiento de estas aguas, al objeto de evacuar unos efluentes depurados, que cumplan los requisitos de calidad establecidos en la normativa vigente, con el mínimo coste económico y medioambiental posible».

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IV.

CONCLUSIONES

 Aguas residuales son aquellas cuyas propiedades se encuentran alteradas por el uso doméstico, industrial, agrícola u otros, así como las aguas que se evacuan junto a éstas en tiempo seco (aguas sucias) y las aguas pluviales que fluyen y se recogen de áreas edificadas y superficies urbanizadas (aguas pluviales).  Cajamarca, se tendría que diariamente se consumen 14 400 000 L de agua. De este total, el 75 % (10 800 000 L.), es evacuado a las alcantarillas y conducido mediante tuberías hacia las lagunas de oxidación.  El problema de contaminación hídrica se acentúa aún más si se considera que en la ciudad Cajamarca existen empresas que prestan servicios diversos, situándose dentro de estas, las acopiadoras de leche fresca como Gloria e Incalac, curtiembres, panaderías, mineras, ladrilleras, restaurantes y hoteles, entre otras, las cuales evacuan sus aguas servidas directamente a los ríos.  El tratamiento de las aguas residuales consta de un conjunto de operaciones físicas, biológicas y químicas, que persiguen eliminar la mayor cantidad posible de contaminantes antes de su vertido, de forma que los niveles de contaminación que queden en los efluentes tratados cumplan los límites legales existentes y puedan ser asimilados de forma natural por los cauces receptores.

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V.

VI.

ANEXOS

bibliografia

 http://alianzaporelagua.org/documentos/MONOGRAFICO3.pdf  Martínez, M. (2016) Eficiencia en la remoción de la demanda bioquímica de oxígeno, demanda química de oxígeno y sólidos suspendidos totales en la planta de tratamiento de aguas residuales de la ciudad de Celendín. Cajamarca- Perú.  Alvites, E. (2018) Caracterización de las aguas residuales de la ciudad de Cajamarca y su propuesta de tratamiento en la zona del fundo Betania. Cajamarca- Perú.  Chávez, G. (2014) Probables efectos de las aguas residuales de la ciudad de Cajamarca en el sistema agua-suelo-planta de los caseríos de la victoria, Yanamarca y la Colpa. Cajamarca-Perú.

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