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PREMIO A LA INVESTIGACION AMBIENTAL
MINISTERIO DEL AMBIENTE
FONDO NACIONAL DEL AMBIENTE
UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTA MARIA
“TRATAMIENTO ECOLÓGICO, UNA ALTERNATIVA SUSTENTABLE PARA LA
PURIFICACION DE AGUAS CONTAMINADAS DESTINADAS AL RIEGO DE CULTIVOS
EN AREQUIPA”
INFORME FINAL
HUGO APAZA AQUINO
AREQUIPA - PERÙ
2
INDICE DE CONTENIDOS Pág.
RESUMEN………………………………………………………………………………………..5
INTRODUCCION………………………………………………………………………………...6
CAPITULO I: GENERALIDADES……………………………………………………………..8
1.1. Formulación del Problema y Justificación………………………………...………….8
1.2. Objetivos…………………………………………………………………………….…...9
1.2.1. Objetivo Principal
1.2.2. Objetivos Específicos
1.3. Justificación……………………………………………………………………………..10
1.3.1. Social
1.3.2. Técnica
1.3.3. Ambiental
CAPITULO II: MARCO TEORICO…………………………………………………………….11
2.1. Tratamiento de Aguas Residuales……………………………………………………11
2.2. Cultivo de Nopal……………………………………………………………………...…12
2.3. Coagulación-Floculación……………………………………………………………….16
2.4. Filtración………………………………………………………………………………….19
2.5. Agricultura en Arequipa……………………………………………………………...…20
2.6. Potenciales impactos ambientales…………………………………….………….…..20
2.7. Marco legal……………………………………………………………….………….…..21
CAPITULO III: MATERIALES Y METODOS………………………………………………….26
3.1. Lugar de ejecución……..……………………………………………………………….…..26
3.2. Materiales…...………………………………………………………………………………..26
3.2.1. Material biológico
3
3.2.2. Reactivos
3.2.3. Material de laboratorio
3.2.4. Equipos de laboratorio
3.3. Metodología…………………………………………………………………………………..28
3.3.1. Obtención de las muestras del río Chili-Arequipa
3.3.2. Análisis fisicoquímico de la muestra
3.3.3. Determinación de los sólidos sedimentables totales (SST)
3.3.4. Obtención del mucílago del nopal Opuntia ficus
3.3.5. Evaluación del extracto de nopal Opuntia ficus, como coagulante-floculante
3.3.6. Determinación de parámetros fisicoquímicos pre y post –tratamiento
3.3.7. Diseño y construcción de un sistema de filtración
3.3.8. Evaluación de la eficiencia del sistema de filtración
3.3.9. Acondicionamiento del terreno y plantación del nopal
3.3.10. Obtención del mucílago del nopal Opuntia ficus, para tratamiento in situ
3.3.11. Preparación del sistema in situ
3.3.12 Producción de cochinilla
3.3.13 Recolección de productos secundarios
3.3.14 Determinación de la concentración optima de Sulfato de Aluminio
3.3.15. Aplicación de la solución de sulfato de aluminio in situ
CAPITULO IV: PRESENTACION Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS………………46
4.1. Obtención de las muestras del río Chili-Arequipa………………………………………..46
4.2. Análisis fisicoquímico de la muestra……………………………………………………....48
4.3. Determinación de la actividad del nopal Opuntia ficus como coagulante- floculante..50
4.4. Determinación de parámetros fisicoquímicos pre y post –
tratamiento con el sistema……………………………………………………………………….52
4
4.5. Determinación de parámetros fisicoquímicos pre y post–tratamiento con el sistema in
situ. ………………………………………………………………………………………………...55
CONCLUSIONES………………………………………………………………………………...63
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS..................................................................................66
5
LISTA DE SIMBOLOS
DBO5: Demanda Bioquímica de Oxigeno
DQO: Demanda Química de Oxigeno
D: Densidad
UNT: Unidades Nefelométricas de Turbidez
Ppm: Partes por millón
ml: Mililitros
L: Litro
h: Hora
Min: Minuto
LMP: Límite Máximo Permisible
NMP: Número más probable
6
RESUMEN
El presente trabajo de investigación tiene el objetivo principal de desarrollar un sistema de
tratamiento para la purificación de aguas que estén destinadas al riego de cultivos
agrícolas. El presente documento describe la experimentación en laboratorio y campo.
Esta experimentación comprende el análisis fisicoquímico de las aguas del río Chili, el
desarrollo del sistema en laboratorio, y el acondicionamiento del nopal en el terreno in
situ.
El análisis inicial que se realizó en las aguas del río Chili muestra el grado de
contaminación que tiene, en especial en relación a los valores de coliformes fecales y
totales. Estos valores van entre los 17’000,000 y 22’000,000 NMP/100ml. Asimismo, se
identificó presencia de metales tales como el aluminio, con una concentración de 0.952
mg/l, hierro, con 0.909 mg/l, y fósforo, con 1.114 mg/l. En el caso del aluminio y el hierro,
se estima que su presencia se debe a los desechos del parque industrial de Arequipa,
mientras que la del fósforo al uso de pesticidas y fertilizantes químicos que son aplicados
en los cultivos.
Al evaluar la capacidad coagulante-floculante del extracto de nopal se logró reducir la
turbidez del agua hasta un valor de 18.34 UNT, y un pH de 7.11, empleando una
concentración de 80 %, lo cual es favorable, y permitirá que el resto de contaminantes se
purifiquen mediante un filtro.
La evaluación conjunta del sistema, que comprende un primer tratamiento con extracto de
nopal con una concentración de 80% y luego el tratamiento con un filtro, permitió llegar a
la conclusión de que es posible reducir los valores de coliformes totales y la turbidez,
hasta valores de 2,000 NMP/ 100 ml y 4.1 UNT respectivamente. En función a ello, se
puede concluir que a través del uso del sistema se lograrán obtener buenos resultados.
Este procedimiento, asimismo, resulta económico, ya que los materiales que se emplean
son relativamente baratos, haciendo de esta tecnología una alternativa para la purificación
de aguas contaminadas.
El tratamiento in situ, al aplicar el sistema, redujo el nivel de contaminantes en los
parámetros microbiológicos, pasando de una concentración inicial de coliformes fecales y
coliformes totales de 49,000 y 130,000 NMP/100 ml, hasta una concentración final de
2,500 y 3,700 NMP/100 ml, respectivamente. Asimismo, en cuanto a la demanda química
de oxigeno y la demanda bioquímica de oxígeno, se observó una reducción significativa,
pasando de 159 mgO2/l y 104 mgO2/l, hasta 118 mgO2/l y 39 mgO2/l, respectivamente.
De los ensayos para la determinación de la concentración optima de sulfato de aluminio
se determino que es a una concentración de 1%, llegándose a reducir de una turbidez de
68 NTU a 0.10 NTU.
Palabras Clave: Purificación, sistema, filtro, nopal, agua, tratamiento, río Chili.
7
INTRODUCCION
El agua es utilizada para muchos fines, entre ellos, los de consumo humano, irrigación,
recreación, procesos industriales, etc. Para cada uso, es importante conocer qué
sustancias están presentes en la fuente de agua. El agua en su forma molecular pura no
existe en la naturaleza, ya que siempre contiene sustancias que pueden estar en
suspensión o en solución verdadera según el tamaño de disgregación del material que
acarrea. Las sustancias presentes en el agua se pueden clasificar en tres categorías,
según el tamaño de éstas:
Sólidos suspendidos (mayor a 1 μm): éstos pueden ser de origen mineral (arena,
arcillas, etc.) u orgánico (productos de la descomposición de plantas y animales, por
ejemplo ácidos húmicos o fúlvicos). Además de estos compuestos también se encuentran
microorganismos como bacterias, plancton, algas y virus. Los sólidos suspendidos son los
responsables de la turbidez y el color del agua.
Partículas coloidales (entre 1 μm y 1 nm): éstas son sólidos suspendidos originados de
igual manera que los anteriores, pero con un tamaño inferior y una velocidad de
sedimentación muy lenta. También son responsables de turbidez y color. Los coloides se
pueden clasificar según varios aspectos. Pueden considerarse liofílicos si se estabilizan
con capas de hidratación o bien liofóbicos si presentan repulsión por el solvente, lo que
llevaría a hacerlos más inestables.
Sustancias disueltas (menor a 1 nm): éstas son usualmente sustancias inorgánicas
(como cationes y aniones) y sustancias orgánicas (como ácidos, alcoholes, aldehídos,
etc.). También puede haber gases presentes (oxígeno, dióxido de carbono, sulfuro de
hidrógeno, etc.).
Estas sustancias son las responsables de la turbidez y el color del agua. La turbidez es la
propiedad óptica de un líquido de diseminar un haz luminoso en lugar de transmitirlo en
línea recta. La turbidez es una medida del grado en el cual el agua pierde su
transparencia debido a la presencia de partículas en suspensión. La turbidez se mide en
Unidades Nefelométricas de Turbidez (UNT). El color está constituido por substancias
químicas, la mayoría de las veces provenientes de la degradación de la materia orgánica.
El proceso de tratamiento de aguas tanto potables como residuales se basa en un
tratamiento químico inicial a base de coagulantes y floculantes para remover la mayoría
de contaminantes. La coagulación-floculación es el método más importante para la
remoción de partículas coloidales y suspendidas, además de reducir la turbidez del agua.
Si el agua contiene sólidos en suspensión, la coagulación y la floculación pueden
utilizarse para eliminar gran parte del material. En la coagulación, se agrega una
substancia al agua para cambiar el comportamiento de las partículas en suspensión. Hace
que las partículas, que anteriormente tendían a repelerse unas de otras, sean atraídas las
8
unas a las otras o hacia el material agregado. La coagulación ocurre durante una mezcla
rápida o el proceso de agitación que inmediatamente sigue a la adición del coagulante.
En el mundo se utiliza como coagulante tradicional el sulfato de aluminio (Al2 (SO4)3),
llamado comúnmente Alúmina. La Alúmina (sulfato de aluminio) es un coagulante que se
utiliza tanto a nivel de hogares como en las plantas de tratamiento del agua. Sin embargo,
la oferta de este coagulante en países en vías de desarrollo no logra satisfacer la
demanda total, ya que las cantidades disponibles se utilizan en los acueductos de las
grandes ciudades, generando escasez en algunas zonas rurales y periurbanas. Otro tipo
de coagulantes son los naturales, que incluyen semillas en polvo del árbol Moringa olifeira
y tipos de arcilla tales como la bentonita.
El proceso de floculación que sigue a la coagulación consiste de ordinario en una
agitación suave y lenta. Durante la floculación, las partículas entran en contacto recíproco,
y se unen unas a otras para formar partículas mayores que pueden separarse por
sedimentación o filtración.
Los factores que pueden promover la coagulacion-floculacion son el gradiente de la
velocidad, el tiempo y al pH. El tiempo y el gradiente de velocidad son importantes al
aumentar la probabilidad de que las partículas se unan y da más tiempo para que las
partículas desciendan, por efecto de la gravedad, y así se acumulen en el fondo. Por otra
parte, el pH es un factor prominente como acción desestabilizadora de las sustancias
coagulantes y floculantes.
Teniendo en cuenta lo anterior, es necesaria la búsqueda de alternativas de tratamiento
de aguas basadas en la utilización de coagulantes naturales en los procesos de
clarificación, específicamente en la etapa de coagulación-floculación que permitan que
esta agua semi-purificada pase a una segunda etapa, consistente en la aplicación de un
filtro.
9
CAPITULO I
GENERALIDADES
1.1. FORMULACION DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN
En los últimos años, el río Chili viene soportando una fuerte contaminación debido al
vertido de aguas residuales domésticas (principalmente materia fecal), aguas residuales
industriales (desechos químicos de cromo, cadmio, zinc, mercurio, ácidos, etc.) y residuos
sólidos (basura), que lo están dañando seriamente y comprometiendo a la salud de la
población arequipeña. Por otro lado, los agricultores utilizan el agua del río Chili para el
riego de sus cultivos.
Las aguas servidas domésticas que se vierten sin tratamiento al río Chili representan el
90% del total de las aguas servidas de la ciudad de Arequipa. El tramo que tiene mayor
grado de contaminación está comprendido entre los Puentes Grau y Uchumayo. Según
análisis realizados por la Dirección General de Salud Ambiental en la estación de
Uchumayo en el año 2008, se observaron resultados que están por encima de los
24’000,000 por cada 100 mililitros de agua de coliformes totales, y por encima de los
13’000,000 por cada 100 mililitros de agua de coliformes fecales (Autoridad Nacional del
Agua, 2008). Estos valores sobrepasan ampliamente los estándares nacionales de
calidad ambiental para agua categoría 3 (riego de vegetales y bebida de animales),
definidos, según el Decreto Supremo N° 002-2008–MINAM, en 5,000 NMP/100mL para
coliformes totales para vegetales de tallo bajo y alto, y en 2,000 NMP/100mL y 1,000
NMP/100mL para coliformes fecales (termotolerantes) para vegetales de tallo alto y bajo,
respectivamente (Ministerio del Ambiente del Perú, 2008).
Desde Chilina, hasta el puente Tingo, se registran unos 50 puntos de vertimiento de
aguas servidas domésticas, comerciales e industriales que suman unos 30 l/s,
aproximadamente 2,500 m3/día (Olivera, 2006). Las aguas del río Chili son utilizadas en
distintas actividades económicas y productivas, especialmente de carácter agrícola, ya
que con ellas se riegan cerca de 16,000 hectáreas de cultivo que abastecen a la ciudad.
Además, en los sectores rurales, sus aguas son destinadas al consumo humano mediante
un pésimo proceso de potabilización previo. Como consecuencia de ello, las acequias
que son subcorrientes del río Chili, están totalmente contaminadas con materia fecal.
Estas aguas van destinadas a los reservorios de agua, y éstos son utilizados en el riego
de sus cultivos y el lavado de las verduras antes de venderlas.
En función a ello, el proyecto intenta desarrollar un sistema que permita la purificación de
estas aguas para liberarlas de patógenos y materia fecal, y que por tanto, puedan ser
utilizadas para el riego de cultivos agrícolas. Lo novedoso de este proyecto es la
aplicación de alto impacto con la reducción de demanda química de oxígeno, sin
necesidad de un tratamiento químico.
10
1.2. OBJETIVOS
1.2.1. OBJETIVO PRINCIPAL
Diseñar, construir y evaluar un sistema de tratamiento ecológico como alternativa
sustentable para la purificación de aguas contaminadas destinadas al riego de cultivos en
Arequipa."
1.2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
Realizar el análisis fisicoquímico de las aguas del río Chili, de la zona del puente de Tiabaya – Arequipa.
Obtener un coagulante –floculante natural a partir de las pencas del nopal.
Determinar la concentración óptima para el tratamiento de aguas.
Evaluar la eficiencia de filtros mediante la cuantificación de remoción de contaminantes.
11
1.3. JUSTIFICACION
1.3.1. SOCIAL
Los agricultores de Tiabaya, Sachaca, Tingo y otros distritos de Arequipa usan los
reservorios de aguas para poder lavar sus frutos agrícolas, pero estas aguas están
contaminadas (Autoridad Nacional del Agua, 2008). Estos cultivos son consumidos por la
población de Arequipa, existiendo un alto riesgo de transmisión de enfermedades.
Asimismo, esta alta concentración de contaminantes perjudica a los agricultores debido al
rechazo de algunas empresas agro-exportadoras, para acceder a comercializar los
productos fuera del país.
1.3.2. TECNICA
En el mundo se utiliza como coagulante tradicional el sulfato de aluminio (Al2 (SO4)3),
llamado comúnmente Alúmina. La disponibilidad de este coagulante en países en vías de
desarrollo no logra satisfacer la demanda total. La idea es ofrecer una alternativa y que
ésta a su vez sea natural y amigable con el medio ambiente.
1.3.3. AMBIENTAL
La contaminación generada por los desechos domésticos e industriales deteriora no solo
la calidad del agua, sino también la de los suelos. En el caso de contaminación con
metales pesados, éstos, al no ser biodegradables, se acumulan. En el caso de los
coliformes, éstos causan enfermedades, por lo que se necesita de un sistema de
tratamiento para la disminución de estos contaminantes.
12
CAPITULO II
MARCO TEORICO
2.1. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
El tratamiento de aguas residuales consiste en aplicar una serie de procesos físicos,
químicos y biológicos que tienen como fin eliminar los contaminantes. El objetivo del
tratamiento es producir agua limpia o reutilizable, a la vez que un residuo sólido o fango
(también llamado biosólido o lodo) conveniente para su disposición o reuso. A este
tratamiento es muy común llamarlo depuración de aguas residuales, para distinguirlo
del tratamiento de aguas para su potabilización.
Las aguas residuales son generadas por residencias, instituciones y locales comerciales e
industriales. Éstas pueden ser tratadas dentro del sitio en el cual son generadas (por
ejemplo: tanques sépticos u otros medios de depuración) o bien pueden ser recogidas y
llevadas mediante una red de tuberías - y eventualmente bombas - a una planta de
tratamiento municipal. Los esfuerzos para recolectar y tratar las aguas residuales
domésticas de la descarga están típicamente sujetos a regulaciones y estándares
nacionales (regulaciones y controles). A menudo, ciertos contaminantes de origen
industrial presentes en las aguas residuales requieren procesos de tratamiento
especializado.
Típicamente, el tratamiento de aguas residuales comienza por la separación física inicial
de sólidos grandes (basura) de la corriente de aguas domésticas o industriales,
empleando un sistema de rejillas (mallas), aunque también pueden ser triturados por un
equipo especial; posteriormente se aplica un desarenado (separación de sólidos
pequeños muy densos, como la arena) seguido de una sedimentación primaria (o
tratamiento similar) que separa los sólidos suspendidos existentes en el agua residual.
Para eliminar metales disueltos se utilizan reacciones de precipitación. Luego de ello, se
sigue la conversión progresiva de la materia biológica disuelta en una masa biológica
sólida usando bacterias adecuadas, generalmente presentes en estas aguas. Una vez
que la masa biológica es separada o removida (proceso llamado sedimentación
secundaria), el agua tratada puede experimentar procesos adicionales (tratamiento
terciario) como desinfección, filtración, etc. El efluente final puede ser descargado o
reintroducido de vuelta a un cuerpo de agua natural (corriente, río o bahía) u otro
ambiente (terreno superficial, subsuelo, etc.). Los sólidos biológicos segregados
experimentan un tratamiento y neutralización adicional antes de la descarga o reutilización
apropiada.
13
2.2 CULTIVO DEL NOPAL
El nopal ha sido estudiado ampliamente como una alternativa para la remoción de
contaminantes. La baba contiene glucosa, la cual es soluble en el agua y, por lo tanto,
atrapa los contaminantes de la materia fecal y a su vez actúa reemplazándolos por
nutrientes naturales, al tiempo que elimina malos olores, proporciona buen sabor y regula
el pH del agua (Ríos y Quintana, 2004). El nopal se encuentra en abundancia en el
departamento de Arequipa, se puede cosechar en cualquier época del año, y es
adaptable a todo tipo de terreno.
Taxonomía El nopal pertenece a la familia Cactaceae, comúnmente conocida como cactácea o
cactus. Las cactáceas son plantas que caracterizan los paisajes de desiertos y zonas
áridas, aunque una gran diversidad de especies se encuentra en zonas tropicales,
subtropicales y templadas (Ríos y Quintana, 2004).
Tabla N°1. Taxonomía del Nopal.
Fuente: Ríos y Quintana, 2004
Fuente: Ríos y Quintana, 2004
Figura N°1: Pencas de nopal
Reino Vegetal
SubReino Embryophita
División Angioespermae
Clase Dycotyledonea
Subclase Dialipetalas
Orden Opuntiales
Familia Cactaceae
Subfamilia Opuntioideae
Tribu Opuntiae
Género Opuntia
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Descripción física Opuntia Ficus Indica: Casi no tiene espinas. Es un vegetal arborescente de 3 a 5 metros
de alto, su tronco es leñoso y mide entre 20 y 50 cm. de diámetro. Forma artículos
oblongos (pencas o cladodios) de 30 a 60 cm. de largo x 20 a 40 cm. de ancho y de 2 a 3
cm. de espesor. Sus ramas están formadas por pencas de color verde opaco con areolas
que contienen espinas más o menos numerosas, amarillas y produce flores de 7 a 10 cm.
de largo, su fruto es oval de 5 a 10 cm. de largo x 4 a 8 cm. de diámetro y su color puede
ser amarillo, anaranjado, rojo o purpúreo con abundante pulpa carnosa y dulce (Ríos y
Quintana, 2004).
Fuente: Ríos y Quintana, 2004
Figura N°2: Planta adulta de nopal
Cladodios Los cladodios (pencas) transforman la luz en energía química a través de la fotosíntesis.
Están recubiertos por una cutícula del tipo lipidica, interrumpida por la presencia de
estomas que permanecen cerrados durante el día.
La cutícula del cladodio evita la deshidratación provocada por las altas temperaturas del
verano. La hidratación normal del cladodio alcanza hasta un 95% de agua en peso. Las
pencas y tallos tienen espinas. El sistema radicular es profundo; no obstante,
dependiendo de la humedad ambiental, pueden desarrollar raíces laterales superficiales
(Ríos y Quintana, 2004).
Longevidad La longevidad promedio de las plantaciones de nopal es de 5 a 7 años, alcanzando
algunas veces hasta 10 años con buenos rendimientos. En terrenos apropiados con pH
15
neutro y con prácticas constantes de cultivo, sin problema de plagas, el nopal puede llegar
a vivir hasta 80 años, alcanzando de 80 a 90 t/ ha/año. Las plantaciones comerciales de
explotaciones intensivas, pueden durar 3 años. Cabe resaltar que la parte comestible del
nopal son los rebrotes tiernos, los mismos que pueden ser aprovechados desde los 8 ó 10
días luego de haber brotado (Ríos y Quintana, 2004).
Métodos de propagación Selección de la raqueta o planta madre: La raqueta o planta madre se debe de obtener de huertos o viveros con un buen manejo,
lo que garantiza sanidad y calidad en las raquetas. Para ello, se deben de cumplir las
siguientes cualidades:
Presencia de buen vigor.
Libre de plagas y enfermedades.
Que no presenten malformaciones físicas.
Edad de 6 meses a 1 año.
El tamaño mínimo debe de ser de 30 cm. de ancho por 20 cm. de largo.
Presencia de buen grosor y suculencia.
Antes de ser plantada la raqueta debe de tratarse para asegurar sanidad en la plantación,
desinfectando la raqueta madre con el fin de evitar problemas de pudrición en la
producción. El tratamiento se debe llevar a cabo con caldo bordolés al 2 %. Este se
prepara con dos partes de cal y dos partes de sulfato de cobre tribásico en 100 litros de
agua. Las pencas se impregnan del caldo bordolés y se dejan de 15 a 20 días a la sombra
con fines de cicatrización y desinfección. Posteriormente se proceden a plantar (Ríos y
Quintana, 2004).
Sistema tradicional de siembra:
En este sistema se cultiva nopal en hileras con 1 a 1.5 m. de separación; las pencas se
plantan de 0.25 a 0.5 m. y se dejan crecer plantas entre 1 a 1.5 m de altura (se forman
macizos de nopal a lo largo de la hilera). Las densidades varían de 15,000 a 20,000
plantas por hectárea, siendo las más comunes las de 17,000 plantas (Ríos y Quintana,
2004).
16
Fuente: Ríos y Quintana, 2004
Figura N°3: Plantaciones de nopal bajo sistema tradicional
Sistema de siembra micro túnel: Este sistema intensivo se desarrolló en la Universidad Autónoma de Chapingo, en el
Estado de México en la década de los 60’ y ha incentivado un fuerte desarrollo en la
producción de nopal, principalmente en los meses de invierno. Consiste en establecer
camas de 1.2 a 2 metros de ancho. El largo varía de 40 a 47 metros. Las pencas se
plantan unas junto a las otras con una separación de 5 cm. y las hileras tienen una
distancia de 20 a 30 cm. entre sí (Ríos y Quintana, 2004).
Fuente: Ríos y Quintana, 2004
Figura N°4: Plantaciones de nopal bajo sistema de siembra micro túnel
17
Requerimientos del cultivo Clima Se adapta perfectamente a condiciones de climas cálidos y subcálidos característicos de
las zonas denominadas monte espinoso tropical, bosque espinoso premontano, y estepa
espinosa montano baja, entre los 0 y los 3000 m.s.n.m. Con temperaturas que oscilan
entre los 16 a los 25°C, no tolera las heladas, requiere de 200 a 500 mm. de precipitación
atmosférica, una humedad relativa no mayor del 60% y mucha luminosidad (Ríos y
Quintana, 2004).
Suelo
Se desarrolla perfectamente en una diversidad de suelos, pero su máxima producción se
obtiene en suelos areno-calcáreos, sueltos, fértiles, poco profundos, bien drenados, con
pH ligeramente alcalino, no tolera el encharcamiento superficial. Sin embargo este cultivo
se desarrolla de manera óptima en suelos pobres (Ríos y Quintana, 2004).
Agua
Especie muy resistente a los veranos prolongados y/o épocas de sequía extrema. Las
necesidades de riego se determinan sobre la base de los requerimientos hídricos del
cultivo en sus diferentes etapas fenológicas, en especial para el prendimiento de la
semilla. Los cultivos bajo riego se desarrollan muy rápido (Ríos y Quintana, 2004).
Nutricionales
La fertilización con químicos y abonos orgánicos debe ser aplicada con el objeto de
incrementar la producción de frutas. Se debe aplicar el fertilizante, abriendo previamente
un surco de 5 cm. de profundidad, alrededor de la planta, siguiendo el trazado que
proyecta la sombra de la copa, lo que evita quemaduras en la planta.
La mejor época para aplicar fertilizantes en cultivos de secano es antes del brotamiento, y
en cultivos bajo riego es mejor fraccionar las dosis en tres partes a ser aplicadas, previo
un riego cada tres meses (Ríos y Quintana, 2004).
2.3. COAGULACION-FLOCULACION
Generalidades
La pequeña dimensión de las partículas coloidales presentes en el agua, así como la
existencia de cargas negativas repartidas en su superficie, dan lugar a una gran
estabilidad de las suspensiones coloidales. En el campo del tratamiento de aguas, la
coagulación es, por definición, el fenómeno de desestabilización de las partículas
18
coloidales, que puede conseguirse especialmente por medio de la neutralización de sus
cargas eléctricas. Se llama coagulante al producto utilizado para esta neutralización
(Sociedad Degrémont, 1979)
La agrupación de las partículas descargadas, al ponerse en contacto unas con otras,
constituye la floculación, que da lugar a la formación de flóculos capaces de ser retenidos
en una fase posterior del tratamiento del agua. Algunos productos pueden favorecer la
formación del flóculo. A éstos se les llama floculantes. La separación sólido-líquido, del
flóculo formado y del agua, puede hacerse por filtración, por decantación o flotación,
seguidas o no de filtración (Mendoza, Montañés y Palomares, 1998).
La coagulación y la floculación intervienen generalmente en el tratamiento de aguas
destinadas al abastecimiento público y en la preparación de aguas industriales de
fabricación. Con estos procedimientos se consigue la neutralización de los coloides del
agua y su absorción en la superficie de los precipitados formados en el proceso de
floculación. También pueden adsorberse sobre el flóculo ciertas sustancias disueltas
(materia orgánica, contaminantes diversos, etc). En el tratamiento de aguas residuales
urbanas, con frecuencia, es tal la concentración de materia en suspensión, que puede
conseguirse una floculación mediante simple agitación. Con el fin de favorecer la
eliminación de la contaminación coloidal, puede introducirse un coagulante (Sociedad
Degrémont, 1979).
Las aguas residuales industriales presentan composiciones muy variables, según la
industria considerada. En algunos casos, el agua contiene un constituyente capaz de
flocular por simple agitación o mediante la adición de un floculante. Otras veces, es
necesario utilizar un coagulante que de origen a un precipitado que pueda flocularse a
continuación (Sociedad Degrémont, 1979).
Coagulación
La coagulación se refiere al proceso de desestabilización de las partículas suspendidas,
de modo que se reduzcan las fuerzas de separación entre ellas, debido a las reacciones
que suceden al agregar un reactivo químico (coagulante) al agua, originando productos
insolubles. El reactivo químico agregado al agua debe de ser capaz de, en fracciones de
segundo, neutralizar la carga de los coloides generalmente electronegativos, presentes en
el agua, y formar un precipitado.
Los coagulantes principalmente utilizados son sales de aluminio o de hierro. En algunos
casos, pueden utilizarse igualmente productos de síntesis, tales como los polielectrólitos
catiónicos (Valderrama, 2007). La sal metálica actúa sobre los coloides del agua por
medio del catión, que neutraliza las cargas negativas antes de precipitar. Al polielectrólito
catiónico se le llama así porque lleva cargas positivas que neutralizan directamente los
coloides negativos. Los polielectrólitos catiónicos se emplean generalmente junto con una
sal metálica, en cuyo caso permiten una importante reducción de la dosis de dicha sal que
habría sido preciso utilizar. Puede llegarse incluso a suprimir completamente la sal
19
metálica, con lo que se consigue reducir notablemente el volumen de fango producido
(Sociedad Degrémont, 1979).
Floculación. La floculación es el proceso mediante el cual las moléculas ya desestabilizadas entran en
contacto debido a los fenómenos de transporte dentro del líquido. Esto implica la
formación de puentes químicos entre partículas, de modo que se forme una malla de
coágulos, tridimensional y porosa, agrandando las partículas aglutinadas en pequeñas
masas, llamadas flocs, que facilitan la precipitación (Soto, 2001).
Modelos teóricos de coagulación y de floculación. La coagulación y floculación son dos procesos dentro de la etapa de clarificación del
agua. Ambos procesos se pueden resumir como una etapa en la cual las partículas se
aglutinan en flocs, tal que su peso específico supere a la del agua y puedan precipitar
(Soto, 2001).
Existen dos modelos de coagulación. El modelo físico o de doble capa, basado en fuerzas
electrostáticas de atracción y repulsión. El otro modelo es químico, llamado “puente
químico”, que relaciona una dependencia entre el coagulante y la superficie de los
coloides (Soto, 1974).
Para la floculación existen también dos modelos, según sea el tamaño de las partículas
desestabilizadas (en general todas las partículas se ven afectadas por ambos
mecanismos). El primero es llamado ortocinético, el cual es promovido por agitación
externa principalmente, que influye partículas de tamaño superior al micrón y tiene
relación con los gradientes de velocidad del líquido. El segundo modelo se llama
pericinético y se diferencia del primero en que su fuente de agitación es interna.
Principalmente importarán el movimiento browniano y la sedimentación. Su efecto es
principalmente sobre partículas de tamaño inferior a 1 micrón (Soto, 2001).
Las partículas pequeñas (<1um) están sometidas a floculación pericinética, motivada por
el movimiento browniano, mientras que las que presentan un tamaño mayor, están
afectadas principalmente por el gradiente de velocidad del líquido, predominando en ella
la floculación ortocinética (Soto, 2001).
Dosificación de coagulante versus turbiedad y pH. Los coagulantes metálicos (alumbre: Al2 (SO4)3 y sales de hierro), han sido los más
empleados en la clarificación del agua. Estos productos actúan como coagulantes y
floculantes a la vez. Añadidos al agua forman especies cargadas positivamente en el
intervalo de pH típico para la clarificación, que va entre 6 y 7. Como ya se vio, esta
reacción produce aluminio gelatinoso insoluble o hidróxido férrico.
20
Los coagulantes metálicos son muy sensibles al pH y a la alcalinidad. Si el pH no está
dentro del rango adecuado, la clarificación es pobre y pueden solubilizarse el hierro o el
aluminio. Cuanto menor sea la dosis de coagulante, tanto mayor será la sensibilidad del
flóculo a cambios en el pH (Soto, 2001).
2.4. FILTRACION La filtración en medios granulares es la forma más económica y eficiente de separar
sólidos suspendidos que no son removidos por sedimentación. La filtración es una
operación unitaria de gran importancia dentro de un sistema de tratamiento y
acondicionamiento de aguas. Generalmente la filtración se efectúa después de la
separación de la mayoría de los sólidos suspendidos por sedimentación, aunque
dependiendo de las características del agua, es posible que ésta entre directamente a la
etapa de filtración, sin ser sedimentada previamente (Rocha, 2010).
Esto puede presentarse dependiendo de la cantidad y naturaleza de los sólidos en
suspensión. Si la cantidad de sólidos no es muy grande puede pasarse directamente a la
etapa de filtración. Si la cantidad de sólidos suspendidos en el agua a tratar es muy
grande y se pasa directamente a la filtración, el filtro se satura rápidamente y es necesaria
su continua limpieza, ya que los ciclos de filtración son de poca duración. Si previamente
se separan los sólidos sedimentables, la carga en el filtro disminuye, y se tiene una mejor
operación y un proceso de remoción de sólidos suspendidos es más eficiente (Rocha,
2010).
El filtro más ampliamente usado para remover sólidos suspendidos es el filtro de grava y
arena y se le llama así precisamente porque es un lecho de grava y arena el que retiene
las partículas suspendidas en el agua. El mecanismo de remoción de estos sólidos es de
diferente naturaleza. En el proceso intervienen fuerzas de cohesión entre el material
formado y las partículas en suspensión, aunque también se manifiestan fuerzas de
atracción electrostática del tipo de fuerzas de London y de Van Der Waals (Rocha, 2010).
En este tipo de filtros, el agua fluye a través de un lecho de grava y arena. Las
propiedades del medio, causan que el agua tome caminos erráticos y largos trayectos, lo
cual incrementa la probabilidad de que el sólido tenga contacto con otras partículas
suspendidas, y con el medio formado en la superficie del gránulo de grava o arena, siendo
de esta manera retenido entre el material filtrante. Para una filtración o separación de
sólidos más eficiente, también es conveniente darle un tratamiento previo al agua a tratar,
agregándole substancias químicas que causen la coagulación y floculación de las
partículas, ya que es más probable que el coágulo o flóculo sea retenido en el lecho del
filtro que una sola partícula en estado coloidal (Rocha, 2010).
21
2.5. AGRICULTURA EN AREQUIPA
Existe en la región una cartera de productos agropecuarios que pueden ser transformados
con ventajas para su colocación en los mercados regionales, nacionales e
internacionales. Entre ellos se cuenta las especies nativas de camélidos andinos; la
leche, la aceituna, el maíz morado, la lúcuma, la tuna, plantas colorantes y aromáticas, la
cebolla, menestras, frijol, quinua, kiwicha y diversos frutales.
La agricultura de Arequipa es muy desarrollada. Sus tierras son muy productivas
principalmente en el valle del río Chili, pero su agricultura se centra en la sierra. A nivel
nacional el departamento de Arequipa es el primero en la producción de cebolla y tercero
en arroz, trigo, frijol y otros productos.
La extensión del área agrícola, así como la calidad y diversidad de suelos permiten
afirmar que estos productos pueden cultivarse a escala y aumentar su valor agregado
para su colocación en los mercados nacionales e internacionales; generando circuitos que
revitalicen la inversión, en empleo y el consumo regional (Centro de Investigación y
Promoción del Campesinado, 2005).
Arequipa puede fortalecer su producción agropecuaria en dos ejes principales: uno
vinculado a la agro-exportación, alrededor de productos que ya se vienen cultivando
(cebolla amarilla, uva, páprika, orégano); así como de cultivos alternativos, orgánicos y
semilleros; y el segundo vinculado a la potenciación de la producción tradicional,
orientada al autoabastecimiento y a la producción para los mercados nacionales, en torno
a productos como la papa, el maíz, cereales, alfalfas, etc.
2.6. POTENCIALES IMPACTOS AMBIENTALES
Los contaminantes de las aguas servidas municipales, o aguas servidas domésticas, son
los sólidos suspendidos y disueltos que consisten en materias orgánicas e inorgánicas,
nutrientes, aceites y grasas, sustancias tóxicas, y microorganismos patógenos. Los
desechos humanos sin un tratamiento apropiado, eliminados en su punto de origen o
recolectados y transportados, presentan un peligro de infección parasitaria (mediante el
contacto directo con la materia fecal), hepatitis y varias enfermedades gastrointestinales,
incluyendo el cólera y tifoidea (mediante la contaminación de la fuente de agua y la
comida). Cabe mencionar que el agua de lluvia urbana puede contener los mismos
contaminantes, a veces en concentraciones sorprendentemente altas.
Cuando las aguas servidas son recolectadas, pero no tratadas correctamente antes de su
eliminación o reutilización, existen los mismos peligros para la salud pública en las
proximidades del punto de descarga. Si dicha descarga es en aguas receptoras, se
presentarán peligrosos efectos adicionales (p.ej. el hábitat para la vida acuática y marina
es afectada por la acumulación de los sólidos; el oxígeno es disminuido por la
descomposición de la materia orgánica; y los organismos acuáticos y marinos pueden ser
perjudicados aún más por las sustancias tóxicas, que pueden extenderse hasta los
organismos superiores por la bio-acumulación en las cadenas alimenticias). Si la
22
descarga entra en aguas confinadas, como un lago o una bahía, su contenido de
nutrientes puede ocasionar la eutrofización (la aparición de algas y plantas), con molesta
vegetación que puede afectar a las pesquerías y áreas recreativas. Los desechos sólidos
generados en el tratamiento de las aguas servidas (grava, cerniduras, y fangos primarios
y secundarios) pueden contaminar el suelo y las aguas si no son manejados
correctamente. Los proyectos de aguas servidas son ejecutados a fin de evitar o aliviar los
efectos de los contaminantes descritos anteriormente en cuanto al ambiente humano y
natural. Cuando son ejecutados correctamente, su impacto total sobre el ambiente es
positivo.
Los impactos directos incluyen la disminución de molestias y peligros para la salud pública
en el área de servicio, mejoramientos en la calidad de las aguas receptoras, y aumentos
en los usos beneficiosos de las aguas receptoras. Adicionalmente, la instalación de un
sistema de recolección y tratamiento de las aguas servidas posibilita un control más
efectivo de las aguas servidas industriales mediante su tratamiento previo y conexión con
el alcantarillado público, y ofrece el potencial para la reutilización beneficiosa del efluente
tratado y de los fangos.
Los impactos indirectos del tratamiento de las aguas residuales incluyen la provisión de
sitios de servicio para el desarrollo, mayor productividad y rentas de las pesquerías,
mayores actividades y rentas turísticas y recreativas, mayor productividad agrícola y
forestal o menores requerimientos para los fertilizantes químicos, en caso de ser
reutilizado el efluente y los fangos, y menores demandas sobre otras fuentes de agua
como resultado de la reutilización del efluente.
2.7. MARCO LEGAL
En las siguientes tablas se muestra los estándares nacionales de calidad ambiental para
agua categoría 3, según el Decreto Supremo N° 002 -2008 –MINAM (Ministerio del
Ambiente del Perú, 2008)
23
Tabla N°2. Estándares nacionales de calidad ambiental para agua, categoría 3, parámetros para riego de vegetales de tallo bajo y tallo alto
PARÁMETROS PARA RIEGO DE VEGETALES DE TALLO BAJO Y TALLO ALTO
PARÁMETROS UNIDAD VALOR
Fisicoquímicos
Bicarbonatos mg/L 370
Calcio mg/L 200
Carbonatos mg/L 5
Cloruros mg/L 100-700
Conductividad (uS/cm) <2000
Demanda Bioquímica de Oxígeno mg/L 15
Demanda Química de Oxígeno mg/L 40
Fluoruros y Fosfatos - P mg/L 1
Nitratos (NO3-N) mg/L 10
Nitritos (NO2-N) mg/L 0,06
Oxígeno Disuelto mg/L >=4
pH Unidad de pH 6.5-8.5
Sodio mg/L 200
Sulfatos mg/L 300
Sulfuros mg/L 0.05
Inorgánicos
Aluminio mg/L 5
Arsénico mg/L 0.05
Bario total mg/L 0.7
Boro mg/L 0.5-6
Cadmio mg/L 0.005
Cianuro Wad mg/L 0.1
Cobalto mg/L 0.05
Cobre mg/L 0.2
Cromo (6+) mg/L 0.1
Hierro mg/L 1
Litio mg/L 2.5
Magnesio mg/L 150
Manganeso y Níquel mg/L 0.2 c/u
Mercurio mg/L 0.001
Plata, Plomo, Selenio mg/L 0.05
Zinc mg/L 2
Orgánicos
Aceites y Grasas mg/L 1
Fenoles mg/L 0.001
S.A.A.M.(detergentes) mg/L 1
Plaguicidas
Aldicarb ug/L 1
Aldrín (CAS 309-00-2) y Endrin ug/L 0.004
Clordano (CAS 57-74-9) ug/L 0.3
DDT ug/L 0,001
Dieltrín (N° CAS 72-20-8) ug/L 0.7
Endosulfán ug/L 0.02
Heptacloro (N°CAS 76-44-8) Y heptacloripoxido ug/L 0.1
Lindano ug/L 4
Paratíón ug/L 7.5
Fuente: Decreto Supremo N° 002 -2008–MINAM
24
Tabla N°3. Estándares nacionales de calidad ambiental para agua categoría 3,
parámetros para riego de vegetales
PARÁMETROS PARA RIEGO DE VEGETALES
PARÁMETROS
Vegetales Tallo bajo
Vegetales Tallo alto
Unidad Valor Valor
Biológicos
Coliformes Termotolerantes NMP/100mL 1000 2000
Coliformes Totales NMP/100mL 5000 5000
Enterococos NMP/100mL 20 100
Escherichia coli NMP/100mL 100 100
Huevos de Helmintos huevos/litro <1 <1
Salmonella sp. Ausente Ausente
Vibrion cholerae Ausente Ausente
Fuente: Decreto Supremo N° 002 -2008–MINAM
25
Tabla N°4. Estándares nacionales de calidad ambiental para agua categoría 3, parámetros para bebidas de animales
PARÁMETROS PARA BEBIDAS DE ANIMALES
PARÁMETROS UNIDAD VALOR
Fisicoquímicos
Conductividad Eléctrica (uS/cm) <=5000
Demanda Bioquímica de Oxígeno mg/L <=15
Demanda Química de Oxígeno mg/L 40
Fluoruro mg/L 2
Nitratos (NO3-N) mg/L 50
Nitritos (NO2-N) mg/L 1
Oxígeno Disuelto mg/L >5
pH Unidades de pH 6.5-8.4
Sulfatos mg/L 500
Sulfuros mg/L 0.05
Inorgánicos
Aluminio mg/L 5
Arsénico y Berilio mg/L 0.1c/u
Boro mg/L 5
Cadmio mg/L 0.01
Cianuro WAD mg/L 0.1
Cobalto mg/L 1
Cobre mg/L 0.5
Cromo (6+) y Hierro mg/L 1c/u
Litio mg/L 2.5
Magnesio mg/L 150
Manganeso mg/L 0.2
Mercurio mg/L 0.001
Níquel mg/L 0.2
Plata mg/L 0.05
Plomo mg/L 0.05
Selenio mg/L 0.05
Zinc mg/L 24
Orgánicos
Aceites y grasas mg/L 1
Fenoles mg/L 0.001
S.A.A.M. (detergentes) mg/L 1
Fuente: Decreto Supremo N° 002 -2008–MINAM
26
Tabla N°5. Estándares nacionales de calidad ambiental para agua categoría 3,
parámetros para bebidas de animales
PARAMETROS PARA BEBIDAS DE ANIMALES
PARAMETROS UNIDAD VALOR
Plaguicidas
Aldicarb ug/L 1
Aldrín (CAS 309-00-2) ug/L 0.03
Clordano (CAS 57-74-9) ug/L 0.3
DDT ug/L 1
Dieldrín (N° CAS 72-20-8) ug/L 0.7
Endosulfán ug/L 0.02
Endrín ug/L 0.004
Heptacloro ( N° CAS 76-44-8) y heptacloripóxido ug/L 0.1
Lindano ug/L 4
Paratión ug/L 7.5
Biológicos
Coliformes Termotolerantes NMP/100mL 1,000
Coliformes Totales NMP/100mL 5,000
Enterococos NMP/100mL 20
Escherichia coli NMP/100mL 100
Huevos de Helmintos huevos/litro <1
Salmonella sp. Ausente
Vibrion cholerae Ausente
Fuente: Decreto Supremo N° 002 -2008–MINAM
Nota:
NMP/100: Número más probable en 100 ml.
Vegetales de tallo alto: Son plantas cultivables o no, de porte arbustivo o arbóreo y tienen una buena
longitud de tallo. Las especies leñosas y forestales tienen un sistema radicular pivotante profundo (1 a 20
metros). Ejemplo: forestales, árboles frutales, etc.
Vegetales de tallo bajo: Son plantas cultivables o no, frecuentemente porte herbáceo. Debido a su poca
longitud de tallo alcanzan poca altura. Usualmente, las especies herbáceas de porte bajo tienen un sistema
radicular difuso o fibroso, poco profundo (10 a 50 cm). Ejemplo: hortalizas y verduras de tallo corto como ajo,
lechuga, fresas, col, repollo, apio, arveja, etc.
Animales mayores: Entiéndase como animales mayores a vacunos, ovinos, porcinos, camélidos y equinos.
Animales menores: Entiéndase como animales menores a caprinos, cuyes, aves y conejos.
SAAM: Sustancias activas de azul de metileno.
27
CAPITULO III
MATERIALES Y METODOS
3.1. LUGAR DE EJECUCION
La etapa de laboratorio de la presente investigación se llevó a cabo en los laboratorios del
pabellón H, principalmente en el ambiente H-405 de la Universidad Católica Santa María
de Arequipa. El trabajo de análisis in situ se desarrolló en el puente de Tiabaya -
Arequipa.
3.2. MATERIALES
3.2.1. Material biológico
Nopal “Opuntia Ficus”.
Muestra de aguas del río Chili - zona Tiabaya - Arequipa.
3.2.2. Reactivos
Acido Clorhídrico (HCl, 37% concentración MERK)
Acido Sulfúrico (H2SO4, 98% concentración MERCK)
Acido nítrico (concentrado, MERK)
Agua destilada
Agua ultrapura
Etanol (CH3CH2OH, MERK)
Sulfato de Aluminio Al2(SO4)3
Cloruro de Sodio (MERCK)
Medio Agar Infusión Cerebro-Corazón
Medio Agar Nutritivo
Medio Agar Sabouraud
Medio Agar Muller Hilton
Medio Caldo BHI
Hidróxido de Sodio
3.2.3. Material de laboratorio
Barbijo
Gasa
Envases de vidrio
Cuchillo
Espátula
Fiolas
Gradillas
28
Guantes látex
Papel filtro
Picnómetro
Placas Petri
Probetas
Tubos de centrifuga
Tubos de ensayo
Baguetas
Pipetas de vidrio de 1, 5 y 10 ml.
Vasos de precipitado 100, 250, 500 y 1,000 ml.
Matraz Erlenmeyer de 500 y 1,000 ml.
Cámara de Neubauer
Láminas porta y cubre objetos.
Hielera
Picnómetros
Papel aluminio
3.2.4. Equipos de laboratorio
Agitador Magnético JENWAY Modelo 1000.
pH-metro JENWAY Modelo 3510.
Autoclave TUTTNAVER 1730 M.
Estufa P. SELECTA.
Microscopio BELTEC SCIENTIFICA BK 3200
Incubadora P. SELECTA.
Termómetro digital JENWAY Modelo 3510.
Termómetro ambiental BOHECO.
Baño Termostato VICKING MODELO MASSON.
Balanza analítica ADVENTURER OHVS
Centrífuga PLC series.
Espectrofotómetro SHIMADZU
Mufla
Filtro al vacío
Multiparámetro HANNA
Bombas
Turbidimetro HI 93703-11 HANNA
Medidor de oxigeno INOLAB OXI LEVEL 2
Conductimetro ORION 162
29
3.3 METODOLOGIA
3.3.1. Obtención de las muestras del río Chili - Arequipa
Se tomaron muestras de tipo compuesto, de la zona del puente de Tiabaya – Arequipa.
Estas fueron recolectadas en envases separados, dependiendo del análisis. Para la
determinación de metales totales las muestras se tomaron en frascos de plástico de 250
ml., los cuales se conservaron con la adición 2 ml. de acido nítrico. Para la determinación
de coliformes totales y fecales, las muestras se tomaron en frascos de vidrio estéril de
capacidad de 500 ml. Para la determinación de DBO5 se tomaron en frasco de plástico de
1 litro de capacidad y DQO, se tomaron en frascos de vidrio estéril de capacidad de 200
ml. a la cual se añadió 2ml H2SO4. Todas las muestras fueron etiquetadas como muestras
iniciales, las cuales fueron depositadas en una hielera y llevadas inmediatamente al
laboratorio.
Figura N°5: Ubicación geográfica de la toma de muestra, perteneciente a la zona del
puente de Tiabaya
30
Figura N°6: Fotografía del río Chili-Arequipa, perteneciente a la zona del puente de
Tiabaya
Figura N°7: Fotografías de la toma de muestras y frascos empleados para su muestreo
3.3.2. Análisis fisicoquímico de la muestra
La determinación de metales totales, Demanda Bioquímica de Oxigeno, Demanda Química de Oxígeno, coliformes fecales y totales, se mandaron a analizar al laboratorio Corplab, sede Arequipa.
Determinación de metales totales
Para la determinación de metales totales, la muestra fue recolectada en frasco de plástico
de capacidad de 250 ml., a la cual se añadió ácido nítrico para su conservación.
Posteriormente, fue depositada en la hielera y traslada al laboratorio. Se determinaron 31
metales por Espectrometría de Emisión Atómica con Plasma de Inducción Acoplada.
31
Determinación de Demanda Bioquímica de Oxígeno
Para la determinación de demanda bioquímica de oxígeno, la muestra fue recolectada en
frasco de plástico de 1 litro de capacidad. Esta fue depositada en la hielera y traslada al
laboratorio. La metodología empleada fue la Electrométrica.
Determinación de Demanda Química de Oxígeno
La muestra se recolectó en frasco de vidrio estéril de capacidad de 200 ml., a la cual se
añadió H2SO4. La muestra fue depositada en una hielera. Esta fue llevada
inmediatamente al laboratorio. La metodología empleada fue la Colorimétrica.
Determinación de coliformes fecales y totales
Para la determinación de coliformes totales y fecales se colocó una muestra en frasco de
vidrio estéril de capacidad de 500 ml. La muestra fue depositada en una hielera. Esta fue
llevada inmediatamente al laboratorio. La metodología empleada fue la de Tubos
Múltiples.
Determinación de parámetros fisicoquímicos
Se determinaron parámetros como densidad, conductividad, pH, temperatura, para lo cual
la muestra fue recolectada en frasco de plástico de capacidad de 1,000 ml. La muestra
fue depositada en una hielera. Esta fue llevada inmediatamente al laboratorio. Para
determinar la densidad se emplearon picnómetros, y el resto de parámetros se
determinaron mediante el uso del equipo de Multiparámetro HANNA.
3.3.3. Determinación de los Sólidos Sedimentables Totales (SST)
Primeramente, se trató cada uno de los vasos de precipitado, para luego extraer el
sobrenadante con ayuda de una jeringa con filtro. Posteriormente, se extrajo hasta solo
obtener el sedimento compacto. Los sedimentos fueron pesados y por diferencia de pesos
se determinaron los SST.
SST= (Wf-Wi)/Vol. Muestra x 1,000
Figura N°8: Fotografía de una de las muestras dejadas en reposo para su sedimentación
32
3.3.4. Obtención del mucílago del nopal “opuntia ficus”
Para la obtención de este coagulante-floculante natural, se empleó como materia prima a
las pencas del nopal, para lo cual primero se realizó la recolección de las pencas. Luego,
las pencas fueron lavadas con agua de caño. Posteriormente, se procedió a retirar las
espinas, y se realizó otro lavado con agua. Para obtener el extracto acuoso se procedió a
retirar la cutícula externa de la corteza, conservando solo la médula, que fue cortada en
pequeños trozos de distinto peso: (50, 100, 150, 200, 300, y 400 gramos), los cuales se
dejaron macerar en vasos de precipitados de 500 ml., enrasados con agua destilada por
24 horas para favorecer la extracción.
Figura N°9: Fotografías de las pencas de nopal y el tratamiento para la obtención del mucílago
3.3.5. Evaluación del extracto de nopal “Opuntia ficus”, como coagulante-floculante
Preparación de soluciones stock del coagulante – floculante de nopal
Terminado el tiempo de maceración, el material vegetal del extracto viscoso se filtró con
una gasa. Para determinar las concentraciones se relacionó el extracto viscoso, obtenido
de los pesos de 50, 100, 150, 200, 300, 400 gramos de material vegetal, por el porcentaje
peso-volumen (w/v) y se obtuvieron las concentraciones de 10%, 20%, 30%, 40%, 60% y
80% de coagulante-floculante de nopal.
Figura N°10: Fotografía del proceso de obtención del extracto de nopal
33
Determinación de la actividad coagulante y floculante del extracto de nopal mediante el test de jarras
Esta prueba se realiza para determinar si los extractos obtenidos por maceración
presentan actividad coagulante y floculante. Mediante el uso del equipo de jarras, en 6
vasos de precipitados de 500 ml. con un volumen de 250 ml. de muestra, a cada uno de
estos vasos se le agregó 20 ml. de extracto de nopal, a distintas concentraciones iniciales
(10%, 20%, 30%, 40%, 60% y 80%). Se sometió a agitación rápida a 150 revoluciones por
minuto (rpm) por 3 minutos, para que se de el proceso de coagulación. Luego se procedió
a una agitación lenta a 50 rpm por 18 minutos, para que se lleve a cabo la floculación.
Luego se retiró el sistema de agitación y se dejó reposar por 20 horas.
Una vez terminado el tiempo de sedimentación, con ayuda de una jeringa, se extrajo una
porción de agua de cada vaso para evaluar parámetros fisicoquímicos como el pH, la
turbidez y el porcentaje de sedimentos.
Figura N°11: Fotografía del test de jarras.
Figura N°12: Fotografía del agua tratada con el extracto de nopal.
34
3.3.6 Determinación de parámetros fisicoquímicos pre y post –tratamiento
Determinación de turbidez
Se utilizo el Turbidimetro, el cual se calibro con buffers. Para la lectura de las muestras se
tomó una pipeta con 10 ml. de muestra y se depositó en las cubetas del Turbidimetro.
Posteriormente se procedió a hacer la lectura correspondiente.
Determinación del pH / temperatura
Primeramente se calibró el pH metro con sus respectivos buffers, luego se extrajo 100 ml.
de muestra con una pipeta, se colocó la punta del electrodo en cada una de las muestras
y se procedió a la lectura del pH y de la temperatura.
Determinación de la conductividad
Se tomaron 100 ml. de muestra, las cuales se depositaron en vasos de precipitados de
250 ml y se llevaron a medir en el conductímetro. Asimismo, se colocó la punta del
electrodo en cada una de las muestras, y se esperó unos minutos hasta que se estabilice.
3.3.7. Diseño y construcción de un sistema de filtración
Como parte de la etapa posterior a un tratamiento con el extracto de nopal, se implementa
un filtro elaborado a base de arena de río, piedra pómez y carbón activado.
Para evaluar la filtración, se analizaron columnas empacadas con cada sustrato en serie,
teniendo como alimentación el agua “tratada” de la etapa de coagulación y floculación con
el extracto de nopal. Para ello, se realizó la medición de parámetros fisicoquímicos en la
entrada y en la salida del filtro. Este sistema propuesto con los insumos que se describen
no se ha trabajado anteriormente. Muchos sistemas de filtración sencillos incluyen en sus
componentes piedras; arena, etc. pero aquí se opta por utilizar como componentes la
piedra pómez, por tener una gran porosidad, lo cual favorece en el proceso de retención
de partículas, y nos sirve como un tamizador que retiene partículas grandes. En cuanto a
la arena de río, también es un material bastante usado en sistemas de filtración
económicos. La arena de río sirve para retener partículas pequeñas y ambos son
recursos abundantes en Arequipa.
35
Figura N°13: Diseño del sistema de filtración
Figura N°14: Esquema del proceso de coagulación, floculación y filtración a escala
de laboratorio
Pencas de Nopal
Agua contaminada
Floculacion
Extracto de Nopal 80%
80ml/1L
Coagulación
Agua semipura
Filtro
150 rpm por 3 min
50 rpm por 18 min
Agua limpia
Reposo 20 h.
36
Figura N°15: Fotografía del sistema de filtración
La ubicación de la planta de tratamiento in situ está ubicada en la zona del puente de
Tiabaya. El agua se alimenta a partir de una acequia, que se toma directamente del rio
Chili.
3.3.8. Evaluación de la eficiencia del sistema de filtración
Para determinar si el filtro elaborado es eficiente en cuanto a la remoción de
contaminantes, se realizó la medición de parámetros fisicoquímicos como:
Metales totales
Coliformes totales y fecales
pH
Turbidez
SST
El monitoreo de estos parámetros se realizó tanto en la entrada como en la salida del
filtro.
3.3.9. Acondicionamiento del terreno y plantación del nopal
Para desarrollar el sistema in situ, se eligió como punto geográfico la zona de Tiabaya –
Arequipa. Este lugar presenta el terreno adecuado para la implementación del sistema in
situ. Para el sembrado del nopal se requirió homogenizar el terreno, ya que había
37
presencia de algunas rocas, y se realizaron los surcos correspondientes, con la ayuda de
una pala.
Figura N°16: Fotografía del terreno (Tiabaya)
Las pencas, una vez lavadas, se dejan en reposo durante 12 días, con el objetivo de
cicatrizar los cortes. Culminado este periodo, se trasladan al terreno para ser plantadas,
de forma manual, con la ayuda de una pala.
Figura N°17: Fotografía del lavado de las pencas de nopal y del traslado al terreno
38
Figura N°18: Fotografías del sembrado del nopal
Luego de sembradas las pencas de nopal, se construyó un reservorio de agua en el lugar del tratamiento in situ. Este reservorio fue construido al lado de la subcorriente del agua de río Chili, tal como se pude apreciar en la figura N°20.
Este reservorio tiene una capacidad para más de 1,500 litros. Las características principales están dadas en la parte frontal, en la que hay un espacio para toma de muestras, en una salida de desfogue en el lado izquierdo, y en la parte derecha, en donde hay una salida para el agua que ingresa al filtro.
Figura N°19: Fotografía del acondicionamiento del terreno para la construcción del reservorio
39
Figura N°20: Fotografía del lado izquierdo del reservorio de agua
3.3.10. Obtención del mucílago del nopal “opuntia ficus”, para tratamiento in situ
Se siguió el mismo proceso empleado en la primera etapa de laboratorio, pero con una
pequeña modificación, ya que el crecimiento de las pencas sembradas en la primera
etapa tardaron un poco más de lo normal. En ese sentido, para la purificación de agua in
situ, se recolectaron pencas "usadas”, de la producción de la cochinilla, para lo cual se
tuvo que recolectar primeramente dichas pencas. Luego de ello, éstas fueron lavadas con
agua de caño. Posteriormente, se procedió a retirar las espinas, y se realizó otro lavado
con agua. Para obtener el extracto acuoso se procedió a retirar la cutícula externa de la
corteza, conservando solo la médula. El volumen del extracto se calculó considerando
que se purificaría un total de 1,000 litros de agua.
Figura N°21: Fotografías de las pencas “usadas” de nopal
40
Figura N°22: Fotografía del corte de las pencas de nopal
Posteriormente, las pencas fueron cortadas y una vez que se retiraron las cortezas se dejaron macerar en un balde de una capacidad de 20 litros.
Figura N°23: Fotografía de macerado de nopal
Posteriormente el extracto obtenido fue colado para eliminar impurezas.
41
Figura N°24: Fotografía de la colación del extracto de nopal
3.3.11. Preparacion del sistema in situ
Paralelamente se realizó el armado del filtro. Para ello, se hizo una modificación del diseño, ya que se requería de un filtro que trate volúmenes grandes en un tiempo menor, considerando que el agua que se emplea para riego debe tener un flujo semi-rapido para que este pueda llegar a cubrir todo el terreno de cultivo.
Así, en un balde de capacidad de 20 litros, se acondicionaron entradas y salidas para el flujo de agua. En la salida del agua en la parte baja se acondicionó una especie de filtro de esponja para que ayude a evitar que la salida se taponee con la arena y/o los restos de carbón activado.
Figura N°25: Fotografía del acondicionamiento del filtro.
42
Figura N°26: Fotografía del carbón activado utilizado
Luego, en la primera capa se colocó la piedra pómez, pero en tamaños de partículas pequeñas, hasta la tercera parte del filtro. Posteriormente, se colocó una capa de carbón activado. Para evitar que éste se suspenda y pueda infiltrarse, se colocó sobre delgadas capas de esponjas porosas. Luego, encima de esta capa se colocó piedra pómez de partículas más grandes. Esta configuración se realizó para permitir que el flujo del agua sea mucho más rápido.
Figura N°27: Fotografía del panorama in situ, con el filtro instalado.
Posteriormente este reservorio fue llenado con agua del río Chili, como se pude apreciar en la figura N°28.
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Figura N°28: Fotografía del reservorio llenado con agua de río Chili
Una vez llenado el reservorio, se sacaron muestras para el análisis de metales totales,
coliformes fecales y totales, DQO y DBO5. Posteriormente se añadió el extracto de nopal.
Figura N°29: Fotografía de la adición del extracto de nopal
Tras añadir el extracto de nopal, se homogenizó la mezcla y se dejó que sedimentara por 24 horas. Luego de ello, se obtuvieron muestras para la evaluación correspondiente.
44
Figura N°30: Fotografía de la toma de muestra
Figura N°31: Fotografía de los equipos empleados para el análisis fisicoquímico de las muestras de agua se aprecia el pH metro, Conductimetro y medidor de oxigeno.
Se realizo a su vez las mediciones de algunos parámetros fisicoquímicos en situ, como la conductividad, pH, temperatura, oxigeno disuelto.
45
Figura N°32: Fotografía de la medición de parámetros fisicoquímicos in situ.
Las aguas purificadas fueron utilizadas para el riego del cultivo de nopal, como se puede apreciar en la figura N°33.
Figura N°33: Fotografía del riego de nopal con aguas purificadas
3.3.12 Producción de cochinilla
Una vez que las pencas de la primera etapa ya habían desarrollado pencas secundarias, se infestó con cochinilla. Las cochinillas madres fueron recolectadas del distrito de La Joya – Arequipa.
46
Figura N°34: Fotografía de la cochinilla
Figura N°35: Fotografía de la infestación con cochinilla
Siempre periódicamente cada mes se realizaba un mantenimiento de los cultivos de Nopal, retirando las plantitas que crecían alrededor de estas que principalmente era pasto, y limpiando a su vez el terreno.
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Figura N°36: Fotografía del mantenimiento del terreno.
3.3.13 Recolección de productos secundarios
Este proyecto desde un principio se planteo que se aprovecharía al máximo al nopal, razón por la cual se infesto con cochinilla, de esta manera se logro obtener productos secundarios como son la cochinilla y los frutos de la Tuna. En cuanto a la cochinilla se procedió recolectar después de haber transcurrido 5 meses desde la infestación.
Figura N°37: Fotografía de la recolección de la cochinilla y de la Tuna.
3.3.14 Determinación de la concentración optima de Sulfato de Aluminio Para comparar el proceso tradicional frente al extracto del Nopal, se evaluó la eficiencia del sulfato de aluminio a distintas concentraciones. Se evaluó mediante la prueba de jarras, para lo cual se uso el equipo de jarras, en 6 vasos de precipitados de 500 ml. con un volumen de 250 ml. de muestra, a cada uno de estos vasos se le agregó la solución de Sulfato de Aluminio a distintas concentraciones (1%, 2%, 5%, 8% y 11%) y cada concentración tuvo 6 tratamientos respecto al volumen añadido (1ml, 2ml, 3ml, 4ml, 5ml y 6ml), Se sometió a agitación rápida a 150 revoluciones por minuto (rpm) por 3 minutos, para que se dé el proceso de coagulación. Luego se procedió a una agitación lenta a 50
48
rpm por 18 minutos, para que se lleve a cabo la floculación. Luego se retiró el sistema de agitación y se dejó sedimentar por un periodo de 24 horas. Una vez terminado el tiempo de sedimentación, se sacaron alícuotas de cada vaso para evaluar parámetros fisicoquímicos como el pH y la turbidez, se realizo esto con la finalidad de poder determinar la dosis optima.
Figura N°38: Prueba de jarras para el sulfato de aluminio.
3.3.15. Aplicación de la solución de sulfato de aluminio in situ Se trabajo con un volumen de 1000 litros de agua, a la cual se le aplico 12 litros de la
solución de Sulfato de Aluminio al 1% aplicando a un volumen del tratamiento T3.
Figura N°39: Fotografía de la adición de la solución de sulfato de aluminio al 1%, al reservorio de agua.
49
CAPITULO IV
PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS
A continuación, se presentan los principales resultados de esta primera etapa, la cual
comprende la evaluación de los contaminantes presentes en el río Chili, la evaluación del
sistema a nivel de laboratorio, el acondicionamiento de terreno de ejecución, y la
plantación del nopal.
Figura N°40: Fotografía del río Chili-Arequipa, perteneciente a la zona del puente de
Tiabaya
4.1. Obtención de las muestras del río Chili-Arequipa
El rio tiende a ser inestable en los meses de enero y febrero, ya que por las lluvias,
aumenta y disminuye el flujo de caudal. La contaminación a simple vista es enorme, ya
que numerosas tuberías clandestinas de desechos domésticos van a parar directamente a
las aguas del río Chili.
50
Figura n°41: Fotografía de una tubería de desechos domésticos, perteneciente a la
zona del puente de Tiabaya
Tabla N°6: Características organolépticas de las muestras de aguas del río Chili-
Arequipa.
Muestra Volumen (ml) Olor Color Material Suspendido
M-1 1,000 Fétido amarillento Materia orgánica,
tierra
M-2 1,000 Fétido amarillento claro Materia orgánica
M-3 1,000 Fétido amarillento Materia orgánica
La tabla N°6 nos muestra que las muestras presentan casi las mismas características,
resaltando su olor fuerte y color turbio, lo cual hace evidente que contienen alta carga de
materia orgánica proveniente de los desechos de las tuberías clandestinas que vierten
sus aguas directamente, sin ningún tipo de tratamiento.
51
4.2. Análisis fisicoquímico de la muestra
Esta lectura corresponde al primer muestreo que se realizó, donde resaltan metales como
el aluminio, con una concentración de 0.952 mg/L; hierro, con 0.909 mg/L, proveniente de
los desechos del parque industrial de Arequipa que está al lado del río Chili; y la presencia
de fósforo, con 1.114 mg/L, debido al uso de pesticidas y fertilizantes químicos que son
aplicados en los cultivos.
Tabla N°7: Resultados de la determinación de metales totales
Metales Límite de Detección
Unidad Resultado
Aluminio (Al) 0.004 mg/L 0.952
Antimonio (Sb) 0.003 mg/L ND
Arsénico (As) 0.004 mg/L ND
Bario (Ba) 0.0005 mg/L 0.0981
Berilio (Be) 0.00002 mg/L ND
Bismuto (Bi) 0.002 mg/L ND
Boro (B) 0.002 mg/L 0.452
Cadmio (Cd) 0.0003 mg/L ND
Calcio (Ca) 0.02 mg/L 32.54
Cobalto (Co) 0.0007 mg/L ND
Cobre (Cu) 0.002 mg/L ND
Cromo (Cr) 0.0008 mg/L ND
Estaño (Sn) 0.0007 mg/L 0.0636
Estroncio (Sr) 0.0005 mg/L 0.2972
Fosforo (P) 0.003 mg/L 1.114
Hierro (Fe) 0.006 mg/L 0.909
Litio (Li) 0.008 mg/L ND
Magnesio (Mg) 0.008 mg/L 9.893
Manganeso (Mn) 0.003 mg/L 0.213
Molibdeno (Mo) 0.0009 mg/L ND
Níquel (Ni) 0.002 mg/L ND
Plata (Ag) 0.002 mg/L ND
Plomo (Pb) 0.001 mg/L ND
Potasio (K) 0.05 mg/L 8.49
Selenio (Se) 0.006 mg/L ND
Silicio (Si) 0.004 mg/L 13.64
Sodio (Na) 0.02 mg/L 45.37
Talio (Tl) 0.003 mg/L ND
Titanio (Ti) 0.0007 mg/L 0.0433
Vanadio (V) 0.002 mg/L ND
Zinc (Zn) 0.0007 mg/L 0.0203
52
Tabla N°8: Resultados de la determinación de Demanda Bioquímica de Oxígeno
Parámetros Orgánicos Límite de Detección
Unidad Resultado
Demanda Bioquímica de Oxígeno 2 mg/L 32
Tabla n°9: Resultados de la determinación de Demanda Química de Oxigeno
Parámetros Orgánicos Límite de Detección
Unidad Resultado
Demanda Química de Oxígeno 2 mg O2/L 70
De acuerdo a la norma D.S.N° 002-2008, sobre Estándares de Calidad Ambiental (ECA)
para agua para riego de vegetales, se refieren valores de DBO5 y DQO de 15 mg/L y 40
mg 02/L respectivamente (Ministerio del Ambiente del Perú, 2008). Así, en función a los
valores obtenidos de las muestras, es evidente que éstos superan los ECA, con 32 mg/L
de DBO5 y 70 mg 02/L de DQO, respectivamente.
Tabla N°10: Resultados de la determinación de coliformes fecales y totales
Parámetros Microbiológicos Límite de Detección
Unidad Resultado
Coliformes Fecales 1.8 NMP/100 mL 17’000,000
Coliformes Totales 1.8 NMP/100 mL 22’000,000
En cuanto al parámetro de coliformes totales, el valor para agua para riego de vegetales
es de 5,000, pero en nuestro resultado se determinó un valor de 22’000,000, un valor
demasiado alto.
En el curso del río Chili por la ciudad de Arequipa, existen numerosas tuberías de
desechos domésticos. Estas, sin ningún tipo de tratamiento, son vertidas directamente al
río Chili. Los principales puntos en donde se han identificado estas tuberías son los de la
zona de Alata, el parque industrial y la zona de Tiabaya.
Tabla N°11: Resultados de la determinación de parámetros fisicoquímicos de las
muestras de aguas del río Chili-Arequipa
Muestra
Parámetros M-1 M-2 M-3
Volumen (ml) 500 500 500
pH 7.2 7.43 7.28
Temperatura (C°) 18.2 18.7 18.5
SST (mg/L) 1,646.0 1,854.8 1,814.0
Turbidez (UNT) 36.9 41.2 38.68
Conductividad (uS/cm) 1,012 1,020 1,109
53
Inicialmente, se dejaron en reposo las muestras para que sedimentaran por un período de
12 horas, pero a simple vista se apreciaba que necesitaban más tiempo para la
compactación. Se observó que los sedimentos estaban compuestos principalmente por
materia orgánica (fecal).
4.3. Determinación de la actividad del nopal “opuntia ficus” como coagulante-
floculante
Como se mencionó, numerosos estudios revelan la capacidad del nopal como agente
coagulante y floculante. Para tal efecto, se prepararon distintas concentraciones del
extracto.
Tabla n°12: Concentraciones de las soluciones stock del nopal
Extracto Volumen (ml) Peso del Extracto (g) % Concentración inicial Extracto-1 500 50 10
Extracto-2 500 100 20
Extracto-3 500 150 30
Extracto-4 500 200 40
Extracto-5 500 300 60
Extracto-6 500 400 80
Para la obtención del mucílago de nopal, es bueno dejar macerar las pencas, ya que de
esta manera se obtiene la mayor cantidad de extracto y se aprovecha su capacidad
coagulante- floculante. Las pencas recolectadas tuvieron las siguientes características: un
peso aproximado de 3.8-4.2 Kg, con un grosor aproximado de 2.6 cm. y una longitud de
30 cm. aproximadamente.
Actualmente, la sustancia que más se usa como agente coagulante-floculante, es el
sulfato de aluminio; pero el extracto de nopal es una alternativa ecológica. Para obtener
una buena eficiencia de coagulación y floculación, se trabajó con concentraciones “altas”
de nopal.
Cuando se llevó a cabo el test de jarras, se varió la velocidad de agitación. Esto para
favorecer los procesos de coagulación-floculación. Para que se de la floculación, es
recomendable bajar la velocidad de agitación, por lo que ésta se redujo a 50 rpm.
La actividad como coagulante y floculante de parte del extracto de nopal, es relativamente
lenta a comparación de los coagulantes y floculantes químicos. El aclaramiento de las
aguas se da cuando se disminuye la velocidad de la agitación y cuando se deja en reposo
la muestra.
54
Con el transcurso del tiempo, en el proceso de coagulación-floculación, el aclaramiento de
la muestra fue aumentando. A las 24 horas ya se lograba diferenciar capas, pero la
formación de flóculos se dio en la mezcla lenta a 50 rpm. Se decidió trabajar con 20 ml. de
volumen de extracto de nopal por cada 250 ml. de muestra, porque en experiencias
preliminares se determinó que a 20 ml. la coagulación y floculación es más efectiva.
Tabla N°13: Determinación de parámetros fisicoquímicos de muestras tratadas con
distintas concentraciones del extracto de nopal
Solución Muestra %
Concentración Volumen Turbidez pH final
extracto Nopal (ml) (UNT)
M-1 10 250 36.8 6.98
Extracto -1, Nopal M-2 10 250 38.9 7.02
M-3 10 250 38.2 7.13
M-1 20 250 37.1 7.05
Extracto -2, Nopal M-2 20 250 36.23 7.1
M-3 20 250 36.14 7.15
M-1 30 250 34.02 7.21
Extracto -3, Nopal M-2 30 250 34.05 6.92
M-3 30 250 33.52 7.12
M-1 40 250 30.2 7.31
Extracto -4, Nopal M-2 40 250 31.2 7.09
M-3 40 250 30.03 7.1
M-1 60 250 24.01 7.12
Extracto -5, Nopal M-2 60 250 23.1 7.22
M-3 60 250 23.3 7.08
M-1 80 250 20.12 7.05
Extracto -6, Nopal M-2 80 250 18.34 7.11
M-3 80 250 19.42 7.09
Como se aprecia en la Tabla N°13, la mejor concentración para tratar aguas fue el
extracto-6, lográndose reducir la turbidez a 18.34, y el pH a 7.11, lo cual es favorable, ya
que el resto de contaminantes se logrará purificar mediante el filtro.
55
Tabla n°14: Análisis fisicoquímico del extracto de Nopal al 80%
Parámetros Unidades Extracto de Nopal
Oxigeno disuelto mg/L 4.20
Porcentaje de Saturación % 58.60
Temperatura °C 18.80
Conductividad mS/cm 4.80
Sal valor 2.80
Sólidos Totales disueltos mg/L OFL
pH valor 4.72
Turbidez NTU 172.00
4.4. Determinación de parámetros fisicoquímicos pre y post–tratamiento con el
sistema
El sistema consiste primeramente en el tratamiento con el extracto de nopal. Luego de
ello, esta agua semi-purificada pasa por el filtro de columnas.
Figura N°42: Fotografía de las muestras tratadas con el extracto de nopal
Cuando se realizó la prueba del sistema, se rotuló de la siguiente manera:
1: representa la muestra antes del tratamiento con el sistema.
2: representa la muestra del agua tratada con el sistema.
Los parámetros monitoreados fueron: fisicoquímicos, metales totales y coliformes.
56
Tabla N°15: Resultados de la determinación de metales totales
Metales Resultado,
1 Resultado,
2
mg/L mg/L
Aluminio (Al) 1.197 0.174
Antimonio (Sb) <0.0042 0.008
Arsénico (As) 0.010 0.103
Bario (Ba) 0.047 0.163
Berilio (Be) <0.00026 <0.00026
Boro (B) 0.496 0.383
Cadmio (Cd) <0.00034 <0.00034
Calcio (Ca) 22.890 >250
Cobalto (Co) 0.000587 <0.00026
Cobre (Cu) 0.013 <0.009
Cromo (Cr) 0.00847 0.004
Estaño (Sn) <0.0084 <0.0084
Estroncio (Sr) 0.203 1.171
Fosforo (P) 0.127 <0.048
Hierro (Fe) 0.978 0.059
Litio (Li) 0.0268 0.059
Magnesio (Mg) 8.880 1.749
Manganeso (Mn) 0.075 0.001
Molibdeno (Mo) <0.0042 0.036
Níquel (Ni) <0.0058 <0.0058
Plata (Ag) <0.007 <0.007
Plomo (Pb) <0.026 <0.026
Potasio (K) 6.76 19.735
Selenio (Se) <0.02 <0.02
Silicio (Si) 30.550 39.505
Sodio (Na) 44.270 118.6
Talio (Tl) <0.0042 <0.0042
Titanio (Ti) 0.043 <0.0018
Vanadio (V) 0.007 0.048
Zinc (Zn) 0.055 0.012
Cerio (Ce) 0.005 0.005
Mercurio (Hg) <0.0012 <0.0012
Hay lecturas de algunos metales como el arsénico, bario, y estroncio que superan el valor
de las lecturas de las muestras antes del tratamiento. Esto puede deberse quizás a las
trazas de estos metales contenidas en la piedra pómez o la arena de río, por lo que para
la segunda experiencia se realizará un buen lavado de estos sustratos.
57
Tabla N°16: Resultados de la determinación de coliformes fecales y totales
Parámetros Microbiológicos Límite de Detección
Unidad Resultado,1 Resultado,2
Coliformes Fecales 1,8 NMP/100 mL 13’000,000 1,000
Coliformes Totales 1,8 NMP/100 mL 15’000,000 2,000
La reducción de los coliformes es evidente. Si se añadiera un proceso más de clarificación
y desinfección las aguas estarían totalmente libres de contaminantes.
Los resultados de la tabla N°17, muestran los análisis antes del tratamiento (1) y después
del tratamiento (2), del sistema ensayado en laboratorio.
Tabla N°17: Resultados de la determinación de parámetros fisicoquímicos
Muestra
Parámetros 1 2 Volumen(ml) 500 500
pH 7.10 7.03
Temperatura (C°) 18.6 18.3
SST (mg/L) 1,870.0 20.0
Turbidez (UNT) 35.20 4.1
Las tablas anteriores demuestran la efectividad que tiene el sistema. Cabe resaltar que
los agricultores riegan sus cultivos con aguas directamente del río Chili, sin ningún tipo de
tratamiento, por lo que la presencia principalmente de coliformes es elevada. Con este
sistema vemos que se logran disminuir los niveles de estos contaminantes.
En cuanto al sembrado del nopal, las pencas que se sembraron recién están en proceso
de formación, por lo que la producción de la cochinilla recién se está realizando. El suelo
donde está sembrado está bastante mejor en comparación al inicio, ya que presentaba
muchas rocas y basura. Se está abonando con compost. El nopal hasta la fecha se ha
aclimatado a ese terreno y su desarrollo está en perfectas condiciones.
La remoción de coliformes, en este sistema no solo se debe al uso del extracto de nopal,
sino que con el tiempo de uso, éstas tienden a formar bio-películas en la superficie de la
piedra pómez. Resaltamos la importancia de usar coagulantes-floculantes naturales como
es el extracto de nopal, ya que es una tecnología biodegradable y amigable con el medio
ambiente. Aplicar este sistema puede reducir la contaminación que provocan las aguas no
tratadas. Habrá una restauración ecológica del agua, y proporcionará una alternativa
sustentable.
58
4.5. Determinación de parámetros fisicoquímicos pre y post–tratamiento con el
sistema in situ.
Como se puede apreciar en la figura N°43, las aguas del río Chili en general siempre
presenta un color oscuro y con bastante carga de materia orgánica que se puede apreciar
a simple vista.
Figura N°43: Fotografía del terreno de ejecución in situ
A continuación se muestran los resultados de la primera lectura antes de aplicar el
tratamiento.
Tabla N°18: Resultados de la determinación de Demanda Bioquímica de Oxigeno y
Demanda Química de Oxígeno
Parámetros Orgánicos Límite de Detección Unidad Resultado
Demanda Química de Oxígeno 2 mg O2/L 159
Demanda Bioquímica de Oxígeno 2 mg/L 104
59
Tabla N°19: Resultados de la determinación de metales totales
Metales Límite de Detección Unidad Resultado
Aluminio (Al) 0.004 mg/L 0.134
Antimonio (Sb) 0.003 mg/L ND
Arsénico (As) 0.004 mg/L ND
Bario (Ba) 0.0005 mg/L ND
Berilio (Be) 0.00002 mg/L ND
Bismuto (Bi)* 0.002 mg/L ND
Boro (B) 0.002 mg/L 0.510
Cadmio (Cd) 0.0003 mg/L ND
Calcio (Ca) 0.02 mg/L 32.62
Cobalto (Co) 0.0007 mg/L ND
Cobre (Cu) 0.002 mg/L ND
Cromo (Cr) 0.0008 mg/L ND
Estaño (Sn) 0.0007 mg/L ND
Estroncio (Sr) 0.0005 mg/L 0.2754
Fosforo (P) 0.003 mg/L 1.677
Hierro (Fe) 0.006 mg/L 0.114
Litio (Li) 0.008 mg/L ND
Magnesio (Mg) 0.008 mg/L 12.02
Manganeso (Mn) 0.003 mg/L 0.073
Molibdeno (Mo) 0.0009 mg/L ND
Níquel (Ni) 0.002 mg/L ND
Plata (Ag) 0.002 mg/L ND
Plomo (Pb) 0.001 mg/L ND
Potasio (K) 0.05 mg/L 18.25
Selenio (Se) 0.006 mg/L ND
Silicio (Si) 0.004 mg/L 13.60
Sodio (Na) 0.02 mg/L 36.06
Talio (Tl) 0.003 mg/L ND
Titanio (Ti) 0.0007 mg/L ND
Vanadio (V) 0.002 mg/L ND
Zinc (Zn) 0.0007 mg/L ND
Tabla N°20: Resultados de la determinación de coliformes fecales y totales
Parámetros Microbiológicos Límite de Detección Unidad Resultado
Coliformes Fecales 1.8 NMP/100 mL 49,000
Coliformes Totales 1.8 NMP/100 mL 130,000
60
Los resultados de las tablas N° 21, 22 y 23 corresponden después de aplicar el floculante-
coagulante natural del nopal.
Tabla N°21: Resultados de la determinación de Demanda Bioquímica de Oxígeno y
Demanda Química de Oxígeno
Parámetros Orgánicos Límite de Detección Unidad Resultado
Demanda Química de Oxígeno 2 mg O2/L 151
Demanda Bioquímica de Oxígeno 2 mg/L 93
Tabla N°22: Resultados de la determinación de metales totales
Metales Límite de Detección Unidad Resultado
Aluminio (Al) 0.004 mg/L 0.115
Antimonio (Sb) 0.003 mg/L ND
Arsénico (As) 0.004 mg/L ND
Bario (Ba) 0.0005 mg/L ND
Berilio (Be) 0.00002 mg/L ND
Bismuto (Bi)* 0.002 mg/L ND
Boro (B) 0.002 mg/L 0.514
Cadmio (Cd) 0.0003 mg/L ND
Calcio (Ca) 0.02 mg/L 33.15
Cobalto (Co) 0.0007 mg/L ND
Cobre (Cu) 0.002 mg/L ND
Cromo (Cr) 0.0008 mg/L ND
Estaño (Sn) 0.0007 mg/L ND
Estroncio (Sr) 0.0005 mg/L 0.2790
Fosforo (P) 0.003 mg/L 1.495
Hierro (Fe) 0.006 mg/L 0.097
Litio (Li) 0.008 mg/L ND
Magnesio (Mg) 0.008 mg/L 12.02
Manganeso (Mn) 0.003 mg/L 0.072
Molibdeno (Mo) 0.0009 mg/L ND
Níquel (Ni) 0.002 mg/L ND
Plata (Ag) 0.002 mg/L ND
Plomo (Pb) 0.001 mg/L ND
Potasio (K) 0.05 mg/L 18.49
Selenio (Se) 0.006 mg/L 0.055
Silicio (Si) 0.004 mg/L 13.62
Sodio (Na) 0.02 mg/L 36.22
Talio (Tl) 0.003 mg/L ND
Titanio (Ti) 0.0007 mg/L ND
Vanadio (V) 0.002 mg/L ND
61
Zinc (Zn) 0.0007 mg/L ND
Tabla N°23: Resultados de la determinación de coliformes fecales y totales
Parámetros Microbiológicos Límite de Detección Unidad Resultado
Coliformes Fecales 1.8 NMP/100 mL 30,000
Coliformes Totales 1.8 NMP/100 mL 75,000
Los resultados de la tablas N° 24, 25 y 26 corresponden después de aplicar el filtro.
Tabla N°24: Resultados de la determinación de Demanda Bioquímica de Oxigeno y
Demanda Química de Oxígeno
Parámetros Orgánicos Límite de Detección Unidad Resultado
Demanda Química de Oxígeno 2 mg O2/L 118
Demanda Bioquímica de Oxígeno 2 mg/L 39
62
Tabla N°25: Resultados de la determinación de metales totales
Metales Límite de Detección Unidad Resultado
Aluminio (Al) 0.004 mg/L 0.362
Antimonio (Sb) 0.003 mg/L ND
Arsénico (As) 0.004 mg/L 0.018
Bario (Ba) 0.0005 mg/L 0.0463
Berilio (Be) 0.00002 mg/L ND
Bismuto (Bi)* 0.002 mg/L ND
Boro (B) 0.002 mg/L 0.468
Cadmio (Cd) 0.0003 mg/L ND
Calcio (Ca) 0.02 mg/L 25.32
Cobalto (Co) 0.0007 mg/L ND
Cobre (Cu) 0.002 mg/L ND
Cromo (Cr) 0.0008 mg/L ND
Estaño (Sn) 0.0007 mg/L 0.0392
Estroncio (Sr) 0.0005 mg/L 0.2565
Fosforo (P) 0.003 mg/L 1.471
Hierro (Fe) 0.006 mg/L 0.457
Litio (Li) 0.008 mg/L 0.039
Magnesio (Mg) 0.008 mg/L 9.416
Manganeso (Mn) 0.003 mg/L 0.081
Molibdeno (Mo) 0.0009 mg/L ND
Níquel (Ni) 0.002 mg/L ND
Plata (Ag) 0.002 mg/L ND
Plomo (Pb) 0.001 mg/L ND
Potasio (K) 0.05 mg/L 8.47
Selenio (Se) 0.006 mg/L ND
Silicio (Si) 0.004 mg/L 14.44
Sodio (Na) 0.02 mg/L 42.97
Talio (Tl) 0.003 mg/L ND
Titanio (Ti) 0.0007 mg/L 0.0211
Vanadio (V) 0.002 mg/L ND
Zinc (Zn) 0.0007 mg/L 0.0685
Tabla N°26: Resultados de la determinación de coliformes fecales y totales
Parámetros Microbiológicos Límite de Detección Unidad Resultado
Coliformes Fecales 1,8 NMP/100 mL 2,500
Coliformes Totales 1,8 NMP/100 mL 3,700
63
Como se puede apreciar en los resultados, efectivamente, hubo una reducción de
contaminantes en los parámetros microbiológicos, pasando de una concentración inicial
de coliformes fecales y coliformes totales de 49,000 y 130,000 NMP/100 mL, hasta llegar
a tener una concentración final de 2,500 y 3,700 NMP/100 mL. En cuanto a la Demanda
Química de Oxígeno y Demanda Bioquímica de Oxígeno, también se observó una
reducción, pasando de 159 mg02/L y 104 mg02/L respectivamente, a 118 mg02/L y 39
mg02/L. En cuanto a los metales totales, se pudo apreciar que hubo sí hubo una
reducción de algunos de ellos.
En general, el agua del río Chili presenta una carga contaminante bastante fuerte. En
cuanto a lo referente a la materia orgánica, esto se debe a que actualmente existen varias
tuberías urbanas clandestinas cuyas aguas van a parar directamente al río Chili. En la
zona de Tiabaya se aumenta esta concentración, ya que es casi la etapa final urbana de
Arequipa.
Como podemos apreciar en la figura N°44, la materia orgánica se sedimenta en el fondo
del reservorio después de aplicar el extracto de nopal.
Figura N°44: Fotografía del sedimento de materia orgánica
64
Figura N°45: Fotografía de la materia orgánica
El sistema en general sirve para disminuir la carga contaminante, principalmente materia orgánica. El agua purificada permitiría el riego de cultivos.
Figura N°46: Fotografía del riego del cultivo de nopal
Una vez que ya habían salido pencas secundarias, se espero a que éstas se desarrollen.
Una vez desarrolladas, tal cual se muestra en la figura N°47, se procedió a infestar los
cultivos con la cochinilla.
65
Figura N°47: Fotografía del cultivo de nopal
Tras la infestación con cochinilla, se dejó a que los insectos puedan infestar a las pencas
y se desarrollen en éstas. En la figura N° 48, se aprecia el desarrollo inicial de la
cochinilla.
Figura N°48: Fotografías de desarrollo de la cochinilla
66
Figura N°49: Fotografías de desarrollo de la cochinilla transcurrido más de 4 meses.
Se realizo una evaluación del extracto de nopal con respecto a un tratamiento
convencional, que es usado en las plantas de tratamiento de aguas residuales,
generalmente usan como agente coagulador y floculador el Sulfato de Aluminio.
En la tabla N° 27, se muestra los resultados de las aguas que van a ser tratadas con el
extracto de Nopal in situ.
Tabla n°27: Resultados del análisis fisicoquímico del agua a ser tratada, con el
extracto de Nopal.
Parámetros Unidades M1 M2 M3 M4
Oxigeno disuelto mg/L 4.67 4.02 4.47 2.59
Saturación D.O. % 68.10 53.20 51.50 34.70
Temperatura °C 19.20 18.90 15.60 18.80
Conductividad µS/cm 520.00 503.00 470.00 868.00
Sal valor 0.00 0.00 0.00 0.20
Sólidos Totales disueltos mg/L 543.00 521.00 476.00 847.00
pH valor 7.12 7.25 7.23 6.92
Turbidez NTU 65.00 67.00 68.50 57.00
M1: agua de rio, M2: acequia proveniente del rio, M3: agua de reservorio antes de aplicar
el extracto de Nopal, M4: Inmediatamente después de aplicar el extracto de Nopal.
Los siguientes resultados de las tablas n°28, 29 y 30 corresponden antes de aplicar el
extracto de nopal in situ.
67
Tabla N°28: Resultados de la determinación de Demanda Bioquímica de Oxigeno y
Demanda Química de Oxígeno
Parámetros Orgánicos Límite de Detección Unidad Resultado
Demanda Bioquímica de Oxígeno 2 mg/L 48
Demanda Química de Oxígeno 2 mg O2/L 90
Tabla N°29: Resultados de la determinación de metales totales
Metales Totales Límite de Detección Unidad Resultado
Aluminio (Al) 0,004 mg/L 0,958
Antimonio (Sb) 0,003 mg/L ND
Arsenico (As) 0,004 mg/L ND
Bario (Ba) 0,0005 mg/L 0,0518
Berilio (Be) 0,00002 mg/L ND
Bismuto (Bi)* 0,002 mg/L ND
Boro (B) 0,002 mg/L 0,437
Cadmio (Cd) 0,0003 mg/L ND
Calcio (Ca) 0,02 mg/L 23,91
Cobalto (Co) 0,0007 mg/L ND
Cobre (Cu) 0,002 mg/L 0,010
Cromo (Cr) 0,0008 mg/L 0,0051
Estaño (Sn) 0,0007 mg/L ND
Estroncio (Sr) 0,0005 mg/L 0,2077
Fosforo (P) 0,003 mg/L 1,667
Hierro (Fe) 0,006 mg/L 0,926
Litio (Li) 0,008 mg/L 0,039
Magnesio (Mg) 0,008 mg/L 9,876
Manganeso (Mn) 0,003 mg/L 0,151
Molibdeno (Mo) 0,0009 mg/L ND
Niquel (Ni) 0,002 mg/L 0,033
Plata (Ag) 0,002 mg/L ND
Plomo (Pb) 0,001 mg/L ND
Potasio (K) 0,05 mg/L 9,25
Selenio (Se) 0,006 mg/L ND
Silicio (Si) 0,004 mg/L 16,95
Sodio (Na) 0,02 mg/L 40,10
Talio (Tl) 0,003 mg/L ND
Titanio (Ti) 0,0007 mg/L 0,0463
Vanadio (V) 0,002 mg/L ND
Zinc (Zn) 0,0007 mg/L 0,0307
Tabla N°30: Resultados de la determinación de Coliformes fecales y totales
68
Parámetros Microbiológicos Límite de Detección Unidad Resultado
Coliformes Fecales 1,8 NMP/100 mL 2,8E+7
Coliformes Totales 1,8 NMP/100 mL 3,3E+7
Los siguientes resultados de las tablas n°31, 32, 33 y 34 corresponden después de haber
transcurrido 24 horas de haber aplicado el extracto de Nopal in situ.
Tabla n°31: Resultados del análisis fisicoquímico del agua después de transcurrir
24 horas al ser tratada con el extracto de Nopal.
Parámetros Unidades M5 M6 M7
Oxigeno disuelto mg/L 4.86 4.05 1.31
Saturación D.O. % 65.20 53.10 17.50
Temperatura °C 16.10 16.10 18.80
Conductividad µS/cm 497.00 495.00 929.00
Sal valor 0.00 0.00 0.20
Sólidos Totales disueltos mg/L 512.00 509.00 911.00
pH valor 7.20 7.26 6.95
Turbidez NTU 68.00 72.00 32.20
M5: agua de rio, M6: acequia proveniente del rio, M7: agua del reservorio después de
haber transcurrido 24 horas.
Tabla N°32: Resultados de la determinación de Demanda Bioquímica de Oxigeno y
Demanda Química de Oxígeno
Parámetros Orgánicos Límite de Detección Unidad Resultado
Demanda Bioquímica de Oxígeno 2 mg/L 47
Demanda Química de Oxígeno 2 mg O2/L 75
Tabla N°33: Resultados de la determinación de metales totales
Metales Totales Límite de Detección Unidad Resultado
Aluminio (Al) 0,004 mg/L 0,440
Antimonio (Sb) 0,003 mg/L ND
Arsenico (As) 0,004 mg/L ND
Bario (Ba) 0,0005 mg/L 0,0343
Berilio (Be) 0,00002 mg/L ND
Bismuto (Bi)* 0,002 mg/L ND
Boro (B) 0,002 mg/L 0,509
Cadmio (Cd) 0,0003 mg/L ND
Calcio (Ca) 0,02 mg/L 33,23
69
Cobalto (Co) 0,0007 mg/L ND
Cobre (Cu) 0,002 mg/L 0,006
Cromo (Cr) 0,0008 mg/L 0,0069
Estaño (Sn) 0,0007 mg/L ND
Estroncio (Sr) 0,0005 mg/L 0,2049
Fosforo (P) 0,003 mg/L 1,054
Hierro (Fe) 0,006 mg/L 0,467
Litio (Li) 0,008 mg/L 0,039
Magnesio (Mg) 0,008 mg/L 11,32
Manganeso (Mn) 0,003 mg/L 0,100
Molibdeno (Mo) 0,0009 mg/L ND
Niquel (Ni) 0,002 mg/L 0,039
Plata (Ag) 0,002 mg/L ND
Plomo (Pb) 0,001 mg/L ND
Potasio (K) 0,05 mg/L 23,72
Selenio (Se) 0,006 mg/L ND
Silicio (Si) 0,004 mg/L 18,77
Sodio (Na) 0,02 mg/L 41,94
Talio (Tl) 0,003 mg/L ND
Titanio (Ti) 0,0007 mg/L 0,0203
Vanadio (V) 0,002 mg/L ND
Zinc (Zn) 0,0007 mg/L 0,0196
Tabla N°34: Resultados de la determinación de Coliformes fecales y totales
Parámetros Microbiológicos Límite de Detección Unidad Resultado
Coliformes Fecales 1,8 NMP/100 mL 5,4E+5
Coliformes Totales 1,8 NMP/100 mL 5,4E+5
Los siguientes resultados de las tablas n°35, 36, 37 y 38 corresponden de las muestras
obtenidas después de haber pasado por el filtro in situ.
Tabla N°35: Resultados del análisis fisicoquímico del agua después de haber
pasado por el filtro.
Parámetros Unidades M8 M9 M10
Oxigeno disuelto mg/L 4.78 4.25 2.35
Saturación D.O. % 62.30 47.20 21.20
Temperatura °C 16.70 16.50 17.30
Conductividad µS/cm 485.00 489.00 860.00
Sal valor 0.00 0.00 0.20
Sólidos Totales disueltos mg/L 503.00 510.00 810.00
pH valor 7.22 7.24 6.97
Turbidez NTU 65.00 69.00 17.40
70
M8: agua de rio, M9: acequia proveniente del rio, M10: agua obtenida después de haber
pasado por el filtro.
Tabla N°36: Resultados de la determinación de Demanda Bioquímica de Oxigeno y
Demanda Química de Oxígeno
Parámetros Orgánicos Límite de Detección Unidad Resultado
Demanda Bioquímica de Oxígeno 2 mg/L 37
Demanda Química de Oxígeno 2 mg O2/L 52
Tabla N°37: Resultados de la determinación de metales totales
Metales Totales Límite de Detección Unidad Resultado
Aluminio (Al) 0,004 mg/L 0,425
Antimonio (Sb) 0,003 mg/L ND
Arsenico (As) 0,004 mg/L ND
Bario (Ba) 0,0005 mg/L 0,0356
Berilio (Be) 0,00002 mg/L ND
Bismuto (Bi)* 0,002 mg/L ND
Boro (B) 0,002 mg/L 0,402
Cadmio (Cd) 0,0003 mg/L ND
Calcio (Ca) 0,02 mg/L 33,81
Cobalto (Co) 0,0007 mg/L ND
Cobre (Cu) 0,002 mg/L 0,006
Cromo (Cr) 0,0008 mg/L 0,0036
Estaño (Sn) 0,0007 mg/L ND
Estroncio (Sr) 0,0005 mg/L 0,2275
Fosforo (P) 0,003 mg/L 0,946
Hierro (Fe) 0,006 mg/L 0,392
Litio (Li) 0,008 mg/L 0,042
Magnesio (Mg) 0,008 mg/L 11,68
Manganeso (Mn) 0,003 mg/L 0,088
Molibdeno (Mo) 0,0009 mg/L ND
Niquel (Ni) 0,002 mg/L 0,037
Plata (Ag) 0,002 mg/L ND
Plomo (Pb) 0,001 mg/L ND
Potasio (K) 0,05 mg/L 24,51
Selenio (Se) 0,006 mg/L ND
Silicio (Si) 0,004 mg/L 19,06
Sodio (Na) 0,02 mg/L 44,39
Talio (Tl) 0,003 mg/L ND
Titanio (Ti) 0,0007 mg/L 0,0216
Vanadio (V) 0,002 mg/L ND
Zinc (Zn) 0,0007 mg/L 0,0164
71
Tabla N°38: Resultados de la determinación de Coliformes fecales y totales
Parámetros Microbiológicos Límite de Detección Unidad Resultado
Coliformes Fecales 1,8 NMP/100 mL 5,4E+4
Coliformes Totales 1,8 NMP/100 mL 9,2E+4
Test de jarras para sulfato de aluminio
A continuación se muestras los resultados obtenidos al realizar ensayos con sulfato de
aluminio.
Tabla n°39: Análisis fisicoquímico de la muestra de agua empleado para el test de jarras con sulfato de aluminio
Parámetros Unidades M11
Oxigeno disuelto mg/L 3.72
Saturación D.O. % 48.20
Temperatura °C 16.40
Conductividad µS/cm 492.00
Sal valor 0.00
Sólidos Totales disueltos mg/L 482.00
pH valor 7.36
Turbidez NTU 68.00
M11, muestra de agua empleado para los tratamientos con sulfato de aluminio.
Se realizo el test de jarras con sulfato de aluminio a distintas concentraciones siendo 1%,
2%, 3%, 4%, 5% y 6%.
Tabla N°40: Resultados de los valores de turbidez y pH a distintas concentraciones
de sulfato de aluminio.
Concentración T1 T2 T3 T4 T5 T6
de Al2(SO4)3 Turbidez pH Turbidez pH Turbidez pH Turbidez pH Turbidez pH Turbidez pH
NTU valor NTU valor NTU valor NTU valor NTU valor NTU valor
1% 9.01 7.58 5.12 7.55 0.10 7.37 0.28 7.18 0.40 6.70 1.65 5.85
2% 2.86 7.43 0.76 7.44 1.26 7.23 2.22 4.69 2.27 4.49 3.96 4.34
5% 0.54 7.00 1.75 4.56 4.65 4.31 8.70 4.35 12.94 4.20 13.56 4.26
8% 1.11 4.74 4.19 4.33 10.34 4.20 16.38 4.16 14.33 4.15 14.46 4.16
11% 3.36 4.38 5.77 4.29 8.23 4.14 8.13 4.14 7.80 4.12 7.60 4.09
72
Figura N°50: Fotografía de los 6 tratamientos con sulfato de aluminio al 8%.
En general todas en todos los tratamientos con sulfato de aluminio hubo la disminución de
la turbiedad permitiendo el aclaramiento de las aguas, a una concentración de 1% el
mejor tratamiento es T3 y T4, están regulares los tratamientos T5 y T6, en cambio T1 y T2
están opacos.
Aplicación de sulfato de aluminio in situ A continuación se muestra los resultados de la aplicación de sulfato de aluminio in situ a una concentración de 1% Tabla n°41: Resultados del análisis fisicoquímico del agua a ser tratada con el sulfato de aluminio in situ.
Parámetros Unidades M12 M13 M14 M15
Oxigeno disuelto mg/L 4.49 4.54 4.53 4.77
Saturación D.O. % 56.70 57.30 53.90 60.60
Temperatura °C 14.40 14.50 14.30 14.20
Conductividad µS/cm 490.00 488.00 491.00 514.00
Sal valor 0.00 0.00 0.00 0.00
Sólidos Totales disueltos mg/L 479.00 478.00 481.00 504.00
pH valor 7.45 7.47 7.44 6.63
Turbidez NTU 59.00 56.00 48.07 73.00
73
M12: agua de rio, M13: acequia proveniente del rio, M14: reservorio antes de aplicar el
sulfato de aluminio, M15: reservorio inmediatamente después de aplicar el sulfato de
aluminio.
En la tabla n°42, se muestra lo correspondiente a la determinación de Coliformes fecales
y totales antes de aplicar el sulfato de aluminio.
Tabla N°42: Resultados de la determinación de Coliformes fecales y totales
Parámetros Microbiológicos Límite de Detección Unidad Resultado
Coliformes Fecales 1,8 NMP/100 mL 7,9E+5
Coliformes Totales 1,8 NMP/100 mL 5,4E+6
Tras haber transcurrido 24 horas, se procedió a realizar el análisis fisicoquímico. A
continuación se muestra estos resultados.
Tabla n°43: Resultados del análisis de las aguas tras haber transcurrido 24 horas de
haber aplicado el sulfato de aluminio in situ.
Parámetros Unidades M16 M17 M18
Oxigeno disuelto mg/L 3.93 3.53 4.83
Saturación D.O. % 50.70 44.50 63.50
Temperatura °C 15.90 16.10 16.00
Conductividad µS/cm 501.00 496.00 535.00
Sal valor 0.00 0.00 0.00
Sólidos Totales disueltos mg/L 491.00 486.00 526.00
pH valor 7.40 7.42 6.98
Turbidez NTU 69.00 74.00 5.40
M16: agua de rio, M17: acequia proveniente del rio, M18: agua de reservorio después de
24 horas de haber aplicado el sulfato de aluminio.
En la tabla n°44, se muestra lo correspondiente a la determinación de Coliformes fecales
y totales después de haber trascurrido 24 horas de haber aplicado el sulfato de aluminio.
Tabla N°44: Resultados de la determinación de Coliformes fecales y totales
Parámetros Microbiológicos Límite de Detección Unidad Resultado
Coliformes Fecales 1,8 NMP/100 mL 2,4E+2
Coliformes Totales 1,8 NMP/100 mL 3,5E+2
74
Figura N°51: Fotografía del reservorio con tratamiento de sulfato de aluminio 1% tras haber transcurrido 24 horas
El sulfato de aluminio a pesar de ser barato, se requiere relativamente una buena
cantidad, para sulfato de aluminio la dosis para aguas residuales es de 100-300g por m3,
esto según el tipo de agua residual y la exigencia de calidad. (Castillo, 2011)
Adema se realizo un control, a esta agua a la cual sin ningún tipo de tratamiento se dejo
por 24 horas en la tabla N°45 se aprecia los resultados.
Tabla n°45: Resultados del análisis fisicoquímico del agua sin ningún tipo de
tratamiento.
Parámetros Unidades M19
Oxigeno disuelto mg/L 3.10
Saturación D.O. % 40.60
Temperatura °C 16.30
Conductividad µS/cm 495.00
Sal valor 0.00
Sólidos Totales disueltos mg/L 476.00
pH valor 7.41
Turbidez NTU 26.30
M19: agua sin ningún tipo de tratamiento después de haber transcurrido 24 horas.
75
Obtención de productos secundarios
Se llego a obtener como productos del cultivo de Nopal, la cochinilla y los frutos de esta la
Tuna, del área de cultivo que es de 36 m2, tras haber transcurrido 5 meses desde la
infestación con chinilla se logro obtener un total de 261.90g. Se debe considerar que de
haber infestado las nuevas pencas que ya estaban listas para ser infestadas la producción
aumentaría fuertemente.
Figura N°52: Fotografía de los productos obtenidos la tuna y la cochinilla
En general el extracto de Nopal presenta grandes beneficios frente al uso de otros compuestos químicos para el tratamiento de aguas, ya que no solo se logra reducir la carga contaminante al aplicar el extracto de nopal como se pude apreciar en la figura n°53, si no que el mismo cultivo puede ser fuente de ingresos económicos ya que la cochinilla producida tiene un valor económico y también los frutos de la Tuna, como se pude apreciar en la figura n°54. Pero entre lo mas resaltante esta que el Nopal no requiere de mucha agua y a su vez no requiere de mucho atención para su cultivo de por sí solas se desarrollan, se sabe que el Nopal ayuda a restaurar los suelos, viendo estas ventajas el nopal podría ser una alternativa atractiva para ser propagado masivamente en Arequipa.
76
Figura N°53: Fotografía de la sedimentación de una muestra de agua tratada con extracto de Nopal
Figura N°54: Fotografía de una penca de Nopal presentando cochinilla y el fruto de la Tuna
77
CONCLUSIONES
Primero:
Se corroboró que a lo largo del río Chili existen numerosas tuberías de desechos
domésticos, y que éstas, sin ningún tipo de tratamiento, son vertidas directamente al río
Chili. Por la zona de Alata, parque industrial y por Tiabaya hay más presencia de estas
tuberías. El análisis inicial que se realizara a las aguas del río Chili muestran el grado de
contaminación que tiene, en especial de coliformes fecales y totales, alcanzando valores
de 17’000,000 y 22’000,000 NMP/100ml respectivamente. La presencia de metales, tales
como el aluminio, con una concentración de 0.952 mg/L, y hierro, con 0.909 mg/L, quizás
se deba a los desechos del parque industrial de Arequipa. La presencia de fósforo con
1.114 mg/L se debe al uso pesticidas, fertilizantes químicos que son aplicados en los
cultivos.
Segundo:
El nopal resultó ser un buen coagulante-floculante, encontrándose la dosis óptima con
una concentración de 80 %, lográndose reducir la turbidez hasta un valor de 18.34, y un
pH de 7.11, lo cual es favorable, ya que el resto de contaminantes se logrará purificar
mediante el filtro.
Tercero:
El sistema desarrollado, que comprende un primer tratamiento con extracto de nopal con
concentraciones de 80%, y luego el tratamiento con un filtro, lograron reducir
especialmente los niveles de coliformes totales y turbidez, hasta un valor de 2,000 NMP/
100 ml y 4.1 UNT respectivamente.
Cuarto:
El tratamiento in situ, al aplicar el sistema, redujo el nivel de contaminantes en los
parámetros microbiológicos, pasando de una concentración inicial de coliformes fecales y
coliformes totales, de 49,000 y 13,0000 NMP/100 mL, hasta llegar a tener una
concentración final de 2500 y 3700 NMP/100 mL. En cuanto a la Demanda Química de
Oxígeno y Demanda Bioquímica de Oxígeno, se observó una reducción de 159 mg02/L y
104 mg02/L respectivamente, a 118 mg02/L y 39 mg02/L.
Quinto:
De los ensayos para la determinación de la concentración optima de sulfato de aluminio
se determino que es a una concentración de 1%, llegándose a reducir de una turbidez de
68 NTU a 0.10 NTU.
78
ANEXOS
ANEXO 1: Panel de fotografías sobre el extracto del nopal
79
ANEXO 2: Análisis económico
En muchas plantas tratadoras de aguas residuales, se usa el sulfato de aluminio para
realizar el proceso de coagulación y floculación. Actualmente, en la planta de tratamiento
de aguas de Arequipa, se realiza un proceso de coagulacion-floculacion mediante el uso
de sulfato de aluminio, cuyo precio es aproximadamente de 2 soles el Kg.
En plantas de tratamiento de aguas en Perú, el consumo de coagulante-floculante
inorgánico es en promedio aproximadamente de 8’417,892.45 kg/año, tomando de
referencia la planta de tratamiento de la Atarjea, que utiliza sulfato de aluminio al 8%.
En Arequipa el nopal es ampliamente cultivado, especialmente en La Joya. La mayoría de
los cultivos de nopal son destinados a la producción de la cochinilla, pero una vez retirada
la cochinilla, estas pencas son cortadas y desechadas en el suelo esperando a que se
descompongan. Recolectar estas y las pencas cultivadas en el borde del río Chili,
ayudaría a cubrir la demanda para la producción del coagulante y floculante natural a
partir del nopal. En ese sentido, si se tendría una política de restauración el costo de
tratamiento saldría mínimo. Usualmente se plantan 600 matas/ha y cada mata tiene
cuatro plantas de nopal y necesita que se le pode 30 pencas/año (Almendárez, 2000)
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