Cristian teoria

ntroducción
1. Antecedentes
La tierra, conocida como el planeta azul, tiene cubierta de agua alrededor del 70 %
de su superficie, la cual no solo es parte esencial de nuestra propia naturaleza y la
de los demás seres vivos, sino que también contribuye al bienestar general en todas
las actividades humanas.
Además de la escasez de agua para consumo humano, uno de los mayores
problemas a los que se enfrentran muchas poblaciones es la contaminación de este
recurso hídrico proveniente, tanto de fuentes superficiales como subterráneas,
producto principalmente de las diversas actividades antropogénicas.
En la actualidad muchas personas desconocen los procesos de reutilización de
aguas residuales y sus beneficios potenciales. Por ejemplo, en el caso de la
agricultura, el agua residual adecuadamente tratada es una fuente importante tanto
para los cultivos como para recarga de acuíferos y otras áreas.
Alrededor del mundo existen casos actuales que son ejemplos existosos del uso de
tecnología moderna de tratamiento de aguas residuales, a pesar de las dificultades
relacionadas con su entorno. Un ejemplo es Israel, un país donde su geografía limita
la capacitación y suministro de agua a sus pobladores, pero con el uso de
tecnologías modernas han hecho viable satisfacer la demanda de este recurso. Es
así que cuentan con sistemas de tratamiento de aguas residuales para el riego en
la agricultura, teniendo éxito en sus productos. Otros casos existosos en el mundo
podrían ser ejemplos concretos del grado de desarrollo hídrico que podría evaluar
y adecuar a la realidad de nuestro medio. Esta adecuación no debe ser solo una
solución técnica, sino debe incluir un análisis de las implicaciones sociales, políticas
y culturales.
En sucre actualmente se cuenta con una planta de tratamiento de aguas residuales,
la cual centraliza el servicio a zonas que se encuentran dentro del área de cobertura
de la red de alcantarillado sanitario, el acelerado crecimiento poblacional en nuestro
medio se va inclinando a zonas periurbanas y rurales, quedando muchas de ellas

fuera del área de cobertura de la red de alcantarillado, ocasionando un serio
problema de saneamiento ya que sus aguas residuales son descargadas de manera
directa a la intemperie afectando ríos, quebradas, etc. Lo cual genera un fuerte
impacto ambiental y poniendo en peligro la salud de los habitantes.
Uno de los casos que presenta el problema anteriormente mencionado en la
Urbanización Bolivia del distrito 5 de la Ciudad de Sucre que no cuenta con un
sistema de tratamiento de aguas residuales, las cuales son vertidas directamente a
la intemperie sin un tratamiento previo convirtiendo la zona en un foco de
contaminación afectando la salud de los vecinos.
¿De que manera se puede mitigar los efectos de las aguas residuales en el medio
ambiente y en la salud de la población de Villa Azurduy, la cual no tiene acceso a la
red principal de saneamiento básico?
2. Objetivos
2.1 Objetivo general
Diseñar una planta de tratamiento de aguas residuales para el municipio de Villa
Azurduy, aplicando reactores biológicos anaerobios.
3. Objetivo específicos
 Describir las características topográficas y de suelos del lugar de aplicación
del proyecto.
 Analizar las características de las aguas residuales provenientes de Villa
Azurduy.
 Determinar el marco contextual para el diseño de plantas de tratamiento de
aguas residuales.
 Analizar la población de Villa Azurduy.
 Diseñar la planta de tratamiento de agua residual mediante reactores
biológicos anaerobios.
 Caracterizar la operación y mantenimiento para el optimo funcionamiento de
la planta.

4. Justificación
Los sistemas de tratamiento de aguas residuales tienen como objetivo mitigar el
grado de contaminación del efluente final y reducir algunas características
indeseables, de manera tal que al evacuar o disponer de estas aguas, cumplan con
los requisitos mínimos definidos por las normas y autoridades sanitarias de un
determinado país o región, con el fin de proteger la salud de la población y mantener
la limpieza del medio ambiente. Por consiguiente, la necesidad fundamental de
controlar la contaminación producida por las aguas residuales en todo el mundo,
ocasiona búsqueda destinadas a establecer procesos biológicos para el tratamiento
de las mismas.
Es esta problemática la que aqueja actualmente al municipio de Villa Azurduy, aun
mas con el crecimiento de la población del centro poblado; razón por la cual es de
carácter urgente la implementación de una planta de tratamiento de aguas
residuales para evitar el vertimiento actual de estos deshechos al rio circundante.
Como propuesta técnica de solución, se ha visto que los reactores biológicos
anaerobios son sistemas utilizados para la estabilización de lodos provenientes de
los efluentes de aguas residuales que no requiere oxigeno para su proceso pues
está constituido básicamente por un tanque, en cuya parte superior se instala un
decantador (para separar los solidos que se forman) y un deflector (para separar los
gases producidos). Y la ventaja de este tipo de tratamiento es que puede ser
utilizado para poblaciones de cualquier tamaño debido al pequeño volumen y área
que ocupa y es indicado en situaciones donde no existen áreas disponibles o el
costo de los mismos es elevado, tal es el caso del municipio de Villa Azurduy.
Es en este sentido que el presente proyecto es una solución integral que pretende
brindar saneamiento básico a la población que actualmente no cuenta con un
sistema de tratamiento de aguas residuales, mejorando de esta forma su condición
actual y calidad de vida.

5. Aporte a la disciplina
El presente proyecto será elaborado con el fin de brindar una solución alternativa
en un campo especifico de la Ingeniería Civil como el la Ingeniería Sanitaria,
constituyéndose en una herramienta de consulta, que reúna los conocimientos,
procedimientos, recomendaciones y conceptos necesarios para realizar una planta
de tratamiento de aguas residuales mediante reactores biológicos, que son más
económicos y solventes en nuestro medio.
En el campo profesional, se presenta como una solución mas practica para
pequeñas poblaciones concentradas o barrios periurbanos los cuales no cuentan
con un tratamiento adecuado de las aguas residuales, ofreciendo una metodología
sencilla y sustentable para este propósito.
Por último, se presenta a los estudiantes de la Carrera de Ingeniería Civil una
herramienta de consulta y apoyo en el campo del tratamiento de aguas residuales,
ya que se proporcionará un documento con una información detallada sobre el tema
propuesto enriqueciendo sus conocimientos, en el cual pueda encontrar parámetros
y herramientas para el diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales
mediante reactores biológicos anaerobios.
6. Supuestos y expectativas
Para el inicio del presente proyecto se toman los siguientes supuestos:
 La información obtenida para el proyecto como estudios topográficos,
estudios del agua a ser tratada, caudales y número de personas beneficiadas
es válido.
 Se cuenta con el terreno disponible para la ejecución del proyecto.
 El sistema adoptado es una solución econo9micay rápida para evitar los
problemas que producen las aguas residuales.
Las expectativas generadas para el proyecto son las siguientes:
 Se dará una solución a la problemática del agua residual en el municipio.

 La calidad de vida en el municipio mejorara debido a que contara con un
servicio saneamiento optimo y eficiente.
 El proyecto será una alternativa de solución para poblaciones pequeñas
concentradas o sectores alejados de una ciudad a los que la cobertura de
alcantarillado no llega.
 Lograr que el proyecto sea, además, una herramienta de referencia útil para
futuros proyectos ya sea del sector público o privado.
7. Alcances del estudio
Los alcances que tendrá el presente proyecto de “Diseño de una planta de
tratamiento de aguas residuales mediante reactores biológicos anaerobios” son los
siguientes:
 Se realizará el estudio de las aguas provenientes de la zona de estudio,
describiendo características y su nivel de contaminación.
 Se contará con el levantamiento topográfico de la zona a fin de determinar la
zona de estudio y el emplazamiento de la planta de tratamiento.
 Se estudiarán los parámetros de diseño de plantas de tratamiento de agua
residual de manera que la metodología sea aplicable al problema planteado.
 Se realizará el diseño de los componentes de la planta en función al caudal
determinado, la población actual y una proyección de crecimiento
poblacional.
8. Diseño de la investigación
En el presente proyecto se usará el método científico deductivo en busca de obtener
conclusiones particulares a partir de un análisis general donde se presentan
formulaciones leyes ya establecidas, teniendo como principal técnica: la
investigación bibliográfico experimental. Esta investigación se dividirá en dos
etapas:

Marco teórico
 Se hará una recopilación de un análisis de toda la información bibliográfica
disponible sobre el tema de tratamiento de aguas residuales.
 Se hará una clasificación de los criterios y conceptos teóricos que ayuden a
entender con claridad el proceso del tratamiento de aguas, aplicando este a
pequeñas poblaciones concentradas.
Marco practico
 En esta etapa, en primer lugar, se hará análisis de toda la información
recogida como el reconocimiento de campo, características del sitio,
análisis de la problemática social y de saneamiento básico, la cual nos
permitirá contar con la información necesaria para el estudio.
 Se ubicarán las zonas de vertidos de desechos y se tomara una muestra
del agua residual a ser tratada para su posterior análisis.
 Diseñar los elementos que componen la planta de tratamientos de agua
residual planteada en base a los elementos de sitio y de calidad de agua
que se va a tratar y la que se espera conseguir.
CAPITULO I: Características de las aguas residuales
1.1Características físicas.
Por su estado físico se puede distinguir:
 Fracción suspendida: desbaste, decantación, filtración.
 Fracción coloidal: precipitación química.
 Fracción soluble: oxidación química, tratamientos biológicos, etc. La coloidal
y la suspendida se agrupan en el ensayo de materias en suspensión o
Sólidos Suspendidos Totales (SST)
1.1.1 Solidos Totales
Los sólidos totales presentes en el agua residual se clasifican según su tamaño o
presentación en sólidos suspendidos y sólidos filtrables.

Sólidos suspendidos: son las partículas flotantes, como trozos de vegetales,
animales, basuras, etc., y aquellas otras que también son perceptibles a simple vista
y tienen posibilidades de ser separadas del líquido por medios físicos sencillos.
Dentro de los sólidos suspendidos se pueden distinguir los sólidos sedimentables,
que se depositarán por gravedad en el fondo de los receptores. Estos sólidos
sedimentables, son una medida aproximada de la cantidad de fango que se
eliminará mediante sedimentación.
Sólidos filtrables: esta fracción se compone de sólidos coloidales y disueltos. La
fracción coloidal consiste en partículas con un diámetro aproximado que oscila entre
10-3 y 1 micra (figura 1). Esta fracción no puede eliminarse por sedimentación. Los
sólidos disueltos se componen de moléculas orgánicas, moléculas inorgánicas e
iones que se encuentran disueltos en el agua. Por lo general, se requiere una
coagulación seguida de sedimentación para eliminar estas partículas de la
suspensión.
Figura 1. Clasificación de las partículas sólidas contenidas en un agua
residual, según su diámetro.
Fuente: Internet

1.1.2 Olores.
El olor es debido a los gases producidos en la descomposición de la materia
orgánica, sobre todo, a la presencia de ácido sulfhídrico y otras sustancias volátiles.
El agua residual reciente tiene un olor peculiar algo desagradable, pero más
tolerable que el del agua residual séptica.
1.1.3 Temperatura.
La temperatura de las aguas residuales es mayor que la de las aguas no
contaminadas, debido a la energía liberada en las reacciones bioquímicas, que se
presentan en la degradación de la materia orgánica. Las descargas calientes son
otra causa de este aumento de temperatura.
1.1.4 Densidad.
En física y química, la densidad es una magnitud escalar referida a la cantidad de
masa en un determinado volumen de una sustancia o un objeto sólido. Usualmente
se simboliza mediante la letra rho ρ del alfabeto griego. La densidad media es la
relación entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa en el espacio.
1.1.5 Color.
El color es un indicativo de la edad de las aguas residuales. El agua residual
reciente suele ser gris; sin embargo, a medida que los compuestos orgánicos son
descompuestos por las bacterias, el oxígeno disuelto en el agua residual se
reduce y el color cambia a negro. En esta condición, se dice que el agua residual
es séptica.
1.1.6 Turbiedad.
La turbidez, medida de la propiedad de transmisión de la luz del agua, es otro
ensayo utilizado para indicar la calidad de los vertidos de aguas residuales con
respecto a la materia suspendida.

1.2Características químicas.
Las características químicas estarán dadas, principalmente, en función de los
desechos que ingresan al agua servida.
1.2.1 Materia orgánica.
La materia orgánica está compuesta en un 90% por carbohidratos, proteínas, grasas
y aceites provenientes de excrementos y orina de seres humanos, restos de
alimentos y detergentes. Estos contaminantes son biodegradables, es decir, pueden
ser transformados en compuestos más simples por la acción de microorganismos
naturales presentes en el agua, cuyo desarrollo se ve favorecido por las condiciones
de temperatura y nutrientes de las aguas residuales domésticas. La urea, principal
constituyente de la orina, es otro importante compuesto orgánico del agua residual.
En razón de la rapidez con que se descompone, la urea es raramente hallada en un
agua residual que no sea muy reciente.
El agua residual contiene también pequeñas cantidades de moléculas orgánicas
sintéticas como agentes tensoactivos, fenoles y pesticidas usados en la agricultura.
1.2.2 Medición de la materia orgánica.
Entendemos insuficiencia de oxígeno o déficit de oxígeno de un agua al peso del
mismo necesario para alcanzar la saturación a la temperatura determinada. Se
expresa en mg/l.
La demanda de oxígeno de un agua es la cantidad de oxígeno por mg/l consumido
por esa agua durante un cierto tiempo.La cantidad de materias orgánicas
putrescibles se puede determinar por dos procedimientos principalmente :
 Demanda química de oxígeno, DQO.
 Demanda bioquímica de oxígeno, DBO.
La primera se realiza por vía química y la segunda por intermedio de las bacterias.
Las dos oxidan la materia orgánica fijando el oxígeno.

La Demanda Química de Oxígeno, DQO, es la cantidad de oxígeno consumido por
los cuerpos reductores presentes en un agua sin intervención de los organismos
vivos.
La determinación del contenido de materia orgánica, biodegradable o no, tiene gran
valor en la vigilancia de las aguas y para conocer la eficacia de los diferentes
tratamientos aplicados en la depuración de las mismas.
La reglamentación técnico-sanitaria española califica a la materia orgánica como
componente no deseable en las aguas de consumo humano. Establece como valor
máximo orientador de calidad hasta 2mg O2/l y como nivel máximo tolerable hasta
5 miligramo O2 por litro de agua.
Todos los métodos analíticos para conocer el contenido aproximado de materias
orgánicas se basan en la utilización de fuertes oxidantes químicos en presencia de
catalizadores.
Los métodos usuales son el método de dicromato al reflujo y el método del
permanganato.
El método del dicromato al reflujo es de gran reproductividad y de oxidación más
completa que el del permanganato. La mayor parte de la materia orgánica resulta
oxidada por una mezcla a ebullición de los ácidos crómico y sulfúrico. Se somete a
reflujo una muestra en una disolución ácida fuerte con un exceso de dicromato
potásico.

Después de la digestión, el dicromato no reducido que quede, se determina con
sulfato ferroso amónico, sal de Mohr (SO4)2 Fe(NH4)2, para determinar la cantidad
de dicromato consumido y calcular la materia orgánica oxidable en términos de
equivalente de oxígeno.
Para la valoración utilizamos un indicador, 1-10 fenantrolina o ferroina, que a su vez
reacciona con el exceso de Fe2+ que no ha reccionado con el dicromato, dando
lugar a un complejo de color marrón/rojizo que nos indica el punto final de la
valoración
El método de oxidabilidad al permanganato consiste en conocer la cantidad de
materias orgánicas presentes en el agua mediante la oxidación con permanganato
potásico en caliente y en medio ácido
Este ensayo es rápido y adecuado para laboratorios con poco material.
Las sustancias de origen orgánico presentes en el agua se tratan con un reactivo
oxidante, el MnO4K. En la oxidación producida hay un gasto de reactivo, del cual
mediante cálculo se deduce la materia orgánica que hay en el agua analizada. Las
reacciones que se producen en este método son:

Si lo expresamos como O2, ya que la cantidad de MnO4K que es reducida por la
materia orgánica del H2O, es igual al O2 liberado.
Esta expresión es válida para 100 ml de muestra y KMnO4 0,01N. Si se emplean
200 ml de muestra en la valoración, el volumen de permanganato gastado debe
dividirse por dos antes de aplicar esta expresión. Si por el contrario, se emplean 50
ml de muestra, el volumen de permanganato gastado en la valoración debe
multiplicarse por dos antes de aplicar la expresión.
Las aguas cuyo contenido en Cl- sea elevado y superior a 300 ppm dan lugar a
resultados erróneos al aplicar ésta técnica. Se aconseja realizar la prueba de los
cloruros previamente.
La Demanda Bioquímica de Oxígeno, DBO, es una prueba empírica que utiliza un
procedimiento estandarizado de laboratorio para determinar los requerimientos
relativos de oxígeno de las aguas potables y residuales.
La demanda bioquímica de oxígeno es la cantidad de oxígeno eventualmente
consumido por los gérmenes aerobios para asegurar la descomposición en

condiciones normalizadas de incubación de las materias orgánicas contenidas en el
agua analizadas.
El principio consiste en tomar una muestra del tamaño especificado, e incubarlo a
la temperatura establecida durante 5 días. El oxigeno disuelto medido antes y
después de la incubación, y la demanda biológica de oxígeno, se calcula mediante
la diferencia entre el oxígeno disuelto inicial y el final, definiendo el indice DBO5.
Los factores de dilución recomendados son:
 Agua industrial o urbana muy cargada mayor de 100
 Agua residual depurada y bruta entre 100 y 20
 Efluente tratado biológicamente entre 20 y 4
 Aguas fluviales entre 4 y 1
1.2.3 Materia inorgánica.
Se incluyen en este grupo todos los sólidos de origen generalmente mineral, como
son sales minerales, arcillas, lodos, arenas y gravas no biodegradables. En la tabla
2 se presenta la relación entre algunos constituyentes inorgánicos y el agua
residual.

Tabla 2. Relación entre algunos constituyentes inorgánicos y el agua
residual
Fuente: Internet
1.3Características biológicas.
Estas características están definidas por la clase de microorganismos presentes en
el agua, entre los cuales tenemos:
1.3.1 Microorganismos.
Las aguas residuales dependiendo de su composición y concentración pueden
llevar en su seno una gran cantidad de organismos. También influyen en su
presencia la temperatura y el pH, puesto que cada organismo requiere unos valores
determinados de estos parámetros para desarrollarse. Los principales grupos de
organismos se pueden encontrar en las aguas residuales son: Bacterias, Virus,
algas, protozoos, plantas y animales.

1.3.2 Bacterias.
Juegan un papel fundamental en la descomposición y estabilización de la materia
orgánica.
Pueden clasificarse, en base a su metabolismo, en heterótrofas y autótrofas. Las
bacterias autótrofas son aquellas que se nutren de compuestos inorgánicos,
tomando la energía necesaria para sus biosíntesis a partir de la luz (bacterias
fotosintéticas: familia Thiorhodaceae, Chlorobiaceae) o a partir de ciertas
reacciones químicas (bacterias quimiosintéticas: Nitrobacter, Nitrosomonas,
Hydrogenomonas, Thiotrix). En el tratamiento biológico de las aguas residuales, las
bacterias heterótrofas constituyen el grupo más importante, por su necesidad de
compuestos orgánicos para el carbono celular.
Las bacterias autótrofas y heterótrofas pueden dividirse, a su vez, en anaerobias,
aerobias, o facultativas, según su necesidad de oxígeno.
Bacterias anaerobias: son las que consumen oxígeno procedente de los sólidos
orgánicos e inorgánicos y la presencia de oxígeno disuelto no les permite subsistir.
Los procesos que provocan son anaerobios, caracterizados por la presencia de
malos olores.
Bacterias aerobias: son aquellas que necesitan oxígeno procedente del agua para
su alimento y respiración. El oxígeno disuelto que les sirve de sustento es el oxígeno
libre (molecular) del agua, y las descomposiciones y degradaciones que provocan
sobre la materia orgánica son procesos aerobios, caracterizados por la ausencia de
malos olores.
Bacterias facultativas: algunas bacterias aerobias y anaerobias pueden llegar a
adaptarse al medio opuesto, es decir, las aerobias a medio sin oxígeno disuelto y
las anaerobias a aguas con oxígeno disuelto.
Bacterias coliformes: bacterias que sirven como indicadores de contaminantes y
patógenos.

Son usualmente encontradas en el tracto intestinal de los seres humanos y otros
animales de sangre caliente. Las bacterias coliformes incluyen los géneros
Escherichia y Aerobacter.
1.3.2.1 Tipos de bacterias según su acción bacteriológica
 Aerobias (requieren oxígeno para subsistir).
 Anaerobias (viven en ausencia de oxígeno).
 Facultativas (subsisten en presencia o ausencia de oxígeno)
Con 2 a 5 mg/ lts de oxígeno disuelto se inicia el proceso de oxidación de la materia
orgánica por acción bacteriana; este oxí- geno disuelto se consume rápidamente y
cuando esto ocurre solo las bacterias anaeróbicas y facultativas actuarán sobre la
materia orgánica, dando origen a su putrefacción y a gases mal olientes, luego
ocurre la oxidación, etapa final en el tratamiento de aguas residuales.
1.3.3 Hongos.
Los hongos son organismos eucariota, multicelulares, aerobios y no fotosintéticos.
Muchos de ellos son saprofitos, basan su alimentación en la materia organica
muerta. Junto con las bacterias, los hongos son los principales responsables de la
descomposición del carbono en la biosfera.
Desde el punto de vista ecológico, los hongos presentan ciertas ventajas sobre las
bacterias: pueden crecer y desarrollarse en zonas de poca humedad y en ambientes
de pH bajo. Sin la colaboración de los hongos en los procesos de degradación de
la materia orgánica el ciclo del carbono se interrumpirá en poco tiempo y la materia
orgánica empezaría a acumularse.

Figura 1. Hongos
Fuente:
1.3.4 Algas.
En los estanques de estabilización, son un valioso elemento porque producen
oxígeno a través del mecanismo de la fotosíntesis.
Las algas, al igual que sucede con otros microorganismos, requieren compuestos
inorgánicos para reproducirse. A parte del anhídrido carbónico, los principales
nutrientes necesarios son el nitrógeno y el fósforo. También son muy importantes
vestigios de otros elementos (oligoelementos) como hierro, cobre, etc. Las algas
pueden presentar el inconveniente de reproducirse rápidamente, debido al
enriquecimiento del agua (eutrofización) y crear grandes colonias flotantes
originando problemas a las instalaciones y al equilibrio del sistema.
Los tipos más importantes de algas de agua dulce son: verdes (Chlorophyta), verdes
móviles (Volvocales euglenophyta), verdiamarillas o marrón dorado (Chrysophyta)
y verdiazules (Cyanophyta).

Figura 2. Algas
Fuente:
1.3.5 Protozoos.
Son microorganismos eucariotas cuya estructura esta formada por una sola célula.
Los protozoos que se encuentran mas frecuentemente en las aguas residuales son:
amebas, flagelados y ciliados libres, fijos y reptantes. Juegan un papel muy
importante en los procesos de tratamiento biológico, especialmente en los filtros
percoladores y fangos activados.
También en la purificación de los cursos de agua, ya que son capaces de mantener
el equilibrio natural entre los distintos tipos de microorganismos; pueden eliminar las
bacterias suspendidas en el agua, evitando la producción de efluentes con turbidez.
Aquí se muestra la especie Paramecium caudatum, protozoo ciliado con una forma
característica. Se alimenta de bacterias y habita en aguas con elevada carga
nutritiva.

Figura 3. Paramecium caudatum
Fuente:
1.3.6 Plantas y animales.
Las diferentes plantas y animales que tienen importancia en las aguas residuales
tienen tamaños muy variados. El conocimiento de estos organismos resulta útil al
determinar la toxicidad de las aguas residuales evacuadas al medio ambiente.
Además, son importantes a la hora de determinar la efectividad de la vida biológica
empleada en los tratamientos secundarios para destruir los residuos orgánicos.
Desde el punto de vista de la salud pública, existen ciertos gusanos que merecen
especial atención y preocupación como son algunas especies de nematodos,
trematodos y cestodos.
1.3.7 Virus.
Los virus son partículas parasitas de células de otros microorganismos, formadas
por un cordón de material genético y una capa proteínica que los recubre. Utilizan
las células del cuerpo vivo que los acoge para la producción de nuevas partículas
virales. Su presencia en las aguas residuales es debida a la excreción por parte de
individuos infectados, ya que sean humanos o animales. Por tanto, pueden
representar un importante peligro para la salud pública.

Poseen la capacidad de adsorberse a solidos fecales y otras materias, favoreciendo
de esta forma su supervivencia durante tiempos prolongados en las aguas
residuales. Además, y debido a su gran supervivencia, son resistentes a algunos
tratamientos del agua residual, constituyendo un peligro para las aguas receptoras.
Algunos quedan en el efluente, siendo un peligro para la salud. Aunque el mayor
riesgo lo constituyen aquellos que quedan en el fango en grandes cantidades, sobre
todo si este fango se lo utiliza como fertilizante sin tratamiento previos.
CAPITULO II: MARCO CONTEXTUAL
2.1 Origen de las aguas residuales.
Los centros mineros ubicados en la cuenca del Pilcomayo son problemáticos desde
una perspectiva ambiental. Las actividades mineras descargan residuos minerales,
así como contaminantes derivados del tratamiento, los cuales son vertidos a los
sistemas de drenaje del río. De esta manera, los metales pesados lixiviados y
residuos minerales y químicos, productos del tratamiento, como el mercurio,
ingresan al sistema hidrológico del río causando la contaminación del mismo.
La movilidad limitada de metales pesados en aguas con pH casi neutro, como es el
caso del Pilcomayo, previene que las concentraciones altas de metales avancen
grandes distancias río abajo de las operaciones mineras. Sin embargo, la migración
de estos contaminantes puede ocurrir a través de la bioconcentración y
biomagnificación en organismos acuáticos.
Los desechos industriales y urbanos son dos fuentes principales de polución que
conducen a la contaminación biológica y química del río Pilcomayo. Las fuentes de
estas entradas son las ciudades (Potosí y Sucre) ubicadas en la cuenca las que
contribuyen considerablemente a su contaminación por el descargue de basura y
aguas servidas al río. Si bien se alivia este problema parcialmente por el tratamiento
primario de desechos, no obstante, centros poblados más pequeños, todavía usan
el río para evacuar la materia no tratada.

2.2 Problemática de las aguas residuales.
Los sistemas de tratamiento de aguas negras utilizan agua para mover los desechos
por las cañerías. Estos sistemas pueden mejorar la salud de la comunidad,
especialmente en las áreas urbanas densamente pobladas. Sin embargo, para
evitar los problemas de salud, las aguas negras deben ser tratadas antes de volver
a su cauce y utilizarlas otra vez sin peligro.
El tratamiento de las aguas negras es costoso y con frecuencia éstas se expulsan
sin haber sido tratadas. Esto propaga los desechos y todos los microbios, lombrices
y sustancias químicas presentes en ellas, ocasionando problemas de salud tales
como hepatitis, cólera y tifoidea en los lugares donde se arrojan las aguas.
Incluso si se hace un costoso tratamiento de las aguas negras, la utilización del
agua para acarrear los desechos resulta con frecuencia en un método no sostenible
que puede causar problemas como:
 Contaminación de las fuentes de agua potable en las partes bajas.
 Contaminación de la tierra donde la gente vive y cultiva.
 Pérdida de nutrientes (fertilizantes) para la agricultura.
 Contaminación de los recursos de agua potable, para consumo, aseo y
agricultura.
 Malos olores.
Los sistemas de tratamiento de aguas negras también pueden causar
problemas de salud cuando se mezclan diferentes tipos de desechos, como
ocurre cuando las fábricas arrojan sustancias tóxicas en las alcantarillas. Esta
contaminación hace que el tratamiento y reciclaje de las aguas negras sea muy
difícil.

Los más perjudicados por las aguas negras no tratadas son los residentes de los
lugares en las que éstas se arrojan.
La forma más segura y menos costosa de manejar las aguas negras es tratarlas
cerca del lugar donde se producen, y luego dejar que el agua se absorba en el suelo
y sostenga las plantas. La forma más común de hacerlo es valiéndose de un tanque
séptico (un tanque grande enterrado en el suelo donde se recolectan y
descomponen los desechos sólidos) y un campo de absorción (donde los líquidos
fluyen y penetran en el suelo). Sin embargo, este método requiere de una
planificación técnica más allá del propósito de este libro (encontrará más
información en la sección de otros recursos sobre el agua y el saneamiento).
Los sistemas de tratamiento de aguas negras utilizan grandes cantidades de agua
para tareas que podrían hacerse con muy poca agua, o incluso sin agua. Las
comunidades que tienen poca agua, o que no pueden tener un sistema de aguas
negras, podrían beneficiarse con otro tipo de sanitario.

2.3 Importancia del tratamiento de aguas residuales.
Las aguas residuales deben ser tratadas antes de ser vertidas a la naturaleza
por dos razones fundamentales. En primer lugar, defender la salud pública y el
medio ambiente, y, en segundo lugar, reutilizar esa agua tratada para otros fines.
El motivo principal de tratar las aguas residuales es defender la salud pública y el
medio ambiente. Si las aguas residuales no son tratadas y se vierten directamente
a ríos, lagos o mares, es bastante probable introducir elementos de
contaminación que acaben produciendo importantes daños ecológicos en el
entorno ambiental y enfermedades de salud pública (causadas por virus y
bacterias) en las personas y comunidades que entren en contacto con esas aguas
contaminadas.
Otro motivo importante es la reutilización de estas aguas. Algunas actividades
humanas que necesitan el consumo de agua no requieren que sea agua
potable, hablamos por ejemplo del riego de zonas verdes o el agua utilizada para
usos industriales o de servicios (limpieza de zonas industriales, lavado de vehículos,
mantenimiento de calderas, etc.).
2.4 Análisis del proceso de tratamiento biológico.
Con el objetivo de disponer de elementos que permitan conocer la eficiencia de las
plantas de tratamiento y monitorear el impacto ambiental de las descargas de agua
residual tratada a los cursos naturales, se realizó el análisis del agua residual del
efluente del sistema de alcantarillado.
El análisis de las aguas residuales se realizó en el laboratorio del Instituto de
Tecnología de Alimentos (ITA) de la Universidad San Francisco Xavier de
Chuquisaca, el punto de muestreo fue en la tubería del emisor final del sistema de
alcantarillado, punto de descarga de las aguas residuales.
La muestra de aguas residuales analizada en el laboratorio, corresponde a una
muestra instantánea de aguas residuales, la cual fue tomada en hora pico (13:45)
en envases esterilizados y refrigerados con hielo en conservadora, es

recomendable que la muestra debe llegar al laboratorio dentro de las 24 horas
siguientes de tomada la muestra.
El informe del laboratorio se adjunta en anexos, los resultados del análisis
correspondiente a las aguas residuales presentan los siguientes resultados:
Tabla . Resultado de los análisis de aguas residuales
Parámetros Unid.
Resultado
Muestra
Referencia
s
INFORME DE ENSAYO FISICO-QUIMICO
DBO5 mg-O2/l 503 80
Sólidos totales mg/l 390 ---
Sólidos disueltos totales mg/l 235 ---
Sólidos suspendidos
totales
mg/l 120 60
Fuente: Informe de análisis de laboratorio ITA
Por supuesto que los parámetros ensayados del agua residual están fuera del límite
permisible, puesto que la muestra fue tomado del emisor final del sistema de
alcantarillado sin ningún tratamiento. Por lo que se concluye que las aguas
residuales requieren un tratamiento para disminuir la contaminación del cuerpo
receptor.
Es evidente que el informe de laboratorio la carga orgánica es contaminante, pero
este análisis corresponde a una muestra tomada en el emisor final del sistema de
alcantarillado antes del ingreso a al PTAR existente (muestra sin ningún
tratamiento), calculándose los siguientes valores:

Tabla . Eficiencia de Tratamiento de la PTAR
Fuente:
En condiciones de O&M rígidos, se obtiene entre un 95% de eficiencia de la PTAR,
considerando una O&M buena y oportuna se tendrá una eficiencia del 89.82% para
la PTAR diseñada.
De acuerdo a la ley 1333, un parámetro importante para las descargas líquidas es
la DBO5, teniendo como límite permisible para descargas liquidas DBO5=80 mg/l.
de acuerdo a la eficiencia de tratamiento de la PTAR diseñada, este valor de DBO5
es de 51.21 < 80 mg/l. (OK)
El efluente final de la PTAR todavía recibirá un tratamiento natural, porque el cuerpo
receptor es el río cuyo lecho es bastante pedregoso ocasionando turbulencia en el
curso de las aguas, lo que ayudará en la autopurificación natural de las aguas
residuales, lo cual favorece a la calidad de las aguas del cuerpo receptor.
2.5 Elección del tipo de tratamiento biológico.
Los objetivos que persigue un tratamiento biológico de agua residual son la
coagulación y la eliminación de los sólidos coloidales no sedimentables y la
estabilización de la materia orgánica mediante la presencia de microorganismos,
que son los responsables de convertir esta materia orgánica coloidal y disuelta en
diferentes gases y tejido celular.
503 mg/l
Eficiencia del tanque Imhoff 50% DBO = 251,50 mg/l
DBO Efluente del tanque Imhoff DBO = 251,50 mg/l
Eficiencia del Filtro 60% DBO = 150,90 mg/l
DBO Efluente del filtro DBO = 100,60 mg/l
Eficiencia de la laguna 49,10% DBO = 49,39 mg/l
DBO Efluente de la laguna DBO = 51,21 mg/l
Según ley 1333 < 80 mg/l (OK)
89,82% %
EFICIENCIAS DE TRATAMIENTO
DBO efluente de alcantarillado
La eficiencia del tanque Imhoff alcanza entre el 40% - 60% en la reducción de la DBO
La eficiencia del filtro se encuentra entre el 50% - 80% en la reducción de la DBO
La eficiencia de la laguna se encuentra entre el 80% - 95% en la reducción de la DBO
Eficiencia de la PTAR (imhoff +filtro+laguna)

los microorganismos más frecuentes que pueden desarrollarse en el
biorreactor son, según su importancia en los procesos de tratamiento
biológico:
1. Bacterias.
2. Hongos.
3. Algas.
4. Protozoos.
5. Rotíferos.
6. Crustáceos.
7. Virus.
En el momento en que las aguas residuales empiezan a ser tratadas en una ED,
pasan por un pretratamiento en el que se retiran los sólidos y gruesos de gran
tamaño, así como las arenas y grasas. A continuación, el agua pasa al denominado
tratamiento primario, donde se eliminan sólidos en suspensión fácilmente
sedimentables y algo de materia orgánica.
La materia orgánica que queda disuelta y en suspensión, así como el resto de las
partículas sólidas que no se han eliminado en los tratamientos anteriores son
eliminadas mediante los denominados procesos biológicos de depuración aerobia,
que constituyen los tratamientos secundarios en la línea de aguas.
Podemos definir los procesos biológicos de depuración aerobia como aquellos
realizados por determinado grupo de microorganismos (principalmente, bacterias y
protozoos) que, en presencia de oxígeno, actúan sobre la materia orgánica e
inorgánica disuelta, suspendida y coloidal existente en el agua residual,
transformándola en gases y materia celular, que puede separarse fácilmente
mediante sedimentación.
La unión de materia orgánica, bacterias y sustancias minerales forma los flóculos y
el conjunto de flóculos es lo que todos conocemos como fango biológico.
Los objetivos que persigue este tipo de tratamiento son la transformación de la
materia orgánica y la coagulación y eliminación de los sólidos coloidales no
sedimentables. En el caso de algunas aguas residuales urbanas, también se
persigue la eliminación de nitrógeno y de fósforo. Por último, conseguimos además

la disminución de los microorganismos patógenos y fecales que habitan el
agua residual.
BÁSICAMENTE, EXISTEN DOS TIPOS DE TRATAMIENTOS
BIOLÓGICOS AEROBIOS:
1. Procesos de cultivo en suspensión (fangos activados).
2. Procesos de cultivo fijo (lechos bacterianos).
Nos vamos a centrar en cómo suceden los mecanismos de depuración biológica
aerobia y, más concretamente, en el proceso de fangos activos.
La oxidación biológica es el mecanismo mediante el cual los microorganismos
degradan la materia orgánica contaminante del agua residual.
de esta forma, estos microorganismos se alimentan de dicha materia
orgánica en presencia de oxígeno y nutrientes, de acuerdo con la siguiente
reacción:
Materia Orgánica + Microorganismos + Nutrientes + O2 ⇒ Productos Finales
+ Nuevos Microorganismos + Energía
para que lo anteriormente expuesto se produzca, son necesarias dos tipos
de reacciones fundamentales totalmente acopladas:
1. Reacciones de síntesis o asimilación. Consisten en la incorporación del
alimento (materia orgánica y nutrientes) al interior de los microorganismos. Estos
microorganismos, al obtener suficiente alimento, no engordan, sino que forman
nuevos microorganismos reproduciéndose rápidamente. Parte de este alimento
es utilizado como fuente de energía. La reacción que ocurre es: CHNO (Materia
Orgánica) + O2 + Bacterias + Energía ⇒ C5H7NO2 (Sustancias Del Interior
Bacteriano)
2. Reacciones de oxidación y respiración endógena. Los microorganismos, al
igual que nosotros, necesitan de energía para poder realizar sus funciones
vitales (moverse, comer etc.). Dicha energía la obtienen transformando la
materia orgánica asimilada y aquella acumulada en forma de sustancias de
reserva en gases, agua y nuevos productos de acuerdo con la siguiente
reacción: C5H7NO2 (Material Celular) + 5O2 ⇒ 5CO2 + 2H2O + NH3+ Energía

Después de un tiempo de contacto suficiente entre la materia orgánica del agua
residual y los microorganismos (bacterias), la materia orgánica del medio disminuye
considerablemente, transformándose en nuevas células, gases y otros
productos. Este nuevo cultivo microbiano seguirá actuando sobre el agua residual.
A todo este conjunto de reacciones se les denomina de oxidación biológica,
porque los microorganismos necesitan de oxígeno para realizarlas.
Los microorganismos se ven obligados a la respiración endógena y a metabolizar
el material del citoplasma de sus colegas y sus propias reservas (lisis), de esta
forma, aumentan la tasa de formación del flóculo biológico.
los factores principales que hay que tener en cuenta para que se
produzcan las reacciones biológicas y, por tanto, las depuraciones del
agua residual son:
1. Las características del sustrato. Las características fisicoquímicas del agua
residual determinan el mejor o peor desarrollo de los microorganismos en este
sistema, existiendo compuestos contaminantes que son degradables
biológicamente y otros que no lo son.
2. Los nutrientes. El interior celular, aparte de C, H y O, elementos característicos
de la materia orgánica, contiene otros elementos como son el N, P, S, Ca, Mg
etc., denominados nutrientes y que, a pesar de que muchos de ellos se
encuentran en el organismo solo en pequeñas cantidades, son fundamentales
para el desarrollo de la síntesis biológica.
Se ha determinado a nivel medio que los microorganismos para sobrevivir necesitan
por cada 1000 g de C, 43 de N y 6 de P, y que, en las aguas residuales urbanas,
existen por cada 1000 g de C, 200 g de N y 16 g de P.
Si comparamos lo que necesitan los microorganismos para sobrevivir con las
cantidades existentes de dichos elementos en el agua residual, podemos concluir
que, a título general, dichos microorganismos pueden desarrollarse en el agua
residual perfectamente.
Es interesante comentar que, en el caso de determinadas aguas con vertidos
industriales, las proporciones de dichos elementos no están equilibradas, siendo

necesario dosificar N y P en el agua para que pueda darse el desarrollo bacteriano
y exista depuración biológica.
3. Aportación de oxígeno. Para el desarrollo de las reacciones biológicas, es
necesario un medio aerobio, es decir, con oxígeno suficiente que permita el
desarrollo y la respiración de los microorganismos aerobios.
4. Temperatura. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la velocidad con
que los microorganismos degradan la materia orgánica, pero a partir de los 37
ºC, dichos organismos mueren. Nuestras temperaturas son ideales para el
desarrollo óptimo de los procesos de depuración biológica.
5. Salinidad. El contenido en sales disueltas no suele ser problemático para el
desarrollo bacteriano en el proceso de fangos activos hasta concentraciones de
3 a 4 g/l. En los procesos de cultivos fijos (lechos bacterianos), la influencia es
aún menor, no afectando valores que no superen los 15 g/l. Sin embargo, existen
multitud de grupos bacterianos capaces de vivir en aguas saladas, de forma que,
si a tu sistema de depuración le das tiempo de adaptación, pueden desarrollarse
bien dichos grupos microbianos a concentraciones salinas superiores. En este
sentido, la EDAR de El Rompido, que funciona mediante tratamiento biológico
por fangos activos, tiene un rendimiento excelente con aguas residuales de
elevada salinidad.
6. Tóxicos o inhibidores. Existen una serie de sustancias orgánicas e inorgánicas
que, a ciertas concentraciones, inhiben o impiden los procesos biológicos. Este
tipo de sustancias, entre las que se encuentran los metales pesados, ejercen un
efecto perjudicial sobre los microorganismos encargados de depurar el agua y,
por tanto, no deben entrar en las plantas depuradoras con el agua residual o, si
entran, deben hacerlo en concentraciones muy bajas.
Todos estos factores son de gran importancia, y deben de ser controlados si
queremos obtener un rendimiento eficaz de depuración por parte de los
microorganismos encargados de degradar la materia orgánica del agua residual.
2.6 Descripción del proceso.

2.7 Tratamiento de las A.R. con un reactor anaeróbico.
2.7.1 Rejilla de desbaste
La Reja de desbaste es un elemento, formado por un recipiente y una reja en su
interior, que se instala antes de cualquier tipo de sistema de tratamiento de aguas
residuales. Evita que los sólidos más grandes que entran con las aguas residuales
lleguen al sistema de tratamiento. Sólidos como toallitas húmedas, compresas,
profilácticos, etc… son elementos que pueden obstruir cualquier tipo de sistema de
tratamiento de las aguas residuales, por lo que no deben entrar en ningún caso. Es
por esto que la Reja de desbaste es un tratamiento previo que ayuda al buen
funcionamiento de: Fosas sépticas, Fosas sépticas Imhoff, Fosas con filtro
biológico o Depuradoras de Oxidación Total.
Figura . Reja de desbaste
Fuente:
Rejillas.
Remueve material de un tamaño mayor a 15mm y se localizan aguas arriba de
cualquier dispositivo susceptible a obstrucciones. Para la limpieza, se pueden
utilizar mecanismos manuales o mecánicos, en forma de canasta o retenedores de
fibra.

La velocidad mínima de aproximación necesaria para el eficaz funcionamiento de la
rejilla debe estar entre 0,3 y 0,6m/s para limpiezas manuales y entre 0,3 y 0,9m/s
para limpieza mecánica; la velocidad mínima entre barras debe estar entre 0,3 y
0,6m/s y entre 0,6 y 1,2m/s para rejillas ya sean estas de limpieza manual o
mecánica.
Tipos de Rejas de desbaste según separación entre barrotes
Las Rejas de desbaste pueden clasificarse según el espacio libre que hay entre los
barrotes. Esta distancia libre marcará qué tipo de sólidos quedarán atrapados y qué
tipo podrán pasar al sistema de tratamiento.
Rejas de desbaste de gruesos
Son Rejas de desbaste para filtrar sólidos grandes. Están compuestas de un
recipiente y una reja con una separación entre barrotes de 12mm a 25mm. Retienen
la mayoría de sólidos grandes y dejan pasar los sólidos más finos para que puedan
ser tratados.
Figura . Reja de desbaste de gruesos
Fuente:
Rejas de desbaste de finos

Son Rejas de desbaste para filtrar sólidos finos. Están compuestas de un recipiente
y una reja con una separación entre barrotes de 6mm a 12mm. Retienen los sólidos
grandes y la mayoría de sólidos finos, y sólo dejan pasar los fangos más finos para
que puedan ser tratados.
Figura . Reja de desbaste de finos
Fuente:
Mantenimiento
Como todo equipo de tratamiento de aguas residuales, se debe realizar un
mantenimiento que permita al equipo funcionar correctamente y sin
incidencias. Este mantenimiento lo debe marcar el fabricante, que lo incluirá en
su manual de instalación y mantenimiento. En cualquier caso las pautas básicas a
seguir son las siguientes:
1. Comprobación del nivel de sólidos retenidos en la reja
2. Es necesario extraer los sólidos retenidos cada cierto tiempo
3. Debemos controlar las entradas y salidas de agua para evitar obstrucciones
2.7.2 Desarenador.

Desarenador es una estructura diseñada para retener la arena que traen las aguas
servidas o las aguas superficiales a fin de evitar que ingresen al canal de aducción,
a la central hidroeléctrica o al proceso de tratamiento y lo obstaculicen creando
serios problemas.
Existen varios tipos de desarenadores. Los principales son:
 Desarenador longitudinal;
 Desarenador de vórtice.
La velocidad buscada del agua es de 0,3 m/s.
Desarenador longitudinal
Su funcionamiento se basa en la reducción de la velocidad del agua y de las
turbulencias, permitiendo así que el material sólido transportado en suspensión se
deposite en el fondo, de donde es retirado periódicamente.
Normalmente, se construyen dos estructuras paralelas para permitir la limpieza de
una de las estructuras mientras la otra está operando.
Desarenador de vórtice
Los sistemas de desarenación del tipo vórtice se basan en la formación de un vórtice
(remolino,) inducido mecánicamente, que captura los sólidos en la tolva central de
un tanque circular. Los sistemas de desarenador por vórtice incluyen dos diseños
básicos: cámaras con fondo plano con abertura pequeña para recoger la arena y
cámaras con un fondo inclinado y una abertura grande que lleva a la tolva. A medida
que el vórtice dirige los sólidos hacia el centro, unas paletas rotativas aumentan la
velocidad lo suficiente para levantar el material orgánico más liviano y, de ese modo,
retornarlo al flujo que pasa a través de la cámara de arena.
2.7.3 Medidor Parshall.

 Canaleta Parshall. Una canaleta parshall consta de una estructura con
contracción lateral que forma la garganta y de una caída brusca en el fondo. El
aforo en estas estructuras se hace con base en las alturas de agua en la sección
convergente y en la garganta, leídas por medio de piezómetros ubicados
lateralmente.
La canaleta parshall no requiere de limpieza, teniendo esta la capacidad de
autolimpiarse. Las pérdidas de energía que presenta son poco considerables,
además, opera con gran exactitud en caudales variables, por lo que solo requiere
una lectura de lámina de agua en flujo libre.
Alguna de las ventajas que ofrece esta canaleta son:
 Cumple la doble función de mezclador y medidor de caudal.
 Son adecuadas para ser utilizadas en plantas de medianas a grandes,
caudales superiores a los 100 l/s.
No se consigue un Número de Froude superior a 3, por lo que el resalto no es muy
estable; sin embargo, con caudales grandes es un buen mezclador.

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