UNIVERSIDAD AUSTRAL DE CHILEFACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERAESCUELA DE CONSTRUCCIN CIVIL

SISTEMA TOH; UNA ALTERNATIVA ECOLGICA PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN

SECTORES RURALES

Tesis para optar al ttulo de Constructor Civil Profesor Patrocinante Gustavo Lacrampe H.

PATRICIA ISABEL SALAZAR MIRANDA 2005

DEDICATORIA.

Porque son lo mas preciado que Dios me ha regalado, se las dedico a ustedes, mi familia. Madre, a ti en especial te dedico este logro por tu incondicional amor, compresin y apoyo que me has brindado en todo este tiempo. Mucha gracias por tus sabios consejos, tu alegra, fuerza, optimismo, que me ensearon a luchar y a salir adelante durante todos estos aos de estudios. Abuelita y ta Ofe, se la dedico a ustedes, que me han apoyado y alentado en todo momento . Agradecerles por su constante e incondicional preocupacin y por haber soportado mis cambios de humor durante todo este tiempo. A mi padre, porque a pesar de la distancia siempre me apoy y alent ha salir adelante, muchas gracias. A mi abuelito y amiga Valentina, aunque no estn presentes, siempre formarn parte importante de mi vida, y s que siempre estuvieron a mi lado y apoyndome cuando lo necesitaba, muchas gracias. A mis tos y tas, que siempre me han ayudado y animado, en especial al to Jorge y to Juan, que siempre han estado dispuestos a responder a mis consultas, les estoy muy agradecida a todos. A ustedes, mi familia les dedico este da , en especial a ti mamita, los quiero mucho.

AGRADECIMIENTOS.

En primer lugar quiero agradecerle a Dios, por entregarme sabidura y entendimiento en la vida y as poder lograr mis metas. Tambin quiero agradecer a mis amigas y compaeras de estudio, Sandra, Yeka, Vero, Carolyn y Nary, porque siempre estuvieron dispuestas a escucharme y apoyarme. Con ustedes compart mis alegras y mis penas, jams olvidar las largas noches de estudios que ha pesar del cansancio unas a otras nos alentbamos, y bueno los momentos en que nos juntbamos a compartir en donde las risas y locuras hicieron de esos momentos inolvidables. Siempre les estar agradecida, las quiero mucho. Finalmente, agradecer a mis amigos, Vanessa, Francisco y Rodrigo, por estar siempre conmigo y animarme siempre durante todo este tiempo.

RESUMEN.

Hoy en da, la solucin mas utilizada para el tratamiento de las aguas residuales en sectores rurales es a travs del Sistema Sptico. En esta tesis, se presenta una alternativa ecolgica, que ya se ha demostrado ser eficaz y operativa en plantas de tratamiento de pequea y mediana escala, llamado Sistema Toh.

SUMMARY.

Nowadays, the used solution for the domestic wastewater treatment in rural sectors is through the Septic System. In this thesis, one appears an ecological alternative, that already have been demonstrated to be effective and operative in treatment plants of small and medium scale, call Toh System.

INDICE.

Pgina.

CAPITULO I. 1. 1.1. INTRODUCCION. OBJETIVOS.

1 1 3

CAPITULO II. 2. 2.1. 2.2. 2.2.1. 2.2.2. 2.2.3. 2.2.4. ASPECTOS GENERALES SOBRE LAS AGUAS RESIDUALES. DEFINICION Y ORIGEN DE LAS AGUAS RESIDUALES. CARACTERSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES. CARACTERISTICAS FISICAS. CARACTERISTICAS QUIMICAS. CARACTERISTICAS BIOLOGICAS. CONSECUENCIAS PRODUCIDAS POR LA CONTAMINACION.

4 4 4 5 6 11 17 20

CAPITULO III. 3. ANTECEDENTES SOBRE EL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES. 3.1. 3.2. GENERALIDADES. MECANISMO DE REMOCIN ASOCIADO A LA TECNOLOGA SELECCIONADA. 3.2.1. 3.2.1.1. 3.2.1.2. EL TRATAMIENTO BIOLGICO. REMOCIN DE LA MATERIA ORGNICA CARBONACEA. REMOCIN BIOLGICA DE NUTRIENTES.

22

22 22

23 24 28 29 29

3.2.1.2.1. REMOCIN DE NITRGENO.

3.2.1.2.2. REMOC IN BIOLGICA DE FSFORO. 3.3. 3.3.1. 3.3.2. 3.3.3. DESINFECCION. CLORACION. OZONO. RADIACIN ULTRAVIOLETA.

33 34 35 36 37

CAPITULO IV. 4. 4.1. LEGISLACION VIGENTE. LEY 19.300 LEY SOBRE BASES GENERALES DEL MEDIO AMBIENTE. 4.2. 4.3. 4.4. CDIGO SANITARIO. CDIGO DE AGUAS. REGLAMENTO GENERAL DE ALCANTARILLADOS PARTICULARES. 4.5. NORMA NCh 1333 REQUISITOS DE CALIDAD DE AGUAS PARA DIFERENTES USOS.

40 40

41 41 42

42

43

CAPITULO V. 5. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN SECTORES RURALES. 5.1. 5.2. 5.2.1. 5.2.1.1. 5.2.2. 5.2.2.1. GENERALIDADES. SISTEMAS SEPTICOS. FOSA SEPTICA. DESCRIPCION DEL PROCESO SPTICO. SISTEMA DE INFILTRACION. DESCRIPCION DEL PROCESO DE OXIDACION.

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44 44 45 47 48 50 50 52

5.2.2.1.1. POZO ABSORBENTE.

5.2.2.1.2. SISTEMA DE DRENES. 5.2.3. 5.2.4. MANTENCION DEL SISTEMA SEPTICO. IMPLEMENTACION DEL SISTEMA SEPTICO EN SECTORES RURALES.

54 56

58

CAPITULO VI. 6. 6.1. 6.1.1. 6.1.2. 6.1.3. 6.1.4. 6.1.5. 6.2 6.2.1. 6.2.2. 6.2.3. 6.2.4. 6.2.5. 6.2.6. SISTEMA TOHA. ANTECEDENTES PRELIMINARES. LA LOMBRICULTURA. CARACTERSTICAS FSICAS DE LA EISENIA FOETIDA. PRINCIPALES CUALIDADES DE LA EISENIA FOETIDA. CONDICIONES IDEALES Y DESFAVORABLES DE SU HBITAT. EL HUMUS. INICIOS DEL SISTEMA TOH. CARACTERSTICAS DEL SISTEMA TOH. DESCRIPCION DEL SISTEMA TOH. DESCRIPCION DE LAS CAPAS DEL LOMBRIFILTRO. MANTENCION DEL SISTEMA TOHA. IMPLEMENTACION EN SECTORES RURALES. CUADRO COMPARATIVO ENTRE SISTEMA SEPTICO Y SISTEMA TOHA.

60 60 60 60 61 64 65 67 68 70 74 76 78 79

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CONCLUSIONES. GLOSARIO ANEXOS BIBLIOGRAFIA.

83 85 95 105

INDICE DE FIGURAS.

Pgina.

Figura 1. Figura 2. Figura 3. Figura 4. Figura 5.

Clasificacin de Slidos To tales. Bacteria (Escherichia coli.). Protozoo (Vorticella.) Hongo (Rhizopus stolonifer). Alga (Euglena).

9 24 26 27 27 46 46 48 53 54 55 61 67 74 76

Figura 6.1. Fosa Sptica con Pozo Absorbente. Figura 6.2. Fosa Sptica con Sistema de Drenes. Figura 7. Fosa Sptica de 2 Compartimientos.

Figura 8.1. Pozo Absorbente. Figura 8.2. Esquema de Infiltracin a travs de Pozo Absorbente. Figura 9. Sistema de Drenes.

Figura 10. Eizenia Foetida. Figura 11. Humus. Figura 12. Esquema General del Sistema Toh. Figura 13. Capas del Lombrifiltro.

INDICE DE TABLAS.

Pgina.

Tabla 1. Evolucin de condiciones aerbicas a anaerobias. Tabla 2. Composicin Tpica del Agua Residual Domstica. Tabla 3. Clasificacin de las bacterias segn temperatura. Tabla 4. Clasificacin de las bacterias segn fuentes de energa y carbono. Tabla 5. Cuadro comparativo entre Sistema Sptico y Sistema Toh.

11 20 25 25 82

INDICE DE ANEXOS.

Pgina.

ANEXO I. Tabla 1. Enfermedades Adquiridas por la Ingestin de Agua no Tratada. Tabla 2. NORMA NCh 1333.Of78: Agua para riego. Tabla 3. Sistemas Toh instalados en Chile para tratamiento de aguas residuales y residuos industriales lquidos.

95 96 98

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ANEXO II. Figura 1. Planta Elevadora y Cmara de Rejas de una Residencia privada. Figura 2. Sistema Toh. Figura 3. Sistema Toh. (Sistema de distribucin de agua con aspersores). Figura 4. Sistema Toh (Sistema de distribucin de agua con dosificador de flujo). Figura 5. Sistema Toh , Colegio Campus Claret, Temuco. Figura 6. Sistema Toh , Parque Municipal de Maip, Regin Metropolitana. Figura 7. Sistema Toh , Residencia Privada, Regin Metropolitana. Figura 8. Sistema Toh , Empresa Chilolac (Riles), Ancud.

100 101 101 102

102 103 103 104 104

1

CAPITULO I

1.

INTRODUCCION

La proteccin del medio ambiente se ha constituido, en todo el mundo, en un aspecto primordial del desarrollo global e integral de los pases, formndose mayor conciencia de que debemos cuidarlo y protegerlo. Dentro del mbito de proteccin del medio ambiente, tiene un lugar destacado, sino el ms, el referente a los recursos hdricos, sean estos mares, lagos, ros, canales, napas subterrneas, etc. Su conservacin, ausente de cualquier tipo de contaminacin, permite asegurar la supervivencia de la poblacin y de sus actividades productivas. De esta manera surge el concepto de depuracin o tratamiento de aguas residuales, a fin de minimizar el impacto que puedan causar en nuestro medio ambiente las constantes emanaciones y descargas producidas en l. Actualmente existen en el mundo sistemas de tratamiento que han sido utilizados por mucho tiempo, denominados sistemas convencionales, donde sus caractersticas, ventajas y desventajas son muy conocidas, fruto de muchos aos de estudio y seguimiento. Sin embargo las plantas de tratamiento convencionales son muy caras de construir, tienen altos costos de operacin (especialmente elctrica) y mantenimiento, requieren de personal calificado y generan subproductos indeseables (lodos). Sin embargo para pequeas localidades rurales, los mtodos convencionales son impracticables debido a las caractersticas operacionales mencionadas (no se hace referencia a la eficiencia en la depuracin de los sistemas), bajo este contexto surge la necesidad de buscar algn mtodo alternativo al convencional, que lo haga

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econmicamente factible y auto sustentable su utilizacin para poder cumplir con las normas de emisin, protegiendo la salud de las personas y el medio ambiente. En pases como el nuestro son muchas las localidades rurales donde la implementacin de tecnologas no convencionales hara factible su utilizacin; cabe destacar que en muchas de estas comunidades no existen sistemas de recoleccin de aguas servidas y la disposicin final de las aguas se basa en la utilizacin de fosas spticas o pozos negros, que en muchos casos, acarrea problemas de contaminacin del medio ambiente (cursos de aguas o subsuelos), y en especial a la salud de los seres humanos (enfermedades gastrointestinales) por precariedad de saneamiento. Atendiendo a lo sealado en los prrafos anteriores, el desarrollo de este tema pretende abordar especficamente, el uso del Sistema Sptico en los sectores rurales, plantendose como alternativa de reemplazo a este mtodo, el Sistema Toh, una tecnologa de tratamiento no convencional que puede utilizarse en localidades rurales, dado por sus caractersticas: fcil de operar, no necesita de personal calificado, ecolgica, economiza recursos, espacio fsico, etc.

3

1.1.

OBJETIVOS.

Objetivo General:

Proponer un sistema ecolgico para tratamientos de aguas residuales en sectores rurales en reemplazo del sistema sptico.

Objetivos Especficos:

Proporcionar antecedentes generales sobre las aguas residuales y reconocer las consecuencias producidas por la contaminacin de sta en el medio ambiente.

Comprender los mecanismos de depuracin asociados al Sistema Toh. Proporcionar antecedentes sobre los Sistemas Spticos, en cuanto a eficiencia del tratamiento en la remocin de contaminantes, facilidades de operacin y mantencin, etc. Esto con el fin de establecer las ventajas y desventajas del uso de este sistema.

Recopilacin de antecedentes de la lombriz Eisenia Foetida, que permitan contar con un marco terico que ayude a evaluar la funcin de sta en el Sistema Toh.

Proporcionar antecedentes sobre los Sistema Toh, en cuanto a su operabilidad, mantencin, eficiencia en la remocin de contaminantes, etc.

Determinar las ventajas y desventajas del Sistema Toh aplicado en sectores rurales.

4

CAPITULO II.

2.

ASPECTOS GENERALES SOBRE LAS AGUAS RESIDUALES.

2.1.

DEFINICION Y ORIGEN DE LAS AGUAS RESIDUALES .

Puede definirse agua residual, como el agua suministrada a una poblacin que habindose aprovechado para diversos usos, ha quedado impurificada. La contaminacin de las aguas es un trmino que est relacionado con el uso especfico del agua y su origen puede ser, desde totalmente natural (aguas arsnicas en el norte de Chile) o producto de descarga de sistemas de alcantarillado domstico o industrial. Hay muchas otras fuentes de contaminacin de las aguas, tales como la contaminacin del aire (lluvia cida), determinadas prcticas agrcolas, aguas lluvias, etc. El origen de las aguas residuales determina la composicin y concentracin de las sustancias presentes en ella. A continuacin se detallan algunos aspectos generales del origen de las aguas residuales ms comunes. Las aguas residuales ms comunes corresponden a:

Aguas residuales domsticas. Son las aguas de origen principalmente residencial y otros usos similares que

en general son recolectados por sistemas de alcantarillado en conjunto con otras actividades (comercial, servicios, industria). Contiene principalmente desechos humanos, animales y otros de tipo casero, adems deben agregarse las aguas provenientes de infiltraciones subterrneas (Lacrampe, 1992).

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Aguas residuales industriales. Son aguas provenientes de los procesos industriales y la cantidad y

composicin de ella es bastante variable, dependiendo de la actividad productiva y de muchos otros factores (tecnologa empleada, calidad de la materia prima, etc). As esta agua pueden variar desde aquellos con alto contenido de materia orgnica biodegradable (mataderos, industria de alimentos), otras con materia orgnica y compuestos qumicos (industria de celulosa) y finalmente industrias cuyas aguas residuales contienen sustancias inorgnicas u orgnicas no degradables

(metalrgicas, textiles, qumicas, minera).

Aguas residuales pluviales. Provienen de escurrimientos superficiales de aguas lluvias, tales como los

techos, pavimentos, y otras superficies naturales del terreno. La escorrenta generada por aguas lluvias es menos contaminada que las aguas residuales domsticas e industriales.

2.2.

CARACTERSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES.

Un agua residual puede caracterizarse por medio de sus constituyentes ms comunes, los que dependern del origen de esas aguas. A continuacin se detallan las caractersticas fsicas, qumicas y biolgicas de las aguas residuales, describiendo la importancia de cada una de ellas en la calidad del agua. Adems con la idea de tener una visin general de las magnitudes de las aguas residuales tpicamente domsticas, se incluye una tabla donde se seala los valores tpicos de stos (Tabla n 2).

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2.2.1.

CARACTERISTICAS FISICAS.

Dentro de stas se pueden considerar las siguientes:

Partculas Slidas. En un concepto general, los slidos se definen como la materia que

permanece como residuo despus de someter a evaporacin una muestra de agua a una temperatura entre 103 - 105 C (Metcalf & Eddy, 1995). Las caractersticas fsicas del agua se ven modificadas segn vare su contenido total de slidos, no soliendo superar normalmente las 1.000 ppm en las aguas residuales domsticas.

Slidos Totales (ST): se definen como toda la materia que queda como residuo despus de someter a evaporacin una muestra de agua a temperaturas comprendidas entre 103-105 C. No se define como slida aquella materia que se pierde durante la evaporacin debido a su alta presin de vapor (Metcalf & Eddy, 1995). Los slidos totales pueden clasificarse de acuerdo a su condicin fsica en slidos: Sedimentables, Suspendidos y Disueltos; y de acuerdo a sus caractersticas qumicas en Fijos (inorgnicos) y Voltiles (orgnicos).

Slidos Sedimentables (Ss): corresponden a los slidos (de tamao aprox. mayor a 10-2 mm.) que sedimentan en el fondo de un recipiente en forma de cono, llamado Cono de Imhoff, el cual puede ser de vidrio o plstico rgido, en donde se coloca un litro de muestra fresca y se deja en reposo durante un periodo de 60 minutos. Transcurrido este tiempo, se lee directamente en la gradacin del cono, los mililitros de slidos sedimentables, por litro de

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muestra. Estn constituidos aproximadamente de un 75% de slidos orgnicos y 25% de inorgnicos (Dpto. de Sanidad del estado de Nueva York, 1964). Los slidos sedimentables constituyen una medida aproximada de la cantidad de lodo que se obtendr en la decantacin primaria del agua residual.

Slidos Suspendidos (SS): por definicin corresponden a la fraccin de slidos que es retenida por el filtro, y que posteriormente queda como residuo , despus de someter a evaporacin a temperaturas entre 103-105 C. Estos slidos, de tamao mayor a 10-3 mm., pueden separarse del agua servida por medios fsicos o mecnicos como por ejemplo en la filtracin. Estn constituidos por un 70% de slidos orgnicos y un 30% de slidos inorgnicos.

Slidos Disueltos (SD): por definicin corresponden a la fraccin de slidos que no es r etenida por el filtro y que posteriormente queda como residuo, despus de someter a evaporacin a temperaturas entre 103-105 C. Determinar este parmetro nos da una estimacin del contenido de sales disueltas presentes en la muestra (Metcalf & Eddy, 1995). Los slidos disueltos, estn constituidos de slidos en estado coloidal y estado disuelto, la fraccin coloidal est compuesta por las partculas de materia de tamaos entre 10-3 y 10-6 mm. La fraccin coloidal no puede eliminarse por sedimentacin, por lo general, se requiere una coagulacin u oxidacin biolgica complementada con la sedimentacin para eliminar la fraccin coloidal. Los slidos disueltos contienen aproximadamente un 40% de materia orgnica y un 60 % de materia inorgnica.

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Slidos Fijos y Voltiles: se utiliza esta clasificacin para determinar el contenido orgnico e inorgnico presente en una muestra. Al incinerar una muestra de agua a temperaturas del orden de los 550 C, las cenizas resultantes corresponden a los slidos inorgnicos (Fijos) y la fraccin orgnica que se oxidar y desaparecer en forma de gas, son los slidos orgnicos (Voltiles) (Metcalf & Eddy, 1995). Los slidos orgnicos son en general los desechos orgnicos, producto de la vida animal y vegetal en donde tambin se incluyen compuestos orgnicos sintticos. Son sustancias que contienen carbono, hidrgeno y oxigeno, pudiendo estar combinadas algunas con nitrgeno, azufre o fsforo. Estn sujetos a degradacin o descomposicin por la actividad de las bacterias y otros organismos vivos y adems son combustibles. Los slidos inorgnicos, son sustancias inertes que no estn sujetas a la degradacin, excepto los sulfatos los cuales bajo ciertas condiciones se descomponen en sustancias ms simples por ejemplo sulfuros. A estos slidos inorgnicos se les conoce frecuentemente como sustancias minerales: arena, grava y sales minerales. En general los slidos inorgnicos no son combustibles.

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En la Figura 1 se muestra la clasificacin de los slidos totales, segn lo descrito previamente.

Slidos Sedimentables (Ss)

Slidos Sedimentables Fijos (SsF) Slidos Sedimentables Voltiles (SsV) Slidos Suspendidos Fijos (SSF) Slidos Suspendidos Voltiles (SSV)

Slidos Totales

Slidos Suspendidos (SS)

Slidos Disueltos (SD)

Slidos Disueltos Fijos (SDF) Slidos Disueltos Voltiles (SDF)

FIGURA 1. Clasificacin de Slidos Totales.(Fuente: elaboracin propia.)

Temperatura. La temperatura, tiene una gran importancia en el desarrollo de los diversos

fenmenos que se llevan a cabo en el agua, por ejemplo, en la solubilidad de los gases, el efecto de la viscosidad sobre la sedimentacin y en las reacciones biolgicas, que tienen una temperatura ptima para poder realizarse. La actividad biolgica es mayor a temperaturas ms altas, hasta los 30C aproximadamente. A medida que aumenta la temperatura disminuye la viscosidad, obteniendo como resultado una mayor sedimentacin. Al aumentar la temperatura del agua producto de la descarga de las aguas servidas, disminuye la solubilidad del oxgeno en sta, lo que asociado al desarrollo bacteriano, ocasiona un agotamiento acelerado del oxgeno disuelto. El problema se agudiza cuando el flujo es lento y la temperatura ambiente alta.

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Olor. La evacuacin de las aguas residuales frescas, son prcticamente inodoras.

Los olores a podrido tales como: el cido sulfrico, mercaptanos (olor a coles podridas), amoniaco y aminas (olor a pescado), indol, escatol, u otros productos de descomposicin, indican claramente que las aguas estn en estado de

descomposicin o aguas spticas (Lacrampe, 1992).

Color. Generalmente, la coloracin es indicadora de la composicin y concentracin

de las aguas residuales, variando del gris al negro segn la cantidad de materia orgnica que contenga. Las aguas residuales normales y muy frescas se caracterizan por su color gris. Ahora, si su color es negro o demasiado oscuro, podra indicar que estn alteradas o son spticas y con mayor razn si desprenden olores spticos. Esto afecta a la difusin de la radiacin en el medio (y por tanto a la fotosntesis) a la vez que provoca una mayor absorcin de energa solar, por lo que la temperatura puede aumentar ligeramente respecto a la esperable 1.

Turbidez. La turbidez es debida a la existencia en el agua de materia en suspensin de

pequeo tamao: limos, arcillas, etc; y cuanto mayor es, mayor es la contaminacin del agua 1.

___________________________1

Informacin disponible en la pgina web de la Universidad de Sevilla. Tecnologa Ambiental

(http.//www.us.es/grupotar/tar/ebliblioteca/documentacion/arus.htm)

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2.2.2.

CARACTERISTICAS QUIMICAS.

Dentro de stas se pueden considerar las siguientes:

Materia Orgnica. La materia orgnica es el factor caracterstico de las aguas residuales

domsticas debido a las protenas, hidratos de carbono, aceites y grasas procedentes de excretas y residuos domsticos vertidos. Su caracterstica principal y ms importante es la reduccin del contenido en oxgeno disuelto, lo que provoca:P P

Desaparicin de especies exigentes en oxgeno disuelto. Evolucin de condiciones aerbicas a anaerobias. Esto adems afecta a la composicin qumica del agua adems de la biolgica, pues segn que tipo de poblaciones de seres vivos se encuentren en el agua, las reacciones biolgicas darn productos diferentes, como se detalla a continuacin:

TABLA N 1. Evolucin de condiciones aerbicas a anaerobias 2.ELEMENTO DE PARTIDA PRODUCTOS CONDICIONES AERBICAS CONDICIONES ANAEROBIAS

C N S P

CO2 NH3 y HNO3 H2SO4 H3PO4

CH4 NH3 y aminas H2S PH3 y compuestos de fsforo

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Informacin disponible en la pgina web de la Universidad de Sevilla. Tecnologa Ambiental

(http.//www.us.es/grupotar/tar/ebliblioteca/documentacion/arus.htm)

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Adems, ntese que los productos que aparecen en condiciones anaerobias son causantes de olores. La materia orgnica tambin afecta a la transparencia y color del agua, as como otros muchos parmetros . La forma habitual de evaluar el grado de contaminacin por materia orgnica es a travs de la medicin del oxgeno necesario para conseguir la oxidacin de la materia orgnica, bien por va biolgica (DBO) o por va qumica (DQO), o mediante la medicin del dixido de carbono producido en la incineracin y pirlisis de la materia orgnica (COT).

pH. Mide la concentracin de iones hidrgeno en el agua , teniendo valores que

van desde 0 (muy cido) a 14 (muy alcalino), siendo pH = 7 el valor neutro. Si es bajo, indica la acidificacin del medio, por el contrario, un pH elevado indica una baja concentracin de estos iones, y por tanto, una alcalinizacin del medio. El pH es un factor clave en el crecimiento de los microorganismos, siendo un estrecho rango el ideal para el crecimiento de stos. El agua con una concentracin adversa de ion de hidrgeno es difcil de tratar por medios biolgicos y si la concentracin no se altera antes de la evacuacin, el efluente puede modificar la concentracin de las aguas naturales.

Alcalinidad. La alcalinidad de un agua residual est provocada por la presencia de

hidrxidos, carbonatos y bicarbonatos de elementos como el calcio, el magnesio, el sodio, el potasio o el amoniaco 3. De entre todos ellos, los ms comunes son el bicarbonato de calcio y el bicarbonato de magnesio. ___________________________3

Informacin disponible en la pgina web de la Universidad de Chile.

(http.//www.tamarugo cec. uchile.cl.)

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La alcalinidad es til en el agua natural y en las aguas residuales porque proporciona un amortiguamiento para resistir los cambios en e l pH. Normalmente, el agua residual es bastante alcalina, propiedad que adquiere de las aguas de tratamiento, el agua subterrnea y los materiales aadidos en los usos domsticos. La alcalinidad presente se expresa en trminos de carbonato de calcio, CaCO3 (Quezada, 2001).

Cloruro. Responsable por el sabor salobre en el agua; es un indicador de posible

contaminacin del agua residual debido al contenido de cloruro de la orina. El sabor se hace presente con 250-500 (mg/lt), aunque una concentracin de hasta 1500 (mg/lt) es poco probable que sea daina para consumidores en buen estado de salud (Quezada, 2001).

Compuestos Txicos. Es frecuente que en las aguas residuales domsticas aparezcan pequeas

cantidades de txicos, tanto orgnicos como inorgnicos, y que provienen de su uso como tales en la vida cotidiana (desinfectantes, insecticidas y biocidas en general) o por formar parte de sustancias vertidas o puestas en contacto con el agua, como suele ocurrir con ciertos metales y txicos inorgnicos. Estos metales y compuestos inorgnicos, son necesarios para el desarrollo de la vida, pero a partir de ciertas concentraciones pueden inhibirla 4 .

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Informacin disponible en la pgina web de la Universidad de Sevilla. Tecnologa Ambiental

(http.//www.us.es/grupotar/tar/ebliblioteca/documentacion/arus.htm)

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Nitrgeno Total. Es un elemento importante, ya que las reacciones biolgicas solo pueden

realizarse en presencia de suficiente nitrgeno. El contenido total en nitrgeno est compuesto por: i) ii) iii) Nitrgeno Orgnico: en forma de protenas, aminocidos y urea. Nitrgeno Amoniacal: como sales de amoniaco o como amoniaco libre. Nitrgeno de Nitritos: una etapa intermedia de oxidacin que normalmente se presenta en grandes cantidades. iv) Nitrgeno de Nitratos: producto final de la oxidacin de nitrgeno. En el agua residual reciente, el nitrgeno se halla primariamente combinado en forma de materia protenica y urea, aunque su paso a la forma amoniacal se produce enseguida. La edad de un agua residual puede medirse en funcin de la proporcin de amoniaco presente. En medio aerobio, la accin de las bacterias puede oxidar el nitrgeno amoniacal a nitratos y nitritos. Las concentraciones relativas de las diferentes formas del nitrgeno dan una indicacin til de la naturaleza y del tipo de contaminacin. Es decir, si el agua contiene nitrgeno orgnico y amoniacal altos, con poco nitrgeno de Nitritos y Nitratos, se considera insegura debido a su reciente contaminacin. Por otro lado si no contiene nitrgeno orgnico y algo de nitrgeno de nitrato, se considera insegura ya que la nitrificacin ya ocurri y su contaminacin no podra ser reciente.

Fsforo Total. El fsforo es esencial en el crecimiento de organismos y puede ser el nutriente

que limita la productividad primaria en un cuerpo de agua. Las descargas de aguas residuales (domsticas e industriales)o drenajes agrcolas ricos en fsforo pueden estimular el crecimientote micro y macroorganismos fotosintticos (principalmente algas) en cantidades excesivas, proceso denominado Eutrofizacin. Dadas las

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razones anteriormente expuestas, existe actualmente mucho inters en controlar la cantidad de los compuestos de fsforo que entran a las aguas superficiales a travs de los vertidos de aguas residuales domsticas, industriales y de las escorrentas naturales.

Oxgeno Disuelto. El oxgeno es poco soluble en el agua y es un elemento muy importante en el

control de la calidad del agua. Para mantener las formas superiores de vida su presencia es esencial. Las aguas superficiales limpias normalmente estn saturadas con Oxgeno Disuelto (OD), pero la demanda de oxgeno de los desechos puede ser consumido rpidamente. Las fuentes de oxgeno disuelto son la aireacin natural y la fotosntesis, su concentracin y solubilidad en el agua depende de factores como la temperatura, movimientos de curso receptor, salinidad etc. La concentracin de oxigeno en cursos de aguas que presentan baja concentracin suele variar entre 7 a 10 mg/lt, concentraciones inferiores a 2 mg/lt puede tener serios efectos en la vida acutica superior (Quezada, 2001).

Demanda Bioqumica de Oxigeno (DBO). La cantidad de oxgeno utilizada durante la descomposicin de la materia

orgnica es lo que se conoce como Demanda Bioqumica de Oxgeno (DBO). La DBO nos permite determinar la fraccin biodegradable de la materia orgnica presente en una muestra y adems nos sirve como indicador de la comida disponible para el siste ma biolgico (materia orgnica) (Ramalho R.S., 1996). Esencialmente, la oxidacin biolgica completa de la materia orgnica, lleva aproximadamente 20 das. Sin embargo, la experiencia muestra que el anlisis de la

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DBO realizada por 5 das de incubacin (DBO5) es suficiente. Este ensayo se realiza por un periodo de 5 das a una temperatura de 20 C (Metcalf & Eddy, 1995). La oxidacin se realiza en dos etapas: en la primera etapa se oxidan los compuestos carbonceos y en la segunda, los compuestos nitrogenados. En los anlisis rutinarios, la DBO se considera slo la primera etapa, ya que experimentalmente en 5 das la DBO ejercida es 70% a 80% de la demanda total. La DBO se calcula de la diferencia entre el oxgeno disuelto inicial y final. La DBO5 suele emplearse para comprobar la carga orgnica de las aguas servidas domsticas e industriales biodegradables, sin tratar y tratadas.

Demanda Qumica de Oxigeno (DQO). La DQO es la cantidad de oxgeno necesario para oxidar la materia orgnica

por medio de Dicromato de Potasio, en una solucin de cido Sulfrico y convertirla en dixido de carbono y agua, en consecuencia la DQO representara la cantidad de oxgeno necesaria para estabilizar qumicamente una muestra. (Ramalho R.S., 1996). Las principales limitaciones de la DQO son: no revelar si la materia orgnica es o no biodegradable, no dar una idea del porcentaje de materia biolgicamente activa que sera estabilizada en un flujo . Las principales ventajas de la DQO son: el corto tiempo requerido para realizar el anlisis (slo 3 horas), y que ayuda localizar condiciones txicas y materias no biodegradables. El valor de la DQO es siempre superior al de la DBO5, puesto que muchas sustancias orgnicas pueden oxidarse qumicamente, pero no biolgicamente. Es comn utilizar como indicador de estabilidad la razn DQO/DBO; en aguas residuales domsticas esta razn se encuentra entre 1,8 2,2 y en efluentes muy estabilizados la relacin puede llegar hasta valores cercanos a 10.

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2.2.3.

CARACTERISTICAS BIOLOGICAS.

El anlisis bacteriolgico de los abastecimientos de agua es el parmetro ms sensible. Casi todos los desechos orgnicos contienen grandes cantidades de microorganismos: el agua servida contiene ms de 106 col/ml, pero los nmeros reales presentes regularmente no se determinan. Despus del tratamiento convencional del agua servida, el efluente todava contiene una gran cantidad de microorganismos, al igual que muc has de las aguas superficiales naturales. Los tipos y nmeros de los diferentes grupos de microorganismos estn relacionados con la calidad del agua y otros factores ambientales. Una caracterstica de la mayora de las aguas residuales es que contienen una amplia variedad de microorganismos que forman sistema ecolgico balanceado. Estos organismos microscpicos vivos pertenecen a dos tipos generales: bacterias y otros organismos vivos ms complejos.

Bacterias. stas componen la mayor parte de los microorganismos presentes en las

aguas residuales. Las bacterias para su desarrollo necesitan alimento como todos los organismos, stas cuando se encuentran en las aguas residuales obtienen dicho alimento de las distintas sustancias presentes en el agua dando origen a compuestos ms estables. Existen diversos tipos de bacterias que pueden ser: parsitas (provienen de las materias excrementicias que se vierten a las aguas residuales) se les conoce como patgenas porque producen enfermedades (clera, tifoidea, disentera, e infecciones de carcter intestinal); o saprfitas son las que se alimentan de materia orgnica muerta, degradando los slidos orgnicos, estas no son de origen patgeno

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y son de vital importancia en los procesos de tratamiento de las aguas residuales (Dpto. de Sanidad del Estado de Nueva York, 1964). Tanto las bacterias parsitas como las saprfitas, necesitan de la presencia del oxgeno para su respiracin, adems de alimento. Un tipo de stas lo obtienen del oxgeno disuelto del agua residual, estos organismos se conocen como bacterias aerobias y la degradacin que realizan de los slidos orgnicos se llama descomposicin aerobia, oxidacin o degradacin. Este proceso (oxidacin) se lleva a cabo en presencia de oxigeno disuelto, sin que se produzcan malos olores o condiciones desagradables. Otros tipos de bacterias deben obtener el oxgeno contenido en los slidos orgnicos e inorgnicos, produciendo al mismo tiempo la degradacin de los slidos (orgnicos e inorgnicos). A este tipo de microorganismos se le denomina bacterias anaerobias y al proceso de degradacin descomposicin anaerobia o

putrefaccin, es decir, es la descomposicin en ausencia oxigeno disuelto, que da origen a malos olores y condiciones desagradables. Adems, existe ciertos tipos de organismos aerobios que tiene la capacidad de adaptarse y sobrevivir sin oxgeno disuelto, a estos se les denomina bacterias aerobias facultativas; y otros que realizan el proceso contrario, es decir, algunas variedades de bacterias anaerobias pueden adaptarse y existir en presencia de oxgeno disuelto, a estas se les llama bacterias anaerobias facultativas.

Organismos Microscpicos. Existen en las aguas residuales, adems de bacterias otros organismos vivos

de tamao microscpico, pero que representan una menor densidad dentro de la composicin biolgica de las aguas. Algunos son animales y otros vegetales. Todos provienen del suelo o de los desechos orgnicos que van a formar parte de las aguas servidas. Algunos son capaces de moverse y otros no. Todos requieren alimentos,

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oxgeno y humedad. Pueden ser del tipo aerobio, anaerobio o facultativo, y participan tambin en la descomposicin de la materia orgnica de las aguas residuales (Dpto. de Sanidad del Estado de Nueva York, 1964).

Organismos Macroscpicos. Adems de los microorganismos presentes en las aguas residuales, tambin

pueden existir organismos de mayor tamao que forman parte en la descomposicin de la materia orgnica, a stos se le denomina macrosc picos, es decir, visible a simple vista . Se encuentran en su mayora en aguas residuales densamente contaminadas (Dpto. de Sanidad del Estado de Nueva York, 1964).

Virus. Son microorganismos de origen patgeno causantes de enfermedades como

la hepatitis y la poliomielitis. Estos ms que participar en el proceso de la descomposicin de las aguas residuales son indicadores de ndices de

contaminacin microbiana 5.

___________________________5

Informacin disponible en la pgina web de la Universidad de Sevilla. Tecnologa Ambiental

(http.//www.us.es/grupotar/tar/ebliblioteca/documentacion/arus.htm)

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TABLA N 2. Composicin tpica del agua residual domstica.(Fuente: Metcalf & Heddy, 1995.)

CONSTITUYENTES

CONCENTRACIN BAJA MEDIA ALTA 720 500 300 200 220 55 165 10 220 500 160 40 15 25 0 0 8 3 5 50 30 100 100 107 108 1200 850 525 325 350 75 275 20 400 1000 290 85 35 50 0 0 15 5 10 100 50 200 150 107 109

- Slidos Totales 350 Disueltos Totales 250 Fijos 145 Voltiles 105 Suspendidos Totales 100 Fijos 20 Voltiles 80 - Slidos Sedimentables 5 - DBO5 a 20C 110 - DQO 250 - COT 80 - Nitrgeno (total como N) 20 Orgnico 8 Amoniaco libre 12 Nitritos 0 Nitratos 0 - Fsforo (total como P) 4 Orgnico 1 Inorgnico 3 - Cloruros 30 - Sulfato 20 - Alcalinidad (como CaCO3) 50 - Grasa 50 - Coliformes totales 106 - 107 (n./100ml) Nota: Concentraciones en mg/l.

2.2.4. CONSECUENCIAS PRODUCIDAS POR LA CONTAMINACION.

Cualquier cuerpo de agua es capaz de asimilar cierta cantidad de contaminantes sin ser afectado seriamente debido a los factores de dilucin y autopurificacin. Si se sobrepasa un determinado umbral se altera la naturaleza del agua receptora y deja de ser adecuada para sus diferentes usos. Habitualmente el agua contaminada se vierte en las cuencas fluviales y desde all se despla za hacia las zonas costeras de ocanos y lagos, los que absorben las materias txicas que son consumidas por los seres vivos que las habitan. El agua

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contaminada no se puede consumir para bebida, para aseo personal, para produccin ni preparacin de alimentos. Al mismo tiempo, ella afecta los sistemas biolgicos naturales provocando niveles peligrosos de residuos orgnicos y metlicos en los peces y en otras formas de vida marina. La contaminacin tambin puede provocar una fertilizacin excesiva (eutrofizacin), lo que le hace perder el oxgeno que requiere la vida marina. Sin embargo, no solo el agua superficial se contamina; tambin el agua subterrnea, que puede transportar los contaminantes a grandes distancias. La contaminacin del agua es un problema complejo, por lo que es de gran importancia comprender los efectos de la contaminacin y entre los cuales podemos sealar:

P Riesgos para la salud humana. (Ver en anexo 1, Tabla 1).

P Destruccin y contaminacin de la vida marina y acutica.

P Reduccin de la cantidad de agua disponible para uso domstico, industrial y agrcola. P Destruccin de las pesqueras industriales.

P Deterioro y destruccin de zonas de recreacin en las costas, ros y riberas.

22

CAPITULO III.

3.

ANTECEDENTES RESIDUALES.

SOBRE

EL

TRATAMIENTO

DE

LAS

AGUAS

3.1.

GENERALIDADES.

El objetivo de los diferentes tipos y niveles de tratamiento es en general, reducir la carga de contaminantes del vertido (o agua residual) y convertirlo en inocuo para el medio ambiente y la salud humana. A continuacin se realiza una introduccin general a los mecanismos de depuracin, que intervienen en los sistemas de tratamiento de aguas residuales. Para comenzar podemos decir que los mecanismos de depuracin se clasifican en tres categoras:

Mecanismos fsicos Mecanismos qumicos Mecanismos biolgicos

Entre los mecanismos o proceso fsicos podemos mencionar: desengrasado, decantacin, sedimentacin, adsorcin y filtracin mecnica. Entre los mecanismos qumicos podemos mencionar: floculacin y

coagulacin, oxidacin y reduccin, intercambio inico, neutralizacin y precipitacin qumica. Entre los mecanismos biolgicos se hace mencin a sistemas de tratamiento en que la diferencia sustancial, para llevar a cabo la oxidacin de la materia orgnica,

23

consiste en el medio de cultivo empleado, por ejemplo, sistemas de Lodos Activados utilizan cultivo biolgico en suspensin, en tanto que los Biofiltros, cultivo biolgico adherido. Como se puede ver existen muchos factores o procesos que pueden intervenir en un sistema de tratamiento de aguas, quedando determinada la eleccin del proceso por las caractersticas del afluente a tratar y/o del efluente a conseguir. Sin embargo, un mismo sistema de tratamiento de aguas puede estar compuesto por varios procesos, ya sea fsicos, qumicos o biolgicos, teniendo lugar en reactores separados o en uno que los conjugue.

3.2.

MECANISMO

DE

REMOCIN

ASOCIADO

A

LA

TECNOLOGA

SELECCIONADA.

Esta tecnologa de tratamiento no convencional (Sistema Toh o Lombrifiltro), es principalmente de carcter Biolgico. Para comprender de mejor manera el proceso de depuracin asociado a esta tecnologa, a continuacin se revisa a grandes rasgos, antecedentes generales del tratamiento Biolgico. Cabe destacar que como objetivo principal de esta tecnologa de tratamiento, est el remover la contaminacin por materia orgnica carbonosa del agua servida. Sin embargo, tambin es importante conocer la aplicabilidad que tiene la remocin de nutrientes, razn por la cual se incluyen algunos conceptos asociados a la remocin biolgica de nutrientes.

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3.2.1.

EL TRATAMIENTO BIOLGICO

Los objetivos del tratamiento biolgico del agua residual son la coagulacin y la eliminacin de los slidos coloidales no sedimentables y la estabilizacin de la materia orgnica. En el caso del agua residual domstica, el principal objetivo es la reduccin de la materia orgnica presente y, en muchos casos, la eliminacin de nutrientes como el nitrgeno y el fsforo. (Metcalf & Eddy, 1995) La depuracin biolgica se fundamenta gracias a la accin depuradora que ejercen los microorganismos sobre las aguas servidas, desde donde stos obtienen materia orgnica y nutrientes para sus procesos metablicos. Puede considerarse de esta manera que un sistema de tratamiento biolgico trata de proporcionar las condiciones favorable que provoquen el mximo desarrollo bacteriano posible. Los principales microorganismos responsables del tratamiento biolgico de las aguas residuales son: bacterias, protozoos y rotferos, hongos y algas. Sin embargo dentro de estos microorganismos, juega un importante papel la accin de las bacterias, encargadas de la descomposicin de la materia orgnica del efluente.

BACTERIAS. Son los microorganismos ms importantes en el tratamiento biolgico, producen la descomposicin de la materia orgnica y son los elementos esenciales que garantizan la presencia de la vida, manteniendo los ciclos esenciales del nitrgeno y carbono, procesos conocidos como metabolismo bacteriano .FIGURA 2. Escherichia coli. 6

___________________________6

Imagen

disponible

en

la

pgina

web

del

Colegio

Irabia

(http.//www.irabia.org/web/ciencias/microbiologia/ microbios/bacterias.htm)

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Las condiciones ambientales como: pH y temperatura, juegan un papel importante en la supervivencia y crecimiento de las bacterias. Si bien las bacterias pueden sobrevivir en un intervalo bastante amplio de valores de temperatura y pH, el crecimiento ptimo suele ocurrir en un intervalo muy restringido de valores de estos dos parmetros. En el caso del pH, la mayora de las bacterias no toleran niveles por debajo de 4,0 ni superiores a 9,5. En general, el pH ptimo para el crecimiento bacteriano se sita entre 6,5 y 7,5. Segn el intervalo de temperatura en el que el desarrollo bacteriano es ptimo, las bacterias pueden clasificarse como: TABLA N 3. Clasificacin de las bacterias segn temperatura.(Fuente: Metcalf & Heddy, 1995). Tipo Psicrfilas * Mesfilas Termfilas Temperatura, C Intervalo -10 30 20 50 35 75 ptimo 12 18 25 40 55 65

* Tambin llamadas Crifilas.

Segn las fuentes de energa y carbono, las bacterias pueden clasificarse como: TABLA N 4. Clasificacin de las bacterias segn fuentes de energa y carbono.(Fuente: Metcalf & Heddy, 1995). Clasificacin Auttrofos: Fotosintticos Quimiosintticos Hetertrofos Luz Reaccin de oxidacin - reduccin inorgnica Reaccin de oxidacin - reduccin orgnica CO2 CO2 Carbono orgnico Fuente de energa Fuente de carbono

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Finalmente como se dijo en el punto 2.2.3., segn el comportamiento frente al oxgeno libre, las podemos clasificar como: Aerbica: requieren de oxgeno libre. Obligadas Facultativas Anaerbicas: no requieren presencia de oxgeno libre. Estrictas Facultativas

PROTOZOOS Y ROTFEROS. Los protozoos en su mayora son hetertrofos aerobios, aunque algunos son anaerobios. Los protozoos suelen ser mayores que las bacterias, y suelen alimentarse de ellas para la obtencin de energa. De hecho, al consumir las bacterias y materia orgnica, los protozoos actan como depuradores de los efluentes de procesos biolgicos de tratamiento de aguas servidas.FIGURA 3. Vorticella 7.

Los rotferos es un animal aerobio, hetertrofo. Al igual como los protozoos actan como depuradores de los efluentes; son muy eficaces en la eliminacin de bacterias dispersas y floculadas, as como pequeas partculas de materia orgnica. Los rotferos, son indicadores de un sistema biolgico particularmente estable.

___________________________7

Imagen disponible en la pgina web del Colegio Irabia

(http.//www.irabia.org/web/ciencias/microbiologia/ microbios/protozoo.htm)

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HONGOS.

FIGURA 4. Rhizopus stolonifer 8.

Los hongos son protistas hetertrofos, no fotosintticas y en su mayora son aerobios estrictos. Algunos hongos pueden participar en la formacin de los flculos en ciertas condiciones: contaminacin rica en glcidos, pH bajo y deficiencias de nitrgeno y fsforo. La capacidad de los hongos para sobrevivir en condiciones de pH bajos y escasa disponibilidad de nitrgeno los convierte en organismos de gran importancia en el tratamiento de aguas residuales de origen industrial y en la formacin de compuestos a partir de residuos slidos orgnicos.

ALGAS.

FIGURA 5. Euglena 9.

Las algas son auttrofas y fotosintticas. Su importancia en los procesos de tratamiento biolgico radica en dos hechos: en la lagunas de estabilizacin, la capacidad de las algas para generar oxgeno por fotosntesis es vital para la ecologa del medio ambiente acutico y la presencia de las algas es necesaria para suministrar el oxg eno, requerido por las bacterias para su respiracin aerobia. ___________________________8

Imagen disponible en la pgina web del Colegio Irabia

(http.//www.irabia.org/web/ciencias/microbiologia/ microbios/hongos.htm)9

Imagen disponible en la pgina web del Colegio Irabia

(http.//www.irabia.org/web/ciencias/microbiologia/ microbios/algas.htm)

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3.2.1.1 REMOCIN DE LA MATERIA ORGNICA CARBONACEA.

Las bacterias se encargan de degradar la materia orgnica, a travs de su accin enzimtica, desde donde obtienen energa y nutrientes esenciales para su crecimiento y desarrollo. Estos procesos pueden desarrollarse tanto va aerobia, anaerobia o facultativa, utilizando sistema de cultivo fijo o en suspensin. As pues, el metabolismo de las clulas bacterianas se efecta mediante reacciones qumicas de oxidacin y de sntesis, las cuales son producto del resultado de distintos procesos de la clula, que se desarrollan a travs de numerosas reacciones catalizadas por enzimas que oxidan una fraccin de la materia orgnica dando lugar a productos finales y liberando la energa necesaria para la sntesis de nuevo tejido celular, es decir nuevas clulas bacterianas. En ausencia de materia orgnica, el tejido celular ser utilizado

endgenamente, producindose productos gaseosos finales y materia residual. En la mayora de los sistemas de tratamiento biolgicos estos tres procesos (oxidacin, sntesis y respiracin endgena) tienen lugar simultneamente. Estequiomtricamente, los tres procesos pueden representarse como sigue para un proceso aerobio (Metcalf & Eddy, 1995): Oxidacin:COHNS + O 2 + Bacterias(materia orgnica)

CO 2 + NH 3 + Otros productos finales + Energa

-

Sntesis:COHNS + O 2 + Bacterias C 5 H 7 NO 2(nuevas clulas bacterianas)

-

Respiracin endgena:C 5H 7 NO 2 + 5 O 2 5 CO 2 + 2 H 2O + NH 3 + Energa

29

3.2.1.2. REMOCIN BIOLGICA DE NUTRIENTES.

Al igual que la remocin de materia orgnica carbonacea, la remocin de nutrientes (N y P) tambin es posible mediante un sistema de tratamiento de tipo biolgico, requirindose para este efecto condiciones especficas de operacin, dado que en general el proceso es sensible ante los factores medioambientales.

3.2.1.2.1. REMOCIN DE NITRGENO.

El nitrgeno en el agua residual puede existir de cuatro formas: nitrgeno orgnico, nitrgeno amoniacal y como nitrgeno en forma de nitritos y nitratos. El nitrgeno orgnico y amoniacal son las formas predominantes de un agua residual no tratada. Los problemas asociados con las descargas de nitrgeno al medio ambiente se relacionan con la demanda de oxgeno que el nitrgeno amoniacal pueda ejercer y, siendo el nitrgeno un nutriente, el peligro de eutroficacin que pueda ocasionar en lagos y lagunas principalmente. Los dos principales mecanismos para la remocin de nitrgeno son la asimilacin bacteriana y el proceso de nitrificacin desnitrificacin. Dado que el nitrgeno es un nutriente, los microbios presentes en el proceso de tratamiento, asimilarn nitrgeno amoniacal incorporndolo a su masa celular. Producto de la muerte y respiracin endgena de las bacterias una fraccin de este nitrgeno amoniacal retornar al agua residual (Metcalf & Eddy, 1995). El proceso de nitrificacin desnitrificacin consta de dos etapas, en la primera etapa (nitrificacin) el amoniaco es oxidado convirtindose en nitrito (NO2) y posteriormente en nitrato (NO3 ),sin embargo esto no implica una remocin de nitrgeno sino una transformacin de un estado a otro. En la segunda etapa

30

(desnitrificacin) el nitrato es reducido a nitrgeno gaseoso (N2) estado en el cual es removido.

Nitrificacin biolgica. La nitrificacin es un proceso aerobio, en donde dos son las bacterias

responsables de la nitrificacin: Nitrosomas y Nitrobacter. Las Nitrosomas oxidan el amoniaco a nitrito, mientras que las bacterias Nitrobacter oxidan el nitrito a nitrato. Es necesario tener presente, que la transformacin de nitrgeno amoniacal en nitrgeno en forma de nitrato, no supone la eliminacin del nitrgeno, aunque si permite eliminar su demanda de oxgeno (Metcalf & Eddy, 1995). Las bacterias nitrificantes son organismos extremadamente sensibles a una amplia variedad de inhibidores (orgnicos e inorgnicos) que pueden impedir el crecimiento y la actividad de estos organismos, por ejemplo altas concentraciones de amoniaco y cido nitroso pueden ser inhibidoras. El efecto del pH tambin es significante, su rango ptimo de valores es estrecho, entre 6.5 a 7.5; aunque existen sistemas aclimatados a pH ms bajos que han tenido xito en la nitrificacin. La temperatura ejerce una tremenda influencia en el crecimiento de las bacterias nitrificantes, sin embargo, el cuantificar este efecto es difcil de establecer. Concentraciones de oxigeno disuelto (OD) sobre 1 mg/l son esenciales para que ocurra la nitrificacin, si los niveles de OD bajan de este valor, el oxigeno comienza a ser el factor limitante y la nitrificacin baja o se suspende. Finalmente los procesos de nitrificacin pueden ser realizados en medios de cultivo en suspensin y cultivo adherido. En los procesos de cultivo en suspensin, la nitrificacin puede producirse ya sea en el mismo reactor usado en el tratamiento de la materia orgnica carbonacea (proceso denominado nitrificacin en una etapa), o en un reactor de cultivo en

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suspensin independiente, situado a continuacin del tratamiento convencional de Lodos activados. La oxidacin de amoniaco a nitrato puede ser llevado a cabo ya sea con aire o con oxgeno puro. Al igual que los procesos de cultivo en suspensin, la nitrificacin en los procesos de cultivo adherido pueden ser llevados a cabo en el mismo reactor utilizado para la remocin de la materia orgnica carbonacea, o en un reactor independiente. Los Filtros Percoladores, Biodiscos y los Filtros de Alta Carga se pueden utilizar para los sistemas de nitrificacin. Estos sistemas son resistentes a peaks de carga, pero pueden ser susceptibles a los peaks de amoniaco. En sistemas combinados de oxidacin carbonacea - nitrificacin, las capas biolgicas son de mayor espesor que un reactor de nitrificacin. Bajas cargas de DBO solubles, necesario para promover el crecimiento de bacterias nitrificantes, explican la diferencia en el espesor de la capa biolgica. Cargas muy altas en un sistema combinado pueden producir un excesivo crecimiento de la capa biolgica y generar problemas de arrastre de slidos (lodos).

Desnitrificacin biolgica. La desnitrificacin es un proceso anaerobio. Una gran variedad de bacterias

intervienen en el proceso de la desnitrificacin, entre las cuales podemos citar a: Achromobacter, Alcaligenes, Flavobacterium, Lactobacillus, Micrococcus, Pseudomonas y Spirillum. Estas bacterias son hetertrofas capaces de producir la reduccin de nitrato, en condiciones anxicas (sin oxgeno), en dos pasos. El primer paso es el proceso inverso a la nitrificacin, vuelve a transformar el nitrato a nitrito. El segundo paso es la produccin de xido ntrico, xido nitroso y nitrgeno gaseoso, los cuales son compuestos gaseosos y se pueden liberar a la atmsfera (Metcalf & Eddy, 1995).

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Las bacterias anaerbicas obtienen energa para el crecimiento de la conversin de nitrato a nitrgeno gaseoso, requiriendo una fuente de carbono para la sntesis celular. Debido a que los efluentes nitrificados son bajos en materia carbonacea se requiere de un fuente externa de carbono. En algunos sistemas de desnitrificacin biolgica la entrada de aguas servidas o tejido celular es utilizado para proveer la necesidad de carbono. En sistemas desnitrificadores, la concentracin de OD es el parmetro crtico. La presencia de oxgeno disuelto evitar la accin enzimtica de las bacterias necesarias para la desnitrificacin. La alcalinidad producida en la desnitrificacin producir un incremento en el pH. El pH ptimo est entre 7 y 8 con diferentes valores ptimos para diferentes poblaciones bacterianas. La temperatura afecta a las tasas de crecimiento microbiano y a la tasa de remocin de nitratos. Los organismos son sensibles a cambios en la temperatura. Al igual que la nitrificacin, la desnitrificacin pueden ser llevadas a cabo en medios de cultivos en suspensin y cultivo adherido. Los sistemas de cultivo en suspensin usualmente utilizados son reactores tipo flujo pistn o Lodos Activados, posteriores a cualquier proceso de nitrificacin. Debido a que el nitrgeno gaseoso formado en las reacciones de desnitrificacin dificulta la sedimentacin de los lquidos mezclados, antes del clarificador de la desnitrificacin se debe instalar un reactor para la eliminacin del nitrgeno gaseoso. La desnitrificacin en los procesos de cultivo adherido, se lleva a cabo en una columna que contiene piedras o alguno de los diversos materiales sintticos sobre donde crecen las bacterias.

33

3.2.1.2.2. REMOCIN BIOLGICA DE FSFORO.

El fsforo se encuentra en las aguas

residuales en forma de ortofosfato

(PO4-3), polifosfato (P 2O7) y fsforo orgnico. Siendo los dos ltimos componentes cerca del 70% del fsforo proveniente de un agua residual domstica. Los microbios utilizan fsforo en la sntesis celular y transporte de energa. Como consecuencia de ello, entre el 10 y 30 % del fsforo presente es removido en un tratamiento biolgico secundario. Para conseguir bajos niveles de concentracin en el efluente, se requiere que los microorganismos consuman ms fsforo del requerido para sus procesos celulares normales y sntesis, lo que puede ser logrado bajo ciertas condiciones aerobias. De igual manera, si se est en presencia de condiciones anxicas el fsforo puede ser liberado de las clulas. En consecuencia, la remocin biolgica del fsforo puede ser producida bajo una secuencia de condiciones ambientales favorables dentro del reactor de tratamiento. La bacteria Acinetobacter es uno de los principales organismos responsables de la remocin biolgica del fsforo. En condiciones anaerobias, estos organismos reaccionan a los cidos Grasos Voltiles (AGVs) presentes, liberando fsforo almacenado. Los AGVs son un importante substrato para la Acinetobacter durante la competencia por la supervivencia con los organismos hetertrofos (Metcalf & Eddy, 1995). Cuando una zona aerbica es seguida por una zona anaerobia, estos organismos exhiben niveles superiores a los normales en el consumo de fsforo, donde no slo lo utilizan para mantener la actividad celular, sntesis, y transporte de energa requerida, sino que tambin lo almacenan para su uso posterior. El lodo producido contendr el exceso de fsforo que deber ser descartado o removido y tratado en un lugar destinado a remover el exceso de fsforo.

34

En resumen para la remocin de fsforo se requiere la exposicin de los microorganismos a zonas anaerobias seguida de una zona aerbica, dentro del mismo reactor o en reactores separados, ms condiciones ambientales favorables.

3.3.

DESINFECCION.

La desinfeccin es un proceso de destruccin o inactivacin de los microorganismos patgenos que pueda haber en el agua que a sido sometida a los tratamientos primarios o secundarios. Los efectos de inactivacin dependen del tipo de microorganismos, de la dosis y del tipo de desinfectante e mpleado y el tiempo de contacto. Los desinfectantes de uso comn en el tratamiento de las aguas pueden clasificarse en:

Desinfectantes qumicos: se emplea cloro en varias formas (cloro gas, hipoclorito, dixido de cloro), ozono, cido paractico, etc.

Desinfectantes fsicos: dentro de este grupo se encuentran solo los rayos ultravioletas (UV).

Los sistemas de desinfeccin ms utilizados en las aguas servidas pueden concretarse en cloracin, ozonizacin y radiacin ultravioleta, los cuales se detallan a continuacin.

35

3.3.1. CLORACION.

El cloro, es el desinfectante ms usado para el tratamiento del agua residual domstica porque destruye los organismos al ser inactivados mediante la oxidacin del material celular10

. El cloro puede ser suministrado en muchas formas que

incluyen el gas de cloro y las soluciones de hipoclorito (hipoclorito de sodio o de calcio), la reaccin qumica por la que se obtiene la purificacin y saneamiento es la misma. Cuando se agrega cloro al agua la accin desinfectante y sanitaria que resulta es efectuada mediante un agente qumico intermedio, el cido Hipocloroso. El cloro y el agua reaccionan para formar el cido hipocloroso 10. El cido hipocloroso es el que realmente mata a los microorganismos presentes en el agua. Esto se debe a que el cido hipocloroso tiene la capacidad de difundirse a travs de las paredes de las clulas y de llegar as a las partes vitales de la clula bacteriana. Adems, tiene efectos residuales por lo que acta sobre el contaminante en tratamiento posterior. El cloro residual es el termino que se aplica al cloro disponible que permanece despus que la demanda de cloro (cantidad de cloro requerida para destruir las bacterias y la materia orgnica)ha sido satisfecha. La presencia de cloro residual disponible en una fuente de agua es seguro contra nuevas contaminaciones. La ventaja del sistema de desinfeccin por cloracin es su bajo costo respecto de la desinfeccin con ozono y la radiacin UV (excepto cuando la descloracin son requeridos, para evitar efectos txicos en el medio receptor, operacin que en muchos casos anula la ventaja econmica de la cloracin respecto a los radiacin UV). ___________________________10

Informacin disponible en la pgina web de la Agencia de Proteccin Ambiental de EE.UU

(http.//www.epa.gov/owm/mtb/cs-99-062.pdf).

36

Otra ventaja es, el cloro residual que permanece en el efluente de agua servida puede prolongar el efecto de desinfeccin an despus del tratamiento inicial. El cloro tiene el problema de oxidar ciertos tipos de materiales orgnicos del agua residual generando compuestos ms peligrosos tales como los metanos

trihalogenados, as como la formacin de compuestos cancergenos (Arango, 2003). Cabe destacar tambin que el cloro residual, an en bajas concentraciones, es txico a los organismos acuticos y por ello puede requerirse la descloracin11 . Se desconocen los efectos a largo plazo de la descarga de compuestos de la descloracin al medio ambiente11

.

El grado de desinfeccin requerido de cualquier sistema de desinfeccin por cloracin puede ser obtenido mediante la variacin de la dosis y el tiempo de contacto. La dosis de cloro vara con base en la demanda de cloro, las caractersticas del agua residual y los requisitos de descarga del efluente.

3.3.2. OZONO.

La desinfeccin por ozono es el resultado de la desintegracin de la pared celular del microbio debido a la oxidacin. Es una gas de olor caracterstico, de color azul, muy inestable, detectable y fcilmente reconocible por su olor picante con concentraciones entre 0,08 y 0,1 mg/L La aplicacin del ozono en el tratamiento de aguas residual es muy variado, se usa en (Arango, 2003): P Desinfeccin bacteriana. P Inactivacin viral. ___________________________11

Informacin disponible en la pgina web de la Agencia de Proteccin Ambiental de EE.UU

(http.//www.epa.gov/owm/mtb/cs-99-062.pdf).

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P Reduccin de metales pesados. P Nitrificacin. P Eliminacin de color, sabor y olor. P Eliminacin de turbiedad. P Eliminacin de algas. P Oxidacin de compuestos orgnicos (fenoles, detergentes, pesticidas). P Oxidacin de compuestos inorgnicos (cianuros, sulfuros y nitritos). El ozono tiene la ventaja que es un desinfectante rpido y activo contra bacterias y virus, porque destruye la protena celular principalmente por inactivacin de los sistemas enzimticos crticos, enzimas esenciales para la vida microbiolgica. Su desventaja es que los efectos no permanecen despus del tratamiento, o sea que no tiene efecto residua l como el cloro. El ozono es un gas de ms complicado manejo que el cloro ya que es inestable (por ello debe producirse en el propio lugar de utilizacin) y adems es mas caro.

3.3.3. RADIACIN ULTRAVIOLETA.

Es una alternativa de desinfeccin al uso del cloro y ozono en muchas aplicaciones de agua potable y aguas residuales. La radiacin ultravioleta (UV) acta de forma que penetra a travs de la pared celular de un microorganismo vivo, modificando la estructura del ADN (cido desoxirribonuclico) y evitando con ello su reproduccin. Una clula que no se puede reproducir se considera muerta 12.

___________________________12

Informacin

disponible

en

la

pgina

web

de

Aguamarket

(http.//www.aguamarket.com/temas_interes/003.asp)

38

Los microorganismos son inactivados por la luz ultravioleta como resultado del dao fotoqumico a sus cidos nucleicos afectados por una longitud de onda, con valores entre 250 a 260 nm. La reduccin de los componentes orgnicos depende de los siguientes parmetros 13 : P Intensidad de de la luz UV en el equipo, que es una funcin de las lmparas (watts). P Tiempo de paso (o retencin) del fluido en el equipo esterilizador, lo que depende exclusivamente de variables de diseo del mismo. P Resistencia relativa a los microorganismos a destruir, ya que no todos son igualmente resistentes. P Transparencia del fluido a esterilizar, ya que la presencia de partculas en el agua puede ocultar los microorganismos de la luz germicida a la vez que la dispersan, por lo que en estos casos se recomienda el uso de filtros orientados a la remocin de la materia slida en suspensin. El funcionamiento de este sistema, es conducir el flujo a travs de una cmara de irradiacin, en cuyo interior se ubica, aislada por un tubo de cuarzo, una lmpara generadora de luz UV. Esta lmpara es un tubo largo de cuarzo, sellado en sus extremos en cuyo interior hay gas de mercurio a baja presin. Los equipos que se utilizan para producir la radiacin ultravioleta, deben ser manejados con bastante precaucin, de manera de evitar que los operadores de los dispositivos sufran algn tipo de exposicin prolongada. Los tubos de cuarzo pueden ser removidos en cosa de minutos y slo es necesario cambiarlos cada 5 aos de uso continuo. Sin embargo, es muy importante que se mantengan limpios, lo que depende fundamentalmente del medio en que opera el equipo, asegurando as, una mxima irradiacin, y con ello una ptima desinfeccin. ___________________________13

Informacin disponible en la pgina web de Biolight S.A. (http.//www.biolight.cl.)

39

La ventaja de utilizar ste mtodo de desinfeccin, es por su rapidez, confiabilidad y eficiencia para la eliminacin de microorganismos patgenos, sin agregar al agua productos qumicos que puedan generar compuestos txicos, como es el caso del cloro. Por otra parte, el uso de energa ultravioleta no requiere de grandes estanques para el almacenamiento del agua, puesto que no necesita los tiempos de retencin que requieren para actuar los agentes activos de otro sistemas como Cloro, Ozono, etc., as como tampoco produce cambios fsicos o qumicos en el fluido, y por lo tanto, en el medio ambiente .

40

CAPITULO IV.

4.

LEGISLACION VIGENTE.

Hoy en da en Chile, la legislacin que existe respecto a la forma de disponer las aguas residuales hace una separacin de dos grupos potencialmente contaminantes, que son: las aguas residuales industriales y las aguas residuales domsticas. El desarrollo de este tema se enfocar exclusivamente a la legislacin de las aguas residuales domsticas. Respecto a las aguas residuales domsticas, la legislacin chilena establece normativas por separado de acuerdo a la manera de disposicin de las aguas residuales provenientes de alcantarillado pblico y las provenientes de alcantarillado particular. A continuacin se pretende dar una orientacin de los distintos reglamentos y normas a los que estn sujetos los sistemas de tratamiento de aguas residuales domsticas, en especial los que se refieren a sistemas individuales. Adems mencionar los distintos organismos que velan porque se cumplan dichas disposiciones. Las leyes y cuerpos normativos que hacen mencin sobre contaminacin de aguas, son esencialmente las siguientes:

P LEY 19.300 LEY SOBRE BASES GENERALES DEL MEDIO AMBIENTE. P CDIGO SANITARIO. P CDIGO DE AGUAS. P REGLAMENTO GENERAL DE ALCANTARILLADOS PARTICULARES. P NORMA NCh 1333 REQUISITOS DE CALIDAD DE AGUAS PARA DIFERENTES USOS.

41

4.1.

LEY

19.300

LEY

SOBRE

BASES

GENERALES

DEL

MEDIO

AMBIENTE.

Organismo Fiscalizador: CONAMA y los organismos del Estado que, en uso de sus facultades legales, participan en el Sistema de Evaluacin de Impacto Ambiental. Norma: En esta ley se hace referencia a todas las actividades que sean susceptibles de causar impacto ambiental. Se sealan las actividades que pueden producir especficamente contaminacin de recursos hdricos y se establecen reas de proteccin, adems se indica que los respectivos organismos encargados de la proteccin de los distintos recursos naturales deben velar por el cumplimiento de las normas.

4.2.

CDIGO SANITARIO.

Organismo Fiscalizador: Servicio de Salud. Norma: Establece el cumplimiento de los reglamentos y normas que resguardan las condiciones sanitarias de todos los ambientes susceptibles de ser contaminados producto de las actividades humanas, de manera de proteger la salud e higiene ambiental de la poblacin.

42

4.3.

CDIGO DE AGUAS.

Organismo Fiscalizador: Direccin General de Aguas (DGA). Norma: Vela por la proteccin de todos los recursos hdricos. Regula el aprovechamiento de aguas y prohbe cualquier tipo de contaminacin que pudiera afectar dicho aprovechamiento.

4.4.

REGLAMENTO GENERAL DE ALCANTARILLADOS PARTICULARES.

Organismo Fiscalizador: Servicio de Salud. Norma: El reglamento se refiere a la manera de disponer las aguas residuales domsticas (o caseras) que no puedan ser descargadas a una red de alcantarillado pblico. En general, se establece que para disponer las aguas residuales domsticas (o caseras) en algn cuerpo o curso de agua, o por incorporacin en el subsuelo, ser menester someterlas previamente a un tratamiento de depuracin que permita obtener un afluente libre de materia orgnica putrescible. Propone como sistema de tratamiento individual de aguas residuales domsticas (o caseras), la fosa sptica con sus respectivos dispositivos de apoyo para cada caso en particular. Sin embargo, proporciona la variante de uso de cualquier otro sistema de tratamiento que sea capaz de purificar las aguas servidas dentro de los parmetros de calidad establecidos tanto por las normas vigentes como por el propio reglamento. Esta norma requiere la aprobacin previa del Servicio de Salud Regional, para proceder a construir, alterar, modificar o reparar cualquier obra destinada a la disposicin o tratamiento de aguas residuales.

43

4.5.

NORMA NCh 1333 REQUISITOS DE CALIDAD DE AGUAS PARA DIFERENTES USOS.

Organismo Fiscalizador: Direccin General de Aguas (DGA), Servicio de Salud. Norma: Indica los parmetros ms relevantes sobre caracterizacin que deben cumplir los efluentes de aguas residuales domsticas .Establece parmetros que permiten fijar criterios de calidad del agua para distintos usos. El objetivo de estos criterios es proteger y preservar la calidad de las aguas que se destinen para usos especficos, de la degradacin producida por contaminacin con residuos de cualquier tipo u origen. En dicha norma establece los requisitos de calidad del agua de acuerdo a su uso y se debe aplicar a las aguas destinadas a los usos siguientes: a) Agua para Consumo Humano. b) Agua para la bebida de Animales. c) Riego. d) Recreacin y Esttica. d.1) Esttica. d.2) Recreacin con Contacto Directo. d.3) Recreacin sin Contacto Directo . e) Vida Acutica.

44

CAPITULO V.

5.

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN SECTORES RURALES.

5.1.

GENERALIDADES.

Debido a su tamao, las pequeas comunidades enfrentan una serie de problemas que hacen que la construccin y manejo de plantas de tratamientos de aguas residuales sea ms complicado, cuyas razones son:

P

Enfrentan normas ambientales igual de estrictas que en las grandes cuidades.

P

Los costos de construccin y mantenimiento de plantas en comunidades pequeas, son muchos ms elevados (en costo per cpita) que en grandes cuidades.

P

En la pequeas comunidades se tienen menos recursos y conocimientos para mantener y operar plantas. Los problemas ms comunes en ste sentido tienen que ver con el diseo, construccin, supervisin y mantenimiento.

Por lo tanto, las soluciones que se adopten para comunidades pequeas dan prioridad a los procesos que requieren tiempos mnimos de atencin del personal. Tienen que ser muy simples de operar y se debe evitar complejas automatizaciones por falta de personal especializado. Actualmente en Chile, la cobertura de tratamiento de aguas residuales en sectores rurales es muy precario. Se ha detectado que la solucin mas popular al

45

problema de las aguas residuales son las fosas spticas, que por razones econmicas existen una gran cantidad de stas como sistema de disposicin de residuos lquidos, principalmente domiciliarios. A los cuales hay asociados aspectos negativos considerables, como olores, contaminacin de aguas subterrneas, etc.

5.2.

SISTEMAS SEPTICOS.

Los sistemas spticos se utilizan para el tratamiento y la disposicin de aguas de desecho de origen domstico. Tpicamente, un sistema sptico consiste de un tanque llamado fosa sptica y de un campo de absorcin que pueden ser: pozo absorbente o sistema de drenes, representado en las figuras 6.1 y 6.2 respectivamente. La fosa sptica quita los slidos sedimentarios y flotantes del agua servida y el sistema de absorcin filtra y trata el efluente de la fosa sptica. El quitar los slidos del agua residual protege el sistema de filtracin contra obstruccin y falla prematura. El sistema sptico, son apropiados para pequeas comunidades y viviendas aisladas que no pueden conducir sus residuos lquidos a redes de saneamiento pblico. Como se menciono en el punto 5.1. son la solucin mas popular al problema de las aguas residuales en sectores rurales, por ser un sistema muy sencillo de construir y econmico. Pero sin embargo pueden dar problemas de contaminacin de los recursos hdricos, como fue el caso en el Lago Villarrica, que se contamin por la filtracin de fosas spticas de viviendas ubicadas en su orilla, adems de otros causantes como: turismo ( baistas, lanchas, desechos, etc ) y por la actividad agrcola y forestal, que

46

produce arrastre de slidos (Comisin Nacional del Medio Ambiente - El Mundo urbano Novena regin de la Araucana. http.// www.conama.cl). El sistema sptico no trata las aguas servidas, pues slo separa los slidos por decantacin y dispone la parte lquida mediante absorcin en el terreno como se dijo anteriormente y que se detallar a continuacin. Por lo tanto, la fosa tarde o temprano se colmata, perdiendo el terreno a su vez la capacidad de absorber el efluente lquido de la fosa (el suelo se impermeabiliza).

FIGURA 6.1. Fosa Sptica con Pozo Absorbente 14.

FIGURA 6.2. Fosa Sptica con Sistema de Drenes 14 .

___________________________14

Imagen

disponible

en

la

pgina

web

de

Agua

Centro

Fibrogen

(http.//www.fibrogen.cl/fosas%20septicas.htm)

47

5.2.1. FOSA SEPTICA.

La fosa sptica es un sistema muy sencillo de construir y de explotar, se utiliza desde finales del siglo XIX. sta puede ser construida de albailera, hormign armado o prefabricadas (ejemplo: plstico reforzado con fibra de vidrio), de forma rectangular, cilndricas verticales u horizontales etc. y se ubican generalmente enterradas. La fosa sptica debe ser hermtica al agua, durable y estructuralmente estable (Metcalf & Eddy, 1995). Puede contar de uno o ms compartimentos (ver figura 7), proporcionando una mejor eliminacin de los slidos en suspensin, lo cual puede ser valioso para la proteccin del sistema de absorcin (Metcalf & Eddy, 1995). Una tapa de visita debe proveerse en cada compartimiento y ventilacin entre compartimientos, para permitir el libre paso del gas. La tubera de entrada a la fosa sptica tiene forma de T, como se ve en la figura 7, para depositar las aguas a cierta profundidad, con el mnimo de perturbacin, dejando un espacio de aire en la parte superior de la fosa no inferior a unos 25 cm., para contener los gases y las materias flotantes que puedan acumularse. Asimismo, la tubera de salida, de forma semejante, toma el agua desde ms abajo, previniendo el paso de la capa de nata. Toda fosa sptica adems estar provista de una escotilla y una tapa hermtica de no menos de 60 cm. de dimetro, stas (escotilla y tapa) se utilizan cada 2 aos aproximadamente para extraer los residuos que se acumulan en el fondo, lo que se hace por medio de camiones especiales. Respecto de las dimensiones de la fosa sptica, stas dependen principalmente del nmero de usuarios.

48

CONEXIN EN T

FIGURA 7. Fosa Sptica de 2 Compartimientos 15.

5.2.1.1. DESCRIPCION DEL PROCESO SPTICO.

Las aguas residuales provenientes de una instalacin domiciliaria se evacuan a una fosa sptica, donde se origina un tratamiento de tipo primario, por lo cual el efluente debe ser sometido a un tratamiento posterior (secundario) el que puede consistir en un pozo absorbente o un sistema de drenes (Espinoza, 2003). Es as que las fosas spticas quitan la materia slida por decantacin, al detener el agua residual en el tanque, que permite que los slidos sedimentables presentes en el agua residual sedimenten formando una capa de fango en la parte inferior de ste. Las grasas y dems materiales ligeros flotan en superficie, dando lugar a una capa de espumas formada por acumulacin de materia flotante. Para que esta separacin ocurra, el agua servida debe detenerse por un mnimo de 24 horas. Hasta el 50% de los slidos retenidos en el tanque se descomponen. La materia slida restante se acumula en el tanque16

.

___________________________15

Imagen

disponible

en

la

pgina

web

de

Texas

A&M

University

System

(http://itc.tamu.edu/documents/extensionpubs/L-5227S.pdf).16

Informacin

disponible

en

la

pgina

web

del

Portal

del

Mantenimiento

Industrial

(http.//www.solomantenimiento.com/m_pozos_septicos.htm).

49

El agua residual decantada y libre de flotantes que se halla entre las capas de fango y de espumas fluye hacia el campo de absorcin. Los slidos o lquidos en la fosa son sometidos a descomposicin por procesos naturales y bacteriolgicos. Las bacterias presentes son de la variedad llamada anaerobia que prosperan en la ausencia de oxigeno libre. Esta descomposicin de aguas residuales en condiciones anaerobias es llamada sptica (de aqu el nombre de la fosa), lo que conlleva a una produccin de gases: Dixido de Carbono (CO2), Metano (CH4) y Hidrgeno (H2S) (Metcalf & Eddy, 1995). A pesar de que en las fosas spticas se genera sulfuro de hidrgeno no se suelen producir problemas de olores, debido a que el sulfuro de hidrgeno (SH2) se combina con los metales presentes en los slidos sedimentados dando lugar a la formacin de sulfuros metlicos insolubles (Metcalf & Eddy, 1995). Si se producen olores es un sntoma de que se ha perdido el equilibrio biolgico de la biomasa que trabaja en ella en beneficio de las bacterias acidfilas, que producen excesivos sulfuros de hidrgeno e impiden la degradacin natural y en esas condiciones la fosa o el pozo no trabajan y la materia slida se acumula pero no se convierte en gases con el consiguiente llenado rpido y perdida de drenaje al ir todos los slidos a la zona de filtrado produciendo una costra e impidiendo el drenaje, la filtracin de lquidos al terreno17

Sulfuro de

.

___________________________17

Informacin

disponible

en

la

pgina

web

de

Clean

World

Hispania

(http.//www.ctv.es/clean_world_hispania/fosassepticaspozossepticos.htm).

50

5.2.2.

SISTEMA DE INFILTRACION.

5.2.2.1. DESCRIPCION DEL PROCESO DE OXIDACION.

La fosa sptica efecta solamente un proceso preparatorio en la depuracin de las aguas residuales domsticas (tratamiento primario) como se menciono en el punto 5.2.1.1., por lo tanto el efluente no posee las caractersticas fsico-qumicas ni microbiolgicas adecuadas para ser descargado directamente a un cuerpo receptor. Por esta razn, es necesario proporcionar un tratamiento al efluente, con el propsito de disminuir los riesgos de contaminacin y de perjuicio a la salud pblica. Las aguas del efluente de la fosa sptica no contienen oxgeno (condicin que requiere la flora bacteriana anaerbica para ejercer su accin desintegrante), pero si se favorece su contacto con el aire, el oxgeno se absorbe rpidamente permitiendo la oxidacin de los slidos disueltos, mejorando su calidad. Las bacterias aerobias efectan este nuevo proceso. La materia orgnica se mineraliza y en las aguas oxidadas es menos probable que perduren los grmenes patgenos. Es as, que para que se produzca este proceso de oxidacin, el tratamiento final y la evacuacin del efluente de la fosa sptica se realiza por absorcin en el terreno, denominado campo de absorcin. Este campo de absorcin puede consistir en un pozo absorbente o sistema de drenes. Para tratar las aguas residuales, este sistema depende mucho del suelo donde los microorganismos ayudan a eliminar la materia orgnica, los slidos y los nutrientes que permanecen en el agua. Requiere de un rea de terreno poroso, por el cual se distribuye el efluente de la fosa sptica y se oxida al entrar en contacto con el

51

aire (contenido en los huecos del terreno) y con las bacterias aerobias que existen en l. Mientras el efluente fluye continuamente hacia el suelo, los microorganismos que digieren los componentes de las aguas residuales forman una capa biolgica. La capa reduce el movimiento del agua por el suelo y ayuda que el rea debajo de la capa no se sature18

.

Respecto de las dimensiones del pozo absorbente y el sistema de drenes, adems de la cantidad de aguas residuales generadas diariamente por persona, se debe considerar las propiedades absorbentes del terreno es decir la permeabilidad de ste. Las caractersticas de permeabilidad de un suelo, se miden a travs de una prueba de infiltracin, que permite obtener un valor estimativo de la capacidad de absorcin de un determinado sitio (Espinoza, 2003). El suelo debe tener una velocidad de filtracin aceptable, sin interferencias del agua fretica o de estratos impermeables bajo el nivel del sistema de absorcin. En cuanto a la seleccin de los sistemas anteriormente nombrados, se prefiere el sistema de drenes al pozo absorbente cuando hay napas relativamente superficiales y estratos impermeables a poca profundidad. Cualquier sistema de absorcin adoptado, debe mantene rse a una distancia prudente entre el sitio y cualquier fuente de agua potable. Puesto que la distancia a la que la contaminacin puede llegar, bajo la tierra, depende de numerosos factores, incluyendo las caractersticas de las formaciones del subsuelo y del volumen de aguas residuales descargado, ninguna distancia predeterminada ser absolutamente segura en todas las localidades. Por lo tanto, entre mayor sea la distancia, mayor ser la seguridad proporcionada. La distancia mnima entre campo de absorcin y cualquier fuente destinada o destinable al suministro de agua potable ser de 100 mt. ___________________________18

Informacin disponible en la pgina web de la Agencia de Proteccin Ambiental de EE.UU

(http.//www.epa.gov/owm/mtb/cs-99-075.pdf).

52

Si existen aguas subterrneas en la zona del campo de absorcin, el nivel de agua fretica debe quedar por lo menos a un metro de profundidad del fondo de la zanja de infiltracin.

5.2.2.1.1. POZO ABSORBENTE.

Consiste en una excavacin en el terreno, por lo general de 2.0 a 2.5 mt. de dimetro, con una profundidad que normalmente vara de 6 a 12 mt., al cual se vacan las aguas servidas sedimentadas provenientes de la fosa sptica, las cuales se infiltran en el terreno. El pozo es de forma cnica y se rellena hasta de su alto con piedra boln, de 0.2 mt. de dimetro como mnimo, que sirve de entibacin y para distribuir el lquido en el subsuelo (el tratamiento aerobio-biolgico logrado por la posible zooglea generada en la superficie de las piedras es mnimo, debido a la escasa aeracin) (Espinoza, 2003). Todo pozo absorbente debe tener una cubierta o losa de hormign armado de 0.2 mt. de espesor descansado sobre un brocal o anillo de hormign. A la cubierta se le deja una tapa de inspeccin de 0.6 x 0.6 mt. y se conecta a una caera de ventilacin de 4 (mortero de cemento comprimido, asbesto cemento, arcilla vitrificada, hierro, etc.) para la eliminacin de gases. Debe sobrepasar el nivel de la techumbre del inmueble y estar protegida con malla de alambre fino que impida el acceso de moscas, cucarachas, mosquitos y otros insectos (ver figura 8.1) (Espinoza, 2003). Debido a las pendientes de las caeras y a la fosa sptica, la losa del pozo se encuentra comnmente a 1.3 mt. o ms, por debajo del nivel de la superficie del terreno.

53

La distancia entre dos pozos debe ser de por lo menos 3 veces el dimetro interno del mayor de ellos o 6 mt. para pozos de mas de ms de 6 mt. de profundidad (ver figura 8.2.) Este sistema de absorcin no debe usarse en zonas donde el abastecimiento de agua para el hogar se obtiene de pozos poco profundos.

FIGURA 8.1. Pozo Absorbente. (Fuente: Espinoza, 2003)

54

FIGURA 8.2. Esquema de Infiltracin a travs de Pozo Absorbente.(Fuente: Espinoza, 2003)

5.2.2.1.2. SISTEMA DE DRENES.

Consiste en una cmara repartidora a la cual llega el efluente de la fosa sptica, sta cmara posee una ventilacin y varios tubos perforados que pueden ser de PVC u otro material. Las tuberas van colocadas en zanjas rellenas con grava y cubiertas con tierra. Su funcin es distribuir las aguas residuales que salen de la fosa sptica, e incorporarlas al subsuelo a travs de un proceso de filtracin al igual que el pozo absorbente. Las zanjas como mnimo deben tener una profundidad de 60 cm., aunque puede requerirse una profundidad adicional para ajustes, grava extra bajo el tubo o

55

para otros propsitos del diseo. Respecto al ancho de la zanja esta puede variar entre 30 a 90 cm. La grava que va sobre la parte superior del tubo debe tener como mnimo una altura de 5 cm. y bajo el fondo del tubo 15 cm. como mnimo. La parte superior de las piedras debe cubrirse con geotextil, de forma que el relleno de tierra no se mezcle ni se atasque el espacio ocupado por la capa de grava. Sobre este relleno de tierra se coloca un subrerrelleno de 10 a 15 cm. de tierra, para permitir que se ajuste al nivel de terreno cuando se asiente (ver figura 9 ). La pendiente promedio recomendable es de 0.5% para permitir el desplazamiento del liquido.

FIGURA 9. Sistema de drenes 19.

___________________________19

Imagen

disponible

en

la

pgina

web

de

Texas

A&M

University

System

(http://itc.tamu.edu/documents/extensionpubs/L-5227S.pdf).

56

5.2.3. MANTENCION DEL SISTEMA SEPTICO.

Una mantencin adecuada de las fosas spticas es la mejor prevencin para asegurar una normal operacin del sistema y para evitar costosa y muchas veces difcil reposicin del pozo absorbente o de los drenes de infiltracin.

P

Las fosas spticas deben limpiarse antes de que se acumule demasiado

cieno(fango) o natas. Si el cieno o las natas se acercan demasiado al fondo del tubo de salida, las partculas sern arrastradas al campo de absorcin y atascaran el sistema, en consecuencia, el lquido puede brotar a la superficie del terreno. Cuando un campo de absorcin se atasca de esta forma, no slo es necesario limpiar la fosa, sino tambin construir un nuevo campo de absorcin. Por lo tanto, cuando el espesor del fango depositado sobre el fondo de la fosa sptica se aproxima a los 2/3 de la distancia entre el radier y la boca del tubo de salida, la fosa necesita limpieza. El aspecto de las partculas que contiene el efluente que pasa por la cmara distribuidora de drenes es tambin un buen indicador del estado de rendimiento de la fosa20

.

Una limpieza oportuna evita que los slidos pasen en exceso al sistema de infiltracin y lo obstruyan. Las fosas deben ser limpiadas por empresas registradas en los Servicios de Salud. Por lo tanto, las fosas deben ser inspeccionadas por lo menos una vez al ao y limpiadas cuando sea necesario, se recomienda ser bombeada cada 2 3 aos20

.

___________________________20

Informacin disponible en la pgina web del Servicio de Salud Valparaso San Antonio

(http.//www.ssvsa.cl/fosasept.htm).

57

P

Debe comprobarse peridicamente que los estanques de los camiones limpia

fosas no tengan filtraciones y que el vaciado se haga en forma sanitaria en los lugares autorizados por este Servicio de Salud en cmaras designadas para este objeto 21.

P

En ningn caso debe rasparse el interior de una fosa sptica que ha sido

vaciada. El material que queda adherido a sus paredes y fondo hace las veces de siembra bacteriana y de ayuda para recuperar la actividad biolgica de la fosa 21.

P

Cuando se vaya a limpiar una fosa sptica grande, debe tenerse cuidado de

no entrar en la fosa hasta que sea bien ventilada y los gases se hayan desalojado para evitar riesgos de explosin o asfixia para los trabajadores 22 .

P

El hipoclorito de sodio usado en lavanderas inhibe la accin bacteriana,

debiendo por lo tanto conectar el desage de sta dependencia o establecimiento con la cmara final de distribucin de los drenes o con el pozo absorbente sin pasar por la fosa sptica. Los detergentes y desinfectantes que se usan en los hogares en forma normal no tienen efecto negativo sobre la flora bacteriana anaerbica que efecta la descomposicin de la materia orgnica 21.

P

No plantar arbustos ni rboles junto al campo de drenes, porque sus races

penetran por las junturas de los tubos o por sus perforaciones, obstruyendo el sistema 21.

___________________________21

Informacin disponible en la pgina web del Servicio de Salud ValparasoSan Antonio

(http.//www.ssvsa.cl/fosasept.htm).22

Informacin

disponible

en

la

pgina

web

del

Portal

del

Mantenimiento

Industrial

(http.//www.solomantenimiento.com/m_pozos_septicos.htm).

58

5.2.4. IMPLEMENTACION DEL SISTEMA SEPTICO EN SECTORES RURALES.

El Sistema Sptico, es la solucin mas popular como sistema de disposicin de residuos lquidos en sectores rurales chilenos, siendo aplicado en residencias privadas, escuelas, campamentos, balnearios, etc La gran ventaja de los sistemas spticos es que son econmicas, tanto de instalar como de operar. No requiere de tener un operador a cargo de ella, ya que ste no opera con equipos mecnicos. Adems, si el sistema es diseado y mantenido correctamente puede durar ms de 20 aos 23. Sin embargo hay una serie de desventajas asociadas a ste sistema, que son:

Bajos niveles de eficiencia en la remocin de contaminantes. Niveles de remocin de DBO oscila entre el 30% al 40% y slidos suspendidos entre un 40% al 50%24

.

Generacin de lodos contaminantes, la fosa sptica requiere de una frecuencia de vaciado alta (lodo), que deben ser retirados por camin limpia fosas de manera peridica, provocando malos olores y los dos son debidos a un rendimiento biolgico bajo.

Las limitaciones de los sistemas spticos incluyen el tipo y permeabilidad natural del suelo, la profundidad del agua subterrnea y la topografa del terreno.

___________________________23

Informacin disponible en la pgina web de la Agencia de Proteccin Ambiental de EE.UU

(http.//www.epa.gov/own/mtb/cs-99-075.pdf).24

Informacin

disponible

en

la

pgina

web

de

Agua

Centro

Fibrogen

(http.//www.fibrogen.cl/fosas%20septicas.htm).

59