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CAPITULO II
MARCO TEÓRICO ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN Este capítulo contiene una exposición breve de estudios vinculados con
las categorías y subcategorías de análisis que dieron un aporte conceptual,
de contenido y/o de procedimientos que han sido realizados anteriormente,
asimismo se exponen los enfoques teóricos que sustentaron presente
investigación.
Crombet S, Abalos A, Rodríguez S y Pérez N (2016) realizaron la
investigación titulada Evaluación del tratamiento anaerobio de las aguas residuales de una comunidad universitaria. Esta investigación fue
sustentada por autores Hernández (2008), Rojas et al (2010), Ortiz et al
(2007), Plevich et al 2012), Pérez (2013) entre otros. Este trabajo presenta la
remoción de la materia orgánica en las aguas domésticas de la comunidad
universitaria Antonio Maceo de la Universidad de Oriente empleando a
escala de laboratorio, dos sistemas: reactor UASB y laguna anaerobia
Esta investigación es de tipo cuantitativa, experimental debido a los
análisis de caracterización fisicoquímicos realizados a las muestras de agua
residual domésticas y ensayos de tratabilidad utilizando prototipos de reactor
UASB y laguna anaerobia.
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Los resultados obtenidos de esta investigación fueron: para los sistemas
anaerobios evaluados, alcanzaron una remoción de la DQO superior al 70 %
y una disminución de las bacterias coliformes totales desde 72x105
NMP/100mL hasta 16 NMP/100 mL. La clarificación con alumbre mejora las
características estéticas del efluente. Cualquiera de las variantes (UASB o
laguna anaerobia) pueden ser aplicadas para la remoción de la materia
orgánica en las aguas domésticas de la comunidad universitaria.
Esta investigación aportó fundamentos teóricos sobre las alternativas
tecnológicas estudiadas. Tienen como semejanza el estudio de aspectos
técnicos de las alternativas tecnológicas como eficiencia de remoción de los
diversos compuestos orgánicos e inorgánicos, se diferencian en que la
investigación referida hace una evaluación de las tecnologías para aguas
residuales domésticas y la presente propone una alternativa tecnológica para
el tratamiento de aguas residuales industriales
De la misma manera, Ghanem A, Carmona J, Rodríguez P y Muñoz A
(2015) realizaron un estudio titulado Evaluación del sistema UASB-laguna parcialmente aireada en la planta de tratamiento el maguey, puerto la cruz, Venezuela. El propósito fue evaluar el funcionamiento de los reactores
UASB y la laguna parcialmente aireada en la planta de tratamiento de aguas
residuales de origen doméstico. Esta investigación fue sustentada por Hagan
y et al (2001), Sandino y Yee-Batista (2000), Bravo (2004), Metcalf & Eddy
(1991) y González y et al (2006). La investigación es de tipo cuantitativa
experimental ya que se realizaron mediciones de parámetros físico-químicos
y bacteriológicos aplicando técnicas de muestreo estandarizados.
Se encontró que la temperatura y el pH en los reactores UASB estaban
dentro del intervalo óptimo para el desarrollo de la actividad bacteriana. La
remoción de coliformes totales en la laguna fue insignificante, mientras que la
remoción de la DQO y DBO5,20 fue de 11,39% y 13,79%, respectivamente.
Los porcentajes de remoción en el sistema combinado de reactores
UASB-Laguna fueron los siguientes: DQO, 28,48%; DBO5,20, 41,96%; SST,
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9,96%, lo que significa un comportamiento deficiente. Esto se debió a que los
reactores UASB estaban trabajando en condiciones de operación y
mantenimiento deficientes, además de presentar deterioro en sus
instalaciones. En el caso de la laguna, se encontró un diseño inapropiado.
Para mejorar el funcionamiento del sistema, se plantearon algunas acciones
preventivas y correctivas.
Esta investigación aportó fundamentos teóricos sobre las alternativas
tecnológicas estudiadas y su funcionamiento. Tienen como semejanza el
estudio de alternativas tecnológicas para tratamientos de aguas residuales y
como principal diferencia se encuentra que la investigación estuvo dirigida a
evaluar el funcionamiento de las tecnologías y la presente investigación
propone una alternativa tecnológica.
Por otro lado, Muñoz G (2015) realizó la investigación titulada Alternativa tecnológica para el aprovechamiento de los desechos sólidos en la fabricación de tableros aglomerados para la industria de la construcción en la Costa Oriental del Lago, cuyo objetivo fue establecer la
alternativa tecnológica que permitiría disminuir la cantidad de desechos
almacenados indebidamente y disminuir costos por adquisición de materia
prima, se describirán los aspectos técnicos, tecnológicos e indicadores
económicos de dos alternativas tecnológicas: tableros aglomerados de
partículas de madera y tableros aglomerados de tetra brik. Esta investigación
fue sustentada por Gaylor (2000), Gaynor (2010), Tapias (2000), Quiroz
(2010), Alberti y Grunet (2010), Osechas (2012) entre otros.
La investigación se enmarcó dentro de la modalidad de proyecto factible
del tipo descriptiva y documental; con un diseño bibliográfico transeccional
descriptivo. La población estuvo conformada por 45 documentos (libros,
tesis, artículos manuales y estadísticos) recopilados y consultados en físico y
de fuentes electrónicos para el estudio de las categorías, subcategorías y
elementos de análisis. Se utilizó como técnica de recolección de datos la
observación documental y como instrumento las matrices de análisis de
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contenido. Se aplicaron técnicas de análisis estadístico para calcular los
indicadores de rentabilidad y efectuar el análisis de sensibilidad al riesgo a
través de gráficos tipo tornado.
Los resultados arrojaron que dos alternativas estaban en un adecuado
posicionamiento técnico y tecnológico, justificando por ello su evaluación por
medio de los aspectos económicos, para así seleccionar la tecnología idónea
para la empresa fabricante.
Basado en los análisis técnicos y económicos realizados, se seleccionó a
los tableros aglomerados de tetra brik como la alternativa más rentable e
innovadora permitiendo establecer una propuesta basada en esta tecnología
para el aprovechamiento de desechos sólidos y utilizarlos en la construcción
de viviendas de interés social en la Costa Oriental del Lago, estado Zulia.
Esta investigación aportó la comparación de las conceptualizaciones de
alternativas tecnológicas. La semejanza se encuentra en que ambas
proponen una alternativa tecnológica. La principal diferencia se encuentra en
la dirección de la investigación, ya que el estudio citado se enfocó en el
aprovechamiento de desechos sólidos y la presente investigación en el
tratamiento de aguas residuales.
Así mismo, Escalona E (2015) realizó el trabajo titulado Alternativa tecnológica para proyectos de incorporación de sistemas de celdas fotovoltaicas en PYME manufactureras de Maracaibo, estado Zulia. Tuvo
como propósito proponer una alterativa tecnológica para la incorporación de
sistemas de celdas fotovoltaicas. Esta investigación estuvo basada en
autores como Botero (2011), Alcor (2008), Colorado (2010) y Hernández
(2010) entre otros.
Esta investigación fue de tipo documental con diseño bibliográfico, cuya
técnica de recolección de datos fue la matriz de análisis y encuesta,
utilizando técnicas de estadística descriptiva (promedio, frecuencias
relativas/absolutas y desviación estándar.
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Los resultados mostraron desviaciones en impacto ambiental y falla de
equipo. Se realizaron recomendaciones como la utilización de celdas
fotovoltaicas de silicio puro mono cristalino, presencia de personal de
ambiente en las pequeñas industrias, mayores controles ambientales y
mayores sistemas de protección eléctricas en los equipos, por consiguiente,
se propuso una alternativa tecnológica para proyectos de incorporación de
sistemas de celdas fotovoltaicas como un avance que permitiera el desarrollo
exitoso de pequeñas y medianas industrias en la ciudad de Maracaibo y no
dependan del sistema eléctrico nacional para la generación de electricidad
en la empresa.
Su principal aporte fue diversas definiciones de alternativa tecnológica. La
semejanza se encuentra en que ambas proponen una alternativa tecnológica
para generar mejoras en industrias. La principal diferencia se centra en que
la alternativa de Escalona, E. (2015), fue un sistema de celdas fotovoltaicas y
el estudio actual propone la alternativa al tratamiento de aguas residuales.
Rodríguez J, García C y Pardo J. (2015) realizaron el trabajo de
investigación titulado Selección de tecnologías para el tratamiento de aguas residuales municipales (PTARM), el propósito de esta investigación
fue la selección de las plantas de tratamientos de aguas residuales
municipales en países en vías de desarrollo. Esta investigación está basada
en autores como Hong (2003), Bdour A (2009), Gernay (2004),
Schoenberger (2009), Chung (2013), Geldermann (2004) entre otros.
Esta investigación es según el análisis y el alcance de los resultados de
tipo descriptivo dado que se describen características o propiedades de las
tecnologías de las PTARM. Además, según el tiempo de ocurrencia del
fenómeno, es de tipo prospectivo, debido a que la información se va
registrando y analizando según ocurre el fenómeno de estudio, es decir
según se consolida la metodología para la selección de las PTARM.
Además, la investigación también fue de pronóstico, dado que se
anticiparon situaciones futuras para tomar decisiones, en condiciones de
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horizonte de proyecto, calidad de agua residual cruda y tratada, cumplimiento
normativo ambiental vigente en la descarga de aguas residuales tratadas y el
fortalecimiento institucional.
Los resultados de esta investigación indicaran que la planificación
ambiental hídrica en cuencas hidrográficas debe involucrar diferentes
elementos para la descontaminación del cuerpo de agua receptor. Es por ello
que para la selección de las plantas de aguas residuales municipales en
países en vía de desarrollo se debían considerar, entre otros aspectos, la
composición típica del agua residual cruda, la remoción de contaminantes
por tipo de tecnología, indicadores de desempeño por tecnología, aspectos
ambientales sobre localización y la estrategia espacial para la localización.
Esta investigación fue una referencia para la identificación de elementos
de análisis de la categoría alternativa tecnológica y aspectos técnicos La
semejanza se observa en que ambas seleccionan una tecnología para la
remoción de contaminantes y la principal diferencia es que los fluidos
tratados en el estudio anterior fueron de agua residual municipal y la
presente de agua residual industrial
Por su parte, Marín J, Chinga C, Velásquez A, González P y Zambrano L.
(2015) realizaron el trabajo titulado Tratamiento de aguas residuales de una industria procesadora de pescado en reactores anaeróbicos discontinuos. El objetivo consistió en evaluar el tratamiento de las aguas
residuales de una industria procesadora de pescado de la ciudad de Manta
Ecuador, en reactores anaeróbicos discontinuos, y establecer su adecuación
a las normas ambientales vigentes en materia de vertido al mar y al sistema
de alcantarillado. Esta investigación fue sustentada por Yang et al (2013),
Aloui et al (2009), Mathukumaran, S y Baskaran, K (2013).
Esta investigación fue de tipo cuantitativa y experimental ya que se
realizaron ensayos de laboratorio de reactores discontinuos y la medición de
parámetros físico-químicos y bacteriológicos.
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Concluyeron que el tratamiento de aguas residuales de la industria
procesadora de pescado de la ciudad de Manta, en Ecuador en reactores
anaeróbicos discontinuos mostró una relativa baja eficiencia, posiblemente
como resultado del lodo inoculo usado, así como el contenido relativo de
sales. El efluente tratado de sales requiere de la aplicación de un
postratamiento, para reducir el contenido de materia orgánica y nutrientes a
los límites permisibles de descarga establecidos en la republica de Ecuador.
Se recomendó usar ensayos de biodegradabilidad con microorganismos
aerobios, para comparar eficiencia de los tratamientos.
Se observaron indicios de la ocurrencia de la oxidación anaeróbica de
NH4+ usando NO2
- como aceptor al final de electrones (proceso de conocido
como Anammox, por sus siglas en ingles), con porcentajes de remoción de
NH4+ y NO2
- significativamente altos.
El aporte de esta investigación está dado por las referencias o estudios de
caracterización realizados a los efluentes de una industria procesadora de
pescados en reactores anaerobios que servirán de guía en la determinación
de los parámetros típicos que contienen este tipo de aguas residuales, las
cuales forman parte del objeto de estudio en la presente investigación,
además aporta características y aspectos técnicos de la tecnología utilizada.
Se asemejan en que ambas estudian el tratamiento de las aguas
residuales en industrias pesqueras; la diferencia se encuentra en que la
investigación anterior realizó una evaluación de un tipo de tratamiento de
aguas residuales y la presente propone una alternativa tecnológica para
tratar las aguas residuales de empresas procesadoras de cangrejo.
Por último, Muñoz, J y Ramos, M (2014) presentaron el trabajo de
investigación titulado Reactores discontinuos secuenciales: una tecnología versátil en el tratamiento de aguas residuales. El propósito fue
describir la importancia del desarrollo de la tecnología de reactores
discontinuos secuenciales (SBR), como una variación del proceso de lodos
activados convencional para la eliminación de materia orgánica y de
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nutrientes de las aguas residuales, teniendo en cuenta las generalidades del
tratamiento, la descripción técnica del sistema, los parámetros de operación
más importantes, el mecanismo biológico del proceso de eliminación y las
diferentes modificaciones al diseño original. Esta investigación fue
sustentada por Mata et al (2003), Dautan et al (998), Akin, S y Ugurlu, A
(2005) y Cárdenas et al (2006) entre otros.
Esta investigación es de tipo descriptiva y documental. Se denomina
artículo de revisión, es importante puesto que permite un mayor
acercamiento a la tecnología de sistemas SBR, de tal manera que da un
mejor conocimiento de su funcionamiento y de los principales parámetros de
operación.
Concluyeron que la tecnología SBR es importante en el tratamiento de
aguas residuales domésticas e industriales y ha adquirido gran importancia
en los últimos años debido a la facilidad de operación y a la posibilidad de
remover en una sola unidad materias orgánicas y nutrientes. Además, ofrece
otras ventajas en su aplicación y operación, como la precisión y versatilidad
en el control de las condiciones de funcionamiento, la facilidad para la
recolección de datos representativos por medio de sensores de toma de
muestras y en línea, el ahorro en costos de capital en aspectos constructivos
y de operación, la posibilidad de ajustar y cambiar la duración de las
diferentes etapas de tratamiento, y el control final de cada reacción biológica
y de la calidad del efluente.
La remoción simultánea de nitrógeno, carbono y fósforo en reactores SBR
se hace posible al alternar las fases aerobias, anaerobias y anóxicas, lo que
requiere de un adecuado estudio y planificación por parte de los operadores
de este tipo de sistemas.
Es de gran importancia que se continúe con nuevas investigaciones en
este campo, de tal forma que proporcionen el conocimiento necesario para
determinar la posible combinación de las tecnologías de crecimiento de
lechos microbianos adheridos (biofilm) y suspendidos, bajo secuencias
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anaerobias, aerobias y anóxicas en los reactores discontinuos secuenciales
(SBR). Esto, con el fin de incrementar las eficiencias de remoción de materia
orgánica y nutrientes de las aguas residuales.
Esta investigación aporta fundamentos teóricos para el desarrollo de la
categoría tratamiento de aguas residuales, los aspectos tecnológicos y
técnicos que contribuyeron a la selección de la alternativa tecnológica
adecuada ya que brinda una explicación detallada de la operación y las
ventajas presentadas con respecto a otras tecnologías existentes en cuanto
a eficiencia en la calidad de agua obtenida y el ahorro en cuanto a tiempo y
espacio. La semejanza se centra en que ambos estudios consideran el
tratamiento de aguas residuales, la diferencia se visualiza en que el estudio
referido se enfocó en el análisis de una tecnología y el presente estudia
varias alternativas tecnológicas para seleccionar la más adecuada.
2. BASES TEÓRICAS Las bases teóricas están conformadas por diversas definiciones y
enfoques que abordan las categorías y subcategorías de análisis para
sustentar teóricamente la investigación.
2.1 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
Según Rigola (1999) consiste en la eliminación de los componentes prevención de la polución del agua y del suelo solo es posible si se definen
técnicas apropiadas de tratamiento y disposición de las aguas residuales. El
objetivo básico del tratamiento de aguas residuales es proteger la salud y
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promover el bienestar de los individuos miembros de la sociedad. A medida
que crece la población aumenta la necesidad de promover sistemas de
tratamiento o renovación que permitan eliminar los riesgos para la salud y
minimizar los daños del ambiente.
La definición de Noyola y otros (2013) se considera como la más acertada
para este estudio ya que considera el uso final de las aguas residuales bien
sea para su posterior vertido o para reutilizarla, además de considerar las
operaciones físicas y procesos unitarios seleccionados que dependen de las
características del agua residual y de la calidad de agua requerida.
2.1.1. CARACTERIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES. Noyola y otros (2013) plantean que la caracterización de un agua
residual consiste en determinar, mediante una serie de pruebas de
laboratorio, la concentración de los elementos o compuestos químicos y
biológicos que estén presentes en muestras representativas. El número y
tipo de compuestos por determinar es función del origen del agua residual
y de su sitio de disposición final, que es tomado como base para fijar las
condiciones de descarga. Es frecuente que en la práctica no se disponga
de muestras de aguas residuales para ser caracterizadas, debido
principalmente a que muchos de los sistemas de tratamiento se proyectan
en forma conjunta con los centros urbanos, turísticos o industriales que las
generarán.
En tales circunstancias, resulta de utilidad la información referente a la
caracterización de descargas que se generen en sitios o instalaciones
semejantes. Para el caso de poblaciones con alta afluencia turística o con
alta población flotante hay que tomar en cuenta el aporte de agua residual
que ello genera al caudal promedio determinado.
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El cuadro 1 presenta los principales parámetros utilizados en la
caracterización del agua residual, asociados con el contaminante que
miden y los efectos o impactos derivados de una eventual descarga a un
cuerpo receptor o a la salud humana.
Cuadro 1. Principales grupos de contaminantes del agua y sus efectos
ANÁLISIS PRINCIPAL CONTAMINANTE CONSIDERADO EFECTO
Demanda bioquímica de oxígeno
(DBO)
Materia orgánica biodegradable
Abatimiento del oxígeno disuelto en
cuerpo receptor. Crecimiento
de microorganismos
Demanda química de oxígeno (DQO) o Carbón orgánico total
(COT)
Materia orgánica total Mismos que DBO. Acumulación en
cuerpo receptor. Riesgos de
toxicidad
Sólidos suspendidos totales (SST) Volátiles (SSV) y fijos
(SSF)
Materia en suspensión
sedimentable y no sedimentable
(coloidal).
Sedimentación y azolvamientos en
cuerpos receptores. Digestión y
liberación
de materia orgánica e inorgánica Nitrógeno total Kjeldhal (NTK),
nitratos y nitritos (NO-3, NO-
2), fósforototal (Pt), ortofosfatos
(PO3-4)
Nitrógeno y fósforo
Nutrientes que provocan
eutrofización en cuerpos de agua.
Contaminación de acuíferos
Grasas y aceites
Grasas y aceites
Acumulación en drenajes y cuerpos
de agua. Reducen la transferencia
de oxígeno a los cuerpos de agua.
Flotación de lodos. Contaminación
visual
Sólidos Disueltos Totales (SDT) Sales inorgánicas Restringen el uso de agua tratada Coliformes fecales y huevos de
helmintos
Patógenos y parásitos
Transmisión de enfermedades
Gastrointestinales
Fuente: Noyola y otros (2013)
Una vez caracterizada el agua residual, resulta necesario definir su
reutilización o disposición final, así como los requerimientos necesarios
para cumplir con la normatividad, con el objeto de determinar los
25
constituyentes que deben ser removidos y la calidad del agua tratada a la
que se debe llegar.
De acuerdo a Romero J, (2008) las características de un agua residual
pueden determinarse de muchas maneras, dependiendo de su propósito
específico; es importante destacar que toda caracterización de aguas
residuales implica un programa de muestreo apropiado para asegurar la
representatividad de la muestra y un análisis de laboratorio de
conformidad con normas estándar que aseguren precisión y exactitud en
los resultados. En general, un programa de muestreo para caracterización
y control de calidad de aguas supone un análisis cuidadoso del tipo de
muestras.
Existen caracterizaciones típicas de las aguas residuales, las cuales
son muy importantes como referencia de los parámetros de importancia
para su análisis, cada agua residual es única en sus características, y en
lo posible los parámetros de polución deben evaluarse en el laboratorio
para cada agua residual especifica. En la tabla 2 se resume los valores
promedios de las características de polución más importantes evaluadas
en aguas residuales
Tabla 2. Composición típica de aguas residuales domesticas Parámetro Magnitud
Sólidos totales 720mg/L
Sólidos disueltos 500mg/L
Sólidos disueltos volátiles 200mg/L
Sólidos suspendidos 220mg/L
Sólidos suspendidos volátiles 165mg/L
Sólidos sedimentables 10ml/L
DBO 220mg/L
COT 160mg/L
DQO 500mg/L
Nitrógeno total 40mg/L.N
Nitrógeno orgánico 15mg/L.N
Nitrógeno amoniacal 25mg/L.N
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Fuente: Romero (2008) Tabla 2. (Cont)
Nitritos 0mg/L-N
Nitratos 0mg/L-N
Fosforo total 8mg/L-P
Fosforo orgánico 3mg/L-P
Fosforo inorgánico 5mg/L-P
Cloruros 50mg/L-CL
Alcalinidad 100 mg/L-CaCO3
Grasas 100mg/L
Fuente: Romero (2008)
La cantidad y concentración de las aguas residuales es función de su
origen y de sus componentes, por lo que las cargas equivalentes o
contribuciones per capita por día varían de una ciudad a otra y de un país a
otro.
En el mismo orden de ideas Valdez E y Vázquez A (2003), afirman que es
común clasificar a las aguas residuales en dos tipos: industriales y
municipales. En muchos casos las aguas residuales industriales requieren
tratamiento antes de ser descargadas en el sistema de alcantarillado
municipal; como las características de estas aguas residuales cambian de
una a otra industria, los procesos de tratamiento son también muy variables.
No obstante, muchos de los procesos empleados para tratar aguas
residuales municipales se emplean también en las industrias.
Existen aguas residuales industriales que tienen características
compatibles con las municipales, por lo que se descargan directamente en
los sistemas públicos de alcantarillado. La cantidad de los constituyentes de
las aguas residuales varía marcadamente dependiendo del porcentaje y tipo
de desechos industriales presentes y de la dilución ocasionada por la entrada
de agua subterránea que se infiltra a la red de alcantarillado.
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Para efectos de la presente investigación se tomará como referencia la
caracterización de agua residual de industrias procesadoras de cangrejo
contemplado en la investigación realizada por Herrera L, Yabroudi S,
Cárdenas C, Velásquez L, Maldonado H, Vargas L y Delgado J (2007, a
continuación, en la tabla 3 se muestra la caracterización típica de estas
industrias:
Tabla 3. Parámetros fisicoquímicos de los efluentes correspondientes a un día de procesamiento
Muestras
Parámetros Unidades Lavandería Aguas
negras
Canal
central
Autoclaves Mezcla
compuesta
Temperatura °C 31 28 27 55 -
pH - 9,49 7,41 7,33 7,75 7,95
Alcalinidad fenolftaleinica mg/l 107 0 0 0 0
Alcalinidad total mg/l 517 174 144 1490 154
DQO mg/l 3592 748 299 20552 531
DBO5,20 mg/l - - - - 240
Solidos totales mg/l 5031 951 702 27973 935
Solidos sedimentables mg/l 0,20 0,25 1 0 1
Solidos suspendidos
totales (SST)
mg/l 62 90 58 8040 70
Solidos suspendidos
volátiles (SSV)
mg/l 36 74 30 7300 56
Nitrógeno mg/l - - - - 16,7
Fosforo mg/l - - - - 3,9
Fuente: Herrera y otros (2007)
Se considera como más acertada para la presente investigación la
definición de Noyola y otros. (2013) debido a que una caracterización es la
determinación de la concentración de compuestos mediante pruebas de
laboratorio bien sea químicos, biológicos en muestras de aguas residuales,
mientras que Romero, J (2008) solo se enfoca en los diversos métodos de
muestreo para caracterizar una muestra de agua residual y su
28
representatividad y Valdez E y Vázquez A (2003) da un concepto muy
generalizado de la caracterización refiriéndose a este como las diferencias
que pueden existir entre los componentes de las aguas residuales
industriales y municipales.
Es importante destacar que para el capítulo IV correspondiente a los
análisis y resultados, se asume los análisis de caracterización de las aguas
residuales de la investigación realizada por Herrera y otros (2007).
2.1.1.1 PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS
De acuerdo a la definición tomada de caracterización de aguas residuales,
se consideró igualmente pertinente la opinión de Noyola y otros (2013) para
definir los parámetros físico-químicos a continuación:
PARÁMETROS FÍSICOS Sabor y olor: el sabor y olor del agua son determinaciones
organolépticas de determinación subjetiva, para las cuales no existen
instrumentos de observación, ni registro, ni unidades de medida. Tienen un
interés evidente en las aguas potables destinadas al consumo humano. Las
aguas adquieren un sabor salado a partir de los 300ppm de Cl-, y un gusto
salado y amargo con más de 450ppm de SO4-2. El CO2 le da un gusto
picante. Trazas de fenoles u otros compuestos orgánicos le confieren un
color y sabor desagradables.
Color: el color es la capacidad de absorber ciertas radiaciones del
espectro visible. No se puede atribuir a ningún constituyente en exclusiva,
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aunque ciertos colores en aguas naturales son indicativos de la presencia de
ciertos contaminantes. El agua pura sola es azulada en grandes espesores.
En general presenta colores inducidos por materiales orgánicos de los suelos
vegetales, como el color amarillento debido a los ácidos húmicos. La
presencia de hierro puede darle color rojizo, y la del manganeso un color
negro. El color afecta estéticamente la potabilidad de las aguas, puede
representar un potencial colorante de ciertos productos cuando se utiliza
como material de proceso, y un potencial espumante en su uso en calderas.
Las medidas de color se hacen normalmente en el laboratorio, por
comparación con un estándar arbitrario a base de cloruro de cobalto, Cl2Co y
cloroplatinato de potasio, Cl6PtK2, y se expresa en una escala de unidades
de Pt-Co (unidades Hazen) o simplemente Pt. Las aguas subterráneas no
suelen sobrepasar valores de 5ppm de Pt, pero las superficiales pueden
alanzar varios centenares de ppm. Según el origen del color los principales
tratamientos de eliminación de pueden ser coagulación y filtración, la
cloración, o la adsorción en carbón activo.
Turbidez: la turbidez es la dificultad del agua para transmitir la luz debido
a materiales insolubles en suspensión, coloidales o muy finos, que se
presentan principalmente en aguas superficiales son difíciles de decantar y
filtrar, y pueden dar lugar a la formación de depósitos en las conducciones de
agua, equipo de procesos, etc. Además, interfiere con la mayoría de
procesos a que se pueda destinar el agua
La medición se hace por comparación con la turbidez inducida por diversas
sustancias. La medición en ppm de SiO2 fue la más utilizada, pero existen
diferencias en los valores obtenidos según la sílice y la técnica empleada por
un laboratorio u otro.
Las aguas subterráneas suelen tener valores inferiores a 1ppm de sílice,
pero las superficiales pueden alcanzar varias decenas. Las aguas con 1ppm
son muy transparentes y permiten ver hasta profundidades de 4 o 5 m. con
10ppm, que sería el máximo deseable para una buena operación de los
30
filtros, la transparencia se acerca al metro de profundidad. Por encima de
100ppm la transparencia está por debajo de los 10cm y los filtros de
obstruyen rápidamente. La turbidez se elimina mediante procesos de
coagulación, decantación y filtración.
Conductividad y resistividad: la conductividad eléctrica es la medida
de la capacidad del agua para conducir electricidad. Es indicativa de la
materia ionizable total presente en el agua. El agua pura contribuye
mínimamente a la conductividad, y en casi su totalidad es el resultado del
movimiento de los iones de las impurezas presentes. La resistividad es la
medida reciproca de la conductividad. El aparato utilizado es el
conductivímetro cuyo fundamento es la medida eléctrica de la resistencia
de paso de la electricidad entre las dos caras opuestas de un prisma
rectangular comparado con la de una solución de CIK a la misma
temperatura y referida a 20°C.
La medida de conductividad es una buena forma de control de calidad
de un agua, siempre que no se trate de contaminación orgánica por
sustancias no ionizables, b. Las mediciones se realizan de la misma
temperatura, c. La composición del agua se mantenga relativamente
constante.
PARÁMETROS QUÍMICOS De acuerdo a Rigola (1999) los parámetros inorgánicos son los siguientes:
pH: es una medida de la concentración de iones hidrogeno, y se define
como pH=log (1/[H+]). Es una medida de la naturaleza acida o alcalina de
la solución acuosa que puede afectar a los usos específicos del agua. La
mayoría de aguas naturales tienen un pH entre 6 y 8.
31
Su medición se realiza fácilmente con un pHmetro bien calibrado, aunque
también se puede disponer de papeles especiales que, por coloración
indican el pH. Los valores del pH han de ser referidos a la temperatura de
medición, pues varían con ella
Dureza: la dureza, debida a la presencia de sales disueltas de calcio y
magnesio, mide la capacidad de un agua de producir incrustaciones.
Afecta tanto a las aguas domesticas como las industriales, siendo la
principal fuente de depósitos e incrustaciones en calderas,
intercambiadores de calor, tuberías, etc. Por el contrario, las aguas muy
blandas son agresivas y pueden no ser indicadas para el consumo. La
dureza se puede expresar como meq/l, en ppm CO3Ca, o en grados
hidrométricos de los cuales el más común es el francés. Las aguas con
menos de 50ppm en CaCO3 se llaman blandas, hasta 100 ligeramente
duras, hasta 200 moderadamente duras, y a partir de 200ppm muy duras.
Sólidos disueltos: los sólidos disueltos o salinidad total, es una
medida de la cantidad de materia disuelta en el agua, determinada por
evaporación de un volumen de agua previamente filtrada. Corresponde al
residuo seco con filtración previa. El origen de los sólidos disueltos puede
ser múltiple, orgánico o inorgánico, tanto en aguas subterráneas como
superficiales, aunque para las aguas potables se indica un valor máximo
deseable de 500ppm, el valor de los sólidos disueltos no es por sí solo
suficiente para determinar la bondad del agua. En los usos industriales la
concentración elevada de sólidos disueltos puede ser objecionable para la
posible interferencia en procesos de fabricación, o como causa de espuma
en calderas.
Los procesos de tratamiento son múltiples en función de la
composición, incluyendo la precipitación, intercambio iónico, destilación,
electrodiálisis y osmosis inversa.
Sólidos totales: los sólidos totales son la suma de los sólidos disueltos
y de los sólidos en suspensión.
32
Sulfatos: el ion sulfato SO4-2, corresponden a las sales
moderadamente solubles a muy solubles. Las aguas dulces contienen de
2 a 150ppm, y el agua de mar cerca de 3000 ppm. Aunque en agua pura
se satura a unos 1500ppm, como SO4Ca, la presencia de otras sales
aumenta su solubilidad.
La determinación analítica por gravimetría con cloruro de bario es la
más segura si se emplean métodos complexométricos hay que estar
seguros de evitar las interferencias. No afecta especialmente al agua en
cantidades moderadas. Algunos centenares de ppm perjudican la
resistencia del hormigón. Industrialmente es importante porque, en
presencia de iones calcio, se combina para formar incrustaciones de
sulfato cálcico. Su eliminación se realiza por intercambio iónico.
Nitratos: el ion nitrato, NO3 forma sales muy solubles y bastante
estables, aunque en medio reductor puede pasar a nitrito, nitrógeno, o
amoniaco. Las aguas normales contienen menos de 10ppm, y el agua de
mar hasta 1ppm, pero las aguas contaminadas principalmente por
fertilizantes, pueden llegar a varios centenares de ppm.
Concentraciones elevadas en las aguas de bebida pueden ser la causa
de cianosis infantil. Industrialmente no tiene efectos muy significativos, e
incluso es útil para controlar la fragilidad de metal de las calderas su
determinación en el laboratorio es complicada y se realiza en general por
espectrofotometría, resultante de la absorción de la radiación UV por el ion
nitrato. Su presencia en las aguas superficiales, conjuntamente con
fosfatos determina la eutrofización, que se caracteriza por un excesivo
crecimiento de las algas.
Fosfatos: el ion fosfato, PO4-3, en general forma sales muy poco
solubles y precipita fácilmente como fosfato cálcico. Al corresponder a un
ácido débil, contribuye a la alcalinidad de las aguas. En general no se
encuentra en el agua más de 1ppm. Pero puede llegar a algunas decenas
debido al uso de fertilizantes. Puede ser crítico en la eutrofización de las
33
aguas superficiales. No suele determinarse en los análisis de rutina, pero
puede hacerse colorimétricamente
Floruros: el ion floruro, F-, corresponde a sales de solubilidad en
general muy limitada. No suele hallarse en proporciones superiores a
1ppm. Tiene un efecto beneficioso sobre la dentadura si se mantiene su
contenido alrededor de 1ppm, y por este motivo se añade a veces al agua
potable. Su análisis suele hacerse por métodos colorimétricos
2.1.1.2 PARÁMETROS BIOLÓGICOS
Los residuos domésticos contienen materias orgánicas en
descomposición, detergentes y microorganismos. Los vertidos industriales
contienen múltiples compuestos orgánicos, tales como aceites y disolventes.
De la actividad agrícola resultan residuos herbicidas y pesticidas, etc. La
concentración de estos compuestos orgánicos en el agua no es constante,
sino variable por múltiples causas, y obliga a ajustes permanentes en las
plantas de tratamiento. El uso de tratamientos biológicos para su eliminación
implica el uso de parámetros de medida menos específico que los que miden
radicales químicos, y que sin embargo permitan el control de las unidades de
tratamiento.
Demanda bioquímica de oxigeno (DBO5) mide la cantidad de oxigeno
consumido en la eliminación de la materia orgánica del agua, mediante
procesos biológicos aerobios. En general se refiere al oxigeno consumido en
cinco días (DBO5) y se mide en ppm de O2. Las aguas subterráneas suelen
contener menos de 1ppm. Un contenido de superior es indicativo de
contaminación. En las aguas superficiales su contenido es muy variable. En
las aguas residuales domesticas se sitúa entre 100ppm y 350ppm. En las
aguas residuales industriales su concentración es totalmente dependiente del
proceso de fabricación pudiendo alcanzar miles de ppm. Su eliminación se
realiza por procesos físico-químicos, biológicos aerobios o anaerobios.
34
Demanda química de oxigeno (DQO): mide la capacidad de consumo
de un oxidante químico, dicromato o permanganato por las materias
oxidables contenidas en el agua y también se expresa en ppm de O2. Indica
el contenido en materias orgánicas oxidables y otras sustancias reductoras
tales como Fe++, NH4, en las aguas no contaminadas tienen valores de la
DQO de 1 a 5ppm, o algo superiores. Las aguas con valores elevados de
DQO, pueden dar lugar a interferencias en ciertos procesos industriales. Las
aguas residuales domesticas suelen contener entre 250 y 600ppm.
En las aguas residuales industriales la concentración depende del
proceso de fabricación de que se trate. La relación entre los valores de la
DBO y la DQO es un indicativo de la biodegradabilidad de la materia
contaminante. En aguas residuales un valor de la relación DBO/DQO menor
que 0.2 se interpreta como un vertido tipo inorgánico y si es mayor que 0,6
como orgánico.
Carbón orgánico total (COT): El COT es una medida del contenido de
materia orgánica en el agua especialmente aplicable a pequeñas
concentraciones, el carbón orgánico se oxida a CO2 en presencia de un
catalizador y se mide en un analizador infrarrojo. Algunos compuestos
orgánicos pueden resistir a la oxidación y dar valores ligeramente inferiores a
los reales. El aumento de su uso se debe a la rapidez de realización de los
análisis.
2.1.1.3 CALIDAD DE AGUA.
Según el Ministerio del Poder Popular para Ecosocialismo y Aguas
(MINEA) el concepto de calidad de agua es usado para describir las
características químicas, físicas y biológicas del agua. La determinación de la
calidad del agua depende del uso que se le va a dar.
35
De acuerdo a las Normas para la clasificación y el control de la calidad de
los cuerpos de agua y vertidos o efluentes líquidos, decreto 883 (1995) la
calidad de un cuerpo de agua se define como la caracterización física,
química, y biológica de aguas naturales para determinar su composición y
utilidad al hombre y demás seres vivos.
Por su parte Rigola (1999) plantea que el agua natural puede contener
una gran variedad de impurezas, características del ciclo hidrológico que ha
experimentado previamente. El agua natural puede llegar a la industria desde
una captación independiente o a través de una red de suministro que
probablemente entregará con algunas modificaciones en su composición
original. Cuando las impurezas representan elementos nocivos para el uso al
que va destinada el agua las denominamos contaminantes. Por lo tanto, es el
grado de calidad requerido el que determina si una impureza es
contaminante o no.
Cada proceso industrial requiere unas características especiales del agua,
exenta de determinados contaminantes. Para eliminarlos se somete el agua
a unos tratamientos de purificación. A su vez los procesos industriales
introducen en el agua unos nuevos contaminantes. Como también los
efluentes están sujetos a unas calidades mínimas de vertido, establecidas
por el cauce receptor, sino las cumplen deben someterse a otros
tratamientos que den la calidad de vertido necesario o que permitan la
recuperación interna del agua. Se considera más acertada y pertinente para
la presente investigación la definición de calidad de agua por las Normas
para la clasificación y el control de la calidad de los cuerpos de agua y
vertidos o efluentes líquidos.
2.1.2.2 IMPACTO AMBIENTAL
36
De acuerdo a Romero, J (2008) toda agua residual afecta en alguna
manera la calidad del agua de la fuente o cuerpo de agua receptor. Sin
embargo, se dice que un agua residual causa polución solamente cuando
introduce condiciones o características que hacen el agua de la fuente o
cuerpo receptor inaceptable para el uso propuesto de la misma. A
continuación, en el cuadro 4,5 y 6 se presentan en forma muy breve y
generalizada los efectos más importantes de los principales agentes de
polución de las aguas residuales
Cuadro 4. Efectos indeseables de las aguas residuales Contaminante Efecto
Materia orgánica biodegradable Desoxigenación del agua, muerte de peces, olores indeseables.
Materia suspendida Deposición en los lechos de los ríos; si es orgánica se descompone y flota mediante el empuje de los gases; cubre el fondo e interfiere con la reproducción de los peces o trastorna la cadena alimenticia.
Sustancias corrosivas, cianuros, metales y fenoles
Extinción de peces y vida acuática, destrucción de bacterias, destrucción de la autopurificación.
Microorganismos patógenos Las ARD pueden transportar organismos patógenos, los residuos de curtiembre ántrax
Sustancias que causan turbiedad, temperatura, color olor.
El incremento de temperatura afecta los peces, el color, olor y turbiedad hacen estéticamente inaceptable el agua para uso publico
Sustancias o factores que transforman el equilibrio biológico
Pueden causar crecimiento excesivo de hongos o plantas acuáticas, las cuales alteran el ecosistema acuático, causan olores, etcétera
Constituyentes minerales Aumentan la dureza, limitan los usos industriales sin tratamiento especial, incrementan el contenido de solidos disueltos a niveles perjudiciales para los peces o la vegetación, contribuye la eutrofización del agua.
Fuente: Romero (2008)
Cuadro 5. Contaminantes de importancia en aguas residuales
Contaminante Causa de su importancia Solidos suspendidos
Pueden conducir al desarrollo de depósitos de lodos y condiciones anaerobias cuando se descargan ARD crudas en medio acuático
Materia orgánica biodegradable
Está compuesta principalmente de proteínas, carbohidratos y grasas.se mide en términos de DBO y DQO por lo general. Si no es previamente removida puede producir agotamiento de OD de la fuente receptora y desarrollo de condiciones sépticas.
37
Patógenos Producen enfermedad Nutrientes El C, N y P son nutrientes. Cuando se descargan las aguas residuales pueden producir
crecimiento de vida acuática indeseable. Cuando se descargan en cantidades excesivas sobre el suelo puede producir polución del agua subterránea.
Materia orgánica refractaria
Resiste tratamiento adicional. Ejemplos: detergentes, fenoles y pesticidas agrícolas.
Metales pesados Provienen de aguas residuales comerciales e industriales y es posible que deban ser removidos para reuso del agua
Solidos inorgánicos disueltos
Algunos como el calcio, sodio y sulfatos son agregados al suministro doméstico original como resultado del uso y es posible que deban ser removidos para reuso de agua
Fuente: Romero (2008) Cuadro 6. Contaminantes de importancia en aguas residuales.
Contaminante Parámetro típico de
medida
Impacto ambiental
Materia orgánica biodegradable
DBO, DQO Desoxigenación del agua, generación de olores indeseables.
Materia suspendida SST, SSV Causa turbiedad en el agua, deposita lodos.
Patógenos CF Hace el agua insegura para reuso y recreación
Amoniaco NH4-, N Desoxigena el agua, es toxico para organismos acuáticos, y
puede estimular el crecimiento de algas
Fosforo Ortofosfatos Puede estimular el crecimiento de algas.
Materiales tóxicos Como cada material
toxico especifico
Peligroso para la vida vegetal y animal.
Sales inorgánicas SDT Limita los usos agrícolas e industriales del agua
Energía térmica Temperatura Reduce la concentración de saturación de oxígeno en el agua,
acelera el crecimiento de organismos acuáticos
Iones hidrogeno pH Riesgo potencial para organismos acuáticos
Fuente: Romero (2008)
Según Arboleda, J (2008) el impacto ambiental se define como el cambio
que se ocasiona sobre una condición o característica del ambiente por efecto
de un proyecto, obra o actividad y que este cambio puede ser benéfico o
perjudicial ya sea que la mejore o la deteriore, puede producirse en cualquier
etapa del ciclo de vida de los proyectos y tener diferentes niveles de
significancia
38
Así mismo, el Servicio Nacional de Certificación Ambiental para las
Inversiones Sostenibles (Senace), (2015), define impacto ambiental como la
alteración positiva o negativa de uno o más componentes del ambiente,
provocada por la acción de un proyecto. Se considera como más acertada
para la presente investigación la definición de Romero J (2008), ya que
identifica los compuestos e idéntica cuál es su efecto e impacto para los
cuerpos receptores y para el consumo humano y animal.
2.2 ALTERNATIVA TECNOLÓGICA Según Alfonzo y otros (2002), la alternativa tecnológica puede describirse
como la actividad organizacional mediante la cual se define e implanta la
tecnología necesaria para lograr los objetivos, metas del negocio como
calidad, efectividad, adición de valor y competitividad. Krick (2005) afirma que las alternativas tecnológicas se refieren a la fase
del proceso de diseño referida a un intento para encontrar las soluciones
posibles que satisfagan las restricciones impuestas, e indudablemente,
durante la valuación, formulación y análisis del problema, el diseñador
concebirá o se tropezará con varias soluciones posibles. Sin embargo, es
precisamente en esta etapa, cuando el diseñador concentra sus esfuerzos en
la elaboración de soluciones. Podrá observarse en esta etapa, que el objetivo
será la elaboración de las soluciones, mientras las etapas subsecuentes del
proceso de diseño, es un subproducto.
Por otro lado, Castellano (2007) afirma que las alternativas tecnológicas
tratan de proyectos específicos con parámetros determinados requeridos
para la realización de insumos tecnológicos bien definidos, cuya
complementación con insumos locales debe haber sido evaluada
previamente. Este tipo de búsqueda cubre no solo los canales usuales de
comercialización de tecnología, sino que puede y debe incluir la búsqueda de
39
informaciones técnicas los cuales permitan copia simple o adaptación de
tecnologías disponibles, sin implicar necesariamente pago alguno.
Los autores citados definen a la alternativa como un proyecto orientado a
la búsqueda de soluciones y satisfacer necesidades específicas bien sea de
índole social o industrial. De acuerdo a lo mencionado anteriormente para
esta investigación se toma la definición de Alfonso y otros (2002) quienes
afirman que la alternativa tecnológica está orientada al cumplimiento de
objetivos con diversos propósitos en la empresa.
TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS AEROBIOS
Romero, J (2008), los define como los procesos de respiración de oxígeno
en el cual el oxígeno libre es el único aceptador final de electrones; el
oxígeno es reducido y el carbono es oxidado, al igual que la materia orgánica
e inorgánica. Todos los organismos que usan oxigeno libre como aceptador
de electrones son aerobios. Aunque las reacciones involucradas en el
metabolismo microbial son de una gran complejidad, se puede representar el
proceso de oxidación aerobia por las siguientes ecuaciones verbales.
+ Oxígeno Bacterias
+ + O2
El proceso se ejecuta con el propósito de obtener la energía necesaria
para la síntesis de tejido celular nuevo en ausencia de materia orgánica, el
Residuo
Bacterias Residuos
Oxidable
Materia
Orgánica
Bacterias
Aerobias
CO2+H2O+NH3+enegia +O2
Nuevas células (biomasa)
40
tejido celular será respirado endógenamente y convertido en productos
gaseosos y en energía para mantenimiento.
Usualmente, las bacterias son los organismos más importantes en el
tratamiento aerobio de las aguas residuales porque son excelentes
oxidadores de la materia orgánica y crecen bien en aguas residuales, siendo
capaces de formar una capa floculenta gelatinosa de muy buenas
características para la remoción de la materia orgánica tanto en los procesos
de lodos activados como en filtros percoladores son comunes: Zooglea
ramigera, Pseudomonas, Flavobacterium y Alcaligenes.
En la oxidación biológica aerobia, el O2 libre es esencial para los
organismos aerobios como agente para la oxidación de compuestos
orgánicos en CO2. La oxidación biológica aerobia o respiración aerobia está
constituida por las reacciones de oxidación biológica en las cuales el oxígeno
molecular es el aceptador final de electrones; este es el proceso por el cual
se transportan electrones del donante oxidable al oxigeno molecular para
obtener la energía requerida para el crecimiento de los organismos aerobios.
El oxígeno molecular libre es agregado al sustrato, materia orgánica,
ocurriendo la oxidación o mineralización del residuo.
La reacción es muy eficiente porque libera grandes cantidades de
energía; esta energía es almacenada preferentemente en la biomasa
sintetizada y los residuos de dicho catabolismo son compuestos estables de
bajo contenido energético el proceso aerobio se ejecuta para obtener la
energía necesaria para la síntesis de tejido celular nuevo en ausencia de
materia orgánica el tejido celular se respirará endógenamente y se convertirá
en productos gaseosos y en energía para mantenimiento
Según Vidal G, Jarpa, M. Plaza, C. Belmonte M y Mariangel L, (2014), el
tratamiento biológico aeróbico consiste en la descomposición de la materia
orgánica por microorganismos aeróbicos (presencia de oxígeno) en dióxido
de carbono, moléculas de agua y biomasa microbiana, como se muestra en
el esquema.
41
Materia Orgánica + O2 + μorg → CO2 + H2O + Biomasa En general los sistemas aeróbicos implican el empleo de aireación en
forma continua, debido a que la oxidación microbiana de la materia orgánica
requiere de un alto consumo de oxígeno (entre 30–100 mg O2/L·h,
aproximadamente), que además cumple la función de agitación del sistema,
evitando la formación de zonas anóxicas y la disminución de la eficiencia de
operación del sistema. Por esta razón una de las desventajas de esta
tecnología está asociada al costo de energía para la aireación, y la extensión
de terreno que utilizan.
La eliminación de la materia orgánica se realiza preferentemente en el
sistema de lodos activados por bacterias. Sin embargo, estos sistemas
pueden generar una cadena trófica, demostrando de este modo la existencia
de estas cadenas alimenticias en los sistemas. Según Fernández-Alba y
otros (2006) la presencia de O2 hace que este elemento sea el aceptor de
electrones, por lo que se obtienen unos rendimientos energéticos elevados,
provocando una importante generación de fangos, debido al alto crecimiento
de las bacterias aerobias. Su aplicación a aguas residuales puede estar muy
condicionada por la baja solubilidad del oxígeno en el agua
Romero J (2008) define los procesos biológicos desde un punto de vista
químico y explica detalladamente las reacciones que se dan en el proceso
biológico y las interacciones que ocurren entre la molécula de oxígeno y los
compuestos orgánicos para la producción de energía para el crecimiento de
los organismos aerobios.
Mientras que el concepto de Vidal y otros (2014) está enfocado al punto de
vista de proceso ya que expresa la necesidad de aireación continua en el
proceso debido al alto consumo de oxígeno para la oxidación microbiana de la
materia y orgánica y su función de agitación dentro del sistema y el concepto de
Fernández -Alba y otros (2006) no es tan amplio, por esta razón esta se
42
considera más acertada para esta investigación la definición de Vidal y otros
(2014). Dentro de los tratamientos biológicos aerobios se pueden describir los
siguientes.
2.2.1 LODOS ACTIVADOS CONVENCIONALES De acuerdo a la opinión de Noyola y otros (2013) este proceso ha sido y
es uno de los más utilizados en el mundo para el tratamiento de aguas
residuales de tipo doméstico o municipal. En los procesos de lodos
activados, los microorganismos se encuentran mezclados con la materia
orgánica que digerirán para reproducirse y sobrevivir. Cuando la masa de
microorganismo crece y es mezclada con la agitación introducida al tanque
por medios mecánicos o de inyección de aire, ésta tiende a agruparse
(floculación) para formar una masa activa de microorganismos denominada
lodo activado; a la mezcla de este lodo con el agua residual se llama licor
mezclado.
El licor mezclado fluye del tanque de aireación a un clarificador
secundario donde el lodo activado sedimenta como se observa en la figura 1.
Una porción del lodo sedimentado debe ser retornado al tanque de aireación
para mantener una apropiada relación sustrato-microorganismo y permitir así
una adecuada degradación de la materia orgánica.
43
Figura 1. Lodo activado.
Fuente. Noyola y otros (2013)
Debido a que en el tanque de aireación se produce lodo activado por la
reproducción de los microorganismos, una cierta cantidad debe ser
desechada del sistema con el objeto de mantener constante su
concentración en el tanque de aireación; esto es lo que se conoce como
lodo de purga. Por otra parte, un requerimiento básico del sistema de
lodos activados es su adecuada aireación, que puede ser realizada
mediante difusores de aire o aireadores mecánicos.
Romero J (2008) plantea que el lodo activado consiste en una masa
floculenta de microorganismos, materia orgánica muerta y materiales
inorgánicos; tiene la propiedad de poseer una superficie altamente activa
para la adsorción de materiales coloidales y suspendidos a la cual debe su
nombre de activado. El resultado final es una porción de materia orgánica,
susceptible de descomposición biológica, convertida en compuestos
inorgánicas y el resto, transformada en lodo activado adicional.
Según el sistema nacional de información ambiental (SINIA) (2011) es
un tratamiento biológico de cultivo suspendido, donde el residuo se
estabiliza biológicamente en un reactor bajo condiciones aeróbicas.
44
Durante el crecimiento y mezcla los organismos floculan formando una
masa activa denominada lodos activados. El ambiente aeróbico se logra
mediante el uso de aireación por medio de difusores o sistemas
mecánicos tienen una remoción directa: Demanda Bioquímica de Oxígeno
(DBO5), Demanda Bioquímica de Oxígeno (DQO), Nitrógeno, Fósforo,
Sólidos Suspendidos Totales y Sólidos Sedimentables.
Los lodos activados son tratamiento biológico de cultivo suspendido,
donde el residuo se estabiliza biológicamente en un reactor bajo
condiciones aeróbicas; durante el crecimiento y mezcla los organismos
floculan formando una masa activa denominada lodos activados. El
ambiente aeróbico se logra mediante el uso de aireación por medio de
difusores o sistemas mecánicos.
La tecnología de Lodos Activados es una de las más difundidas a nivel
mundial. Creada en 1914 para el tratamiento de efluentes industriales y
efluentes municipales. Los objetivos que persigue el tratamiento biológico
del agua residual son la coagulación y eliminación de los sólidos
coloidales no sedimentables y la estabilización de la materia orgánica.
El principio básico del proceso consiste en que las aguas residuales se
pongan en contacto con una población microbiana mixta, en forma de
suspensión de flóculos en un sistema aireado y agitado. Las ventajas de la
tecnología de lodos activados son: Flexibilidad de operación a través de
un control racional de la biomasa presente en el proceso, alta eficiencia de
remoción de carga orgánica sustancialmente más alta que la que se
alcanza en otros procesos como los del tipo convencional por cultivo fijo,
minimización de olores y ausencia de insectos.
Además, puede incorporar desnitrificación al proceso, posibilidades de
regular energía consumida para variaciones de carga orgánica, prescinde
de sedimentación primaria. Los lodos generados son altamente
mineralizados por lo que no requieren de tratamiento posterior, generación
de lodos secundarios “estabilizados” que al igual que los sistemas
45
convencionales pueden ser aprovechados como fertilizantes, mejoradores
de suelo y obtención de biogás, entre otras.
Las principales desventajas de esta tecnología son: Requiere mayor
sofisticación y mantenimiento, dependencia con la temperatura del
efluente a tratar y condiciones de entrada como pH y presencia de
compuestos tóxicos, riesgo de taponamiento de los dispositivos de
aireación durante ciclos operativos específicos, requiere de un control
permanente, tanto operativo como de análisis de laboratorio, altos costos
de operación, asociados fundamentalmente a los requerimientos de
oxígeno, bajo abatimiento bacteriológico, logrando en general abatir no
más allá de un ciclo logarítmico en términos de Coliformes Fecales, con la
consecuente necesidad de efectuar desinfección final al efluente.
Las principales eficiencias de remoción que presenta esta tecnología
para los compuestos considerados más importantes en aguas residuales
se presentan en la tabla 7 a continuación:
Tabla 7. Eficiencia de remoción de lodos activados. Compuestos Eficiencia de remoción
DBO5 90-95%
SST 80-85%
Nitrógeno total 15-30% tratamiento secundario
70-90% incluyendo desnitrificación.
Fosforo 10-25% tratamiento secundario
70-90% incluyendo remoción adicional de N y P
Coliformes fecales 60-90%
Fuente: SINIA (2011)
De acuerdo a Escalas y Barajas (2006), el proceso de lodos activados
consiste en un reactor aerobio donde se biodegrada la materia orgánica del
afluente, seguido de un proceso de sedimentación donde se obtiene un
efluente clarificado y se separa la biomasa. La biomasa así recuperada se
46
recircula al reactor biológico, lo que permite mantener elevadas
concentraciones de microorganismos en el reactor aireado. Esta elevada
concentración de biomasa en el reactor (10-40) veces superiores a la de una
laguna aireada) permite velocidades de reacción muy elevadas en
comparación con las de las lagunas aireadas, lo que supone volúmenes de
reacción y superficies de planta mucho menores que los sistemas lagunares.
Por su compactibilidad y por la calidad del efluente, el proceso de lodos
activados resulta especialmente para las plantas en zonas urbanas. Sin
embargo, los costos de inversión y operación son superiores o muy
superiores a los de los procesos lagunares. En zonas tropicales el
tratamiento anaerobio-aerobio compite en costos de operación con el
proceso de lodos activados para el tratamiento de aguas residuales
municipales.
Es importante indicar que en regiones rurales y/o marginadas de los
países en desarrollo a menuda cuesta disponer de financiamiento para la
operación y mantenimiento de plantas aerobias, en particular para pagar la
factura electrica de las mismas. En el proceso de lodos activados la
producción de lodos es de 0.4-0-5kg de SSV/kg DBO5.
El proceso de lodos activados puede implementarse como un proceso
continuo (solución más habitual) o de manera discontinua (tecnología de uso
creciente desde los años 1980), en los llamados reactores biológicos
secuenciales o RBS). Los reactores aireados (normalmente son varios
reactores en paralelo) se mantienen concentraciones de biomasa de 2-4g/l
(como solidos suspendidos volátiles), y la aireación suministra por medio de
difusores sumergidos o por turbinas de aireación superficial, para mantener
concentraciones de 0.5-2.4mg/l de oxígeno disuelto, según las necesidades
del proceso. La mezcla de biomasa y agua residual contenida en el reactor
se llama licor mezclado, y a la salida del reactor se conduce al decantador
secundario donde la biomasa sedimenta por gravedad.
47
El efluente del decantador tiene típicamente valores de DBO y SST en el
intervalo de 10-30mg/l. A continuación, la figura 2 muestra el esquema del
proceso de lodos activados de flujo continuo
Figura 2. Esquema del proceso de lodos activados de flujo continuo.
Fuente: Escalas y Barajas (2006). Las ideas planteadas por los autores mencionados son similares de forma
general en cuanto al proceso de lodos activados, la definición aportada por
Romero (2004) no es muy amplia, por otro lado, el SINIA proporciona
información sobre las grandes ventajas y desventajas que tiene este sistema,
sin embargo, la definición aportada por Escalas y Barajas (2006) señala
aspectos relevantes en cuanto su exitosa aplicación a nivel industrial, la
cantidad de producción de lodos estándar para estos sistemas así como
también la concentración de biomasa que se debe recircular al tanque de
aireación.
Del mismo modo el concepto de Noyola y otros (2013) suministra datos
claves sobre este sistema, por tanto, para esta investigación se fija posición
en la definición de Noyola y otros (2013) y Escalas y Barajas (2006) por ser
las que proporcionan mayor información relevante.
48
2.2.2 REACTORES DISCONTINUOS SECUENCIALES (SBR) De acuerdo a Fernández-Alba y otros (2006), los reactores
discontinuos secuenciales (SBR, sequencing batch reactors), equipo en el
que de forma secuencial se lleva a cabo el llenado, reacción,
sedimentación y evacuación del agua depurada, para volver otra vez a
iniciar el ciclo, todo ello en un mismo equipo. Como ventaja fundamental
tiene el menor requerimiento espacio, así como una mayor flexibilidad en
la forma de operar, por ejemplo, en el caso de flujos estacionales,
ayudado por la gran capacidad de las bacterias para estas situaciones.
Según Noyola y otros (2013) plantean que una variante particular es el
reactor secuencial por lotes (sequencing batch reactor SBR) que opera en
forma discontinua con las etapas de alimentación, reacción, sedimentación
y vaciado. La gran ventaja de este sistema es que se lleva a cabo en un
solo tanque, el cual cuenta con dispositivos para proveer aireación,
mezclado y sedimentación. Este sistema debe contar con al menos dos
tanques que funcionen en forma alternada.
En el mismo orden de ideas Muñoz, J y Ramos, M (2014), plantean que
los SBR es el nombre dado al sistema de tratamiento de aguas residuales
operado sobre la base de la tecnología de lodos activados, en una
secuencia de ciclos de llenado y de vaciado. Éste incluye normalmente el
proceso de eliminación biológica de nutrientes, en fases que pueden
incluir el tratamiento anaerobio, aerobio, anóxico, o la combinación de
ellos y en las que, finalmente, se incluye la sedimentación. Todas estas
operaciones unitarias se desarrollan en un mismo reactor. Este tipo de
reactores constituyen una excelente oportunidad de innovación en el
campo de tratamiento de aguas residuales, debido a la flexibilidad de
operación y a su fácil automatización.
49
Los SBR se conocen aproximadamente 100 años, desde que Arden y
Lockett publicaron en 1914 trabajos realizados en reactores a escala
piloto, en ese tiempo llamados reactores de llenado y vaciado. Estudios
posteriores no tuvieron éxito hasta que, en 1971, Irvin y David retomaron
el desarrollo de estos reactores y en 1983 Sir Thomas Wardle publico sus
experiencias y así permitió que estudios similares se reanudaran
ampliamente en varios países
Así mismo, en años recientes, los sistemas de reactores discontinuos
secuenciales han demostrado buenos resultados en la eliminación
biológica de nutrientes. Este sistema de tratamiento ofrece varias ventajas
incluyendo mínimo requerimiento de espacio, facilidad de manejo y la
posibilidad de realizar modificaciones en el tren de tratamiento.
Un reactor discontinuo secuencial (SBR) se puede definir como un
sistema de lodos activados, cuyo funcionamiento se basa en la secuencia
de llenado y vaciado. Los procesos unitarios que intervienen son similares
a los de un proceso convencional de lodos activados. Ambos sistemas
intervienen la mezcla, la reacción y sedimentación, pero entre ambos
existe una diferencia importante, ya que, en las plantas convencionales,
los procesos se llevan a cabo simultáneamente en tanques separados,
mientras que en un sistema SBR los procesos tienen lugar en el mismo
tanque.
Por otro lado, el SINIA (2011) explican que los reactores discontinuos
secuenciales son reactores en los que el agua residual se mezcla con un
lodo biológico en un medio aireado. El proceso combina en un mismo
tanque reacción, aeración y clarificación; esta tecnología es una variante
optimizada de la tecnología convencional de lodos activados. Se basa en
el uso de un sólo reactor que opera en forma discontinua secuencial. El
sistema SBR consta de al menos cuatro procesos cíclicos: llenado,
reacción, decantación y vaciado, tanto de efluente como de lodos.
50
Esta tecnología es capaz de tolerar variaciones de carga y caudal y
genera como producto lodos estabilizados. Dependiendo de la naturaleza
del efluente a tratar es la calidad y las propiedades de los lodos
generados, ver figura 3:
Figura 3. Reactor biológico secuencial SBR Fuente: SINIA (2011)
Las principales ventajas de este reactor son las siguientes: a) Estabilidad y
flexibilidad, b) se adaptan a condiciones fluctuantes y toleran variaciones en
la carga orgánica, c) eliminación eficiente de: DBO5, nutrientes (N, P) y
compuestos refractarios, d) permite mayor control sobre el crecimiento de
micro organismos filamentosos, e) mayor retención de Biomasa en
comparación a otras tecnologías como lodos activados, f) fácil control de la
operación.
Además de las ventajas mencionadas anteriormente se tiene que tienen
menores costos de inversión ya que no requiere una bomba para el retorno
de lodos y el sedimentador secundario es de menor tamaño debido a la
excelente sedimentabilidad del sistema, su diseño es compacto por tanto
requiere de menos espacio que los sistemas convencionales como lodos
activados y los lodos secundarios generados son “estabilizados” al igual que
51
los sistemas convencionales pueden ser aprovechados como fertilizantes,
mejoradores de suelo y obtención de biogás, entre otras, sin impacto visual,
pueden ser instalados bajo tierra y las eficiencias para los diferentes
componentes del agua residual se pueden observar en la tabla 8 a
continuación:
Tabla 8. Eficiencia de Remoción de SBR
Compuestos Eficiencia de remoción
DBO5 85-95%
SST 85-95%
Nitrógeno total
Hasta 100% de nitrificación
Hasta 100% de desnitrificación
Fosforo Hasta el 100%
COD 65%
Hidrocarburos totales 77-79.5%
Compuestos fenólicos 87.5-92%
Fuente: SINIA (2011)
Las principales desventajas del SBR son: requiere capacitación técnica
del o los usuarios, requiere mayor sofisticación y mantenimiento, riesgo de
taponamiento de los dispositivos de aireación durante ciclos operativos
específicos, no es aplicable a todo tipo de efluente orgánico, la presencia de
compuestos tóxicos puede afectar negativamente el desempeño de este
tratamiento, en algunas ocasiones se requiere agregar nutrientes tanto al
SBR como al efluente final. Su aplicación incluye tratamiento de efluentes
industriales provenientes de: Agroindustria; Vitivinícolas, Aguas servidas
domiciliarias; Efluentes de extracción petrolera.
Para esta investigación se fija posición en la definición aportada por
Muñoz y Ramos (2014) y SINIA (2011) debido a que abarcan aspectos
técnicos y operacionales a la hora de seleccionar esta tecnología y es más
52
amplia con respecto a las definiciones dadas por los autores anteriormente
mencionados.
TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS ANAEROBIOS Romero, J (2008) define los procesos biológicos anaerobios como la
descomposición u oxidación libre, para obtener la energía requerida para el
crecimiento y mantenimiento de los organismos anaerobios. El proceso
anaerobio es menos eficiente en producción de energía que el aerobio,
puesto que la mayoría de la energía liberada en el catabolismo anaerobio
proveniente de la sustancia descompuesta aún permanece en los productos
finales orgánicos reducidos como el metano, generándose una cantidad de
biomasa mucho menor que la producida en el proceso aerobio
El uso de los sulfatos y del CO2 como aceptadores de electrones requiere
condiciones estrictamente anaerobias, es decir, en ausencia de oxígeno y
nitratos. Los carbohidratos contienen oxigeno que puede emplearse como
aceptador de los electrones; una porción del carbohidrato es oxidado, en CO2
y ácidos orgánicos mientras que otra porción es reducida en aldehídos,
cetonas y alcoholes. Prácticamente, la descomposición anaerobia es posible
con todos los compuestos orgánicos que contienen oxígeno en sus
moléculas.
En el tratamiento anaerobio se puede considerar, por tanto, que ocurren
los procesos básicos de la descomposición anaerobia, es decir,
desnitrificación de nitratos, respiración de sulfatos, hidrólisis y fermentación
acetogénica y metanogénica. El proceso microbial es muy complejo y está
integrado por múltiples reacciones paralelas y en serie, interdependientes
entre sí. En su forma más elemental, se puede considerar el proceso
anaerobio de descomposición de la materia orgánica integrado por dos
53
etapas: fermentación de ácidos y fermentación de metano, que ocurren
simultáneamente.
De acuerdo a Fernández-Alba y otros (2006) el tratamiento anaerobio es
un proceso biológico ampliamente utilizado en el tratamiento de aguas
residuales. Cuando éstas tienen una alta carga orgánica, se presenta como
única alternativa frente al que sería un costoso tratamiento aerobio, debido al
suministro de oxígeno. El tratamiento anaerobio se caracteriza por la
producción del denominado “biogas”, formado fundamentalmente por metano
(60-80%) y dióxido de carbono (40-20%) y susceptible de ser utilizado como
combustible para la generación de energía térmica y/o eléctrica.
Además, solo una pequeña parte de la DQO tratada (5-10%) se utiliza
para formar nuevas bacterias, frente al 50-70% de un proceso aerobio. Sin
embargo, la lentitud del proceso anaerobio obliga a trabajar con altos
tiempos de residencia, por lo que es necesario diseñar reactores o digestores
con una alta concentración de microorganismos.
Realmente, es un complejo proceso en el que intervienen varios grupos
de bacterias, tanto anaerobias estrictas como facultativas, en el que, a través
de una serie de etapas y en ausencia de oxígeno, se desemboca
fundamentalmente en la formación de metano y dióxido de carbono. Cada
etapa del proceso, que se describen a continuación, la llevan a cabo grupos
distintos de bacterias, que han de estar en perfecto equilibrio:
Hidrólisis: La hidrólisis es la ruptura de moléculas grandes, solubles e
insolubles, en moléculas de menor tamaño que pueden ser transportadas
dentro de las células y metabolizadas. En este proceso no se produce
metano, y en la mayor parte de los casos supone una etapa que se
desarrolla lentamente.
Formación de ácidos (acidogénesis) y acetato (acetogénesis): Los
productos finales de la hidrólisis son transformados en ácidos orgánicos de
cadena corta, otros compuestos de bajo peso molecular, hidrógeno y dióxido
de carbono. Estas bacterias son altamente resistentes a variaciones en las
54
condiciones ambientales. Por ejemplo, aunque el pH óptimo para el
desarrollo de su actividad metabólica es 5-6, los procesos anaerobios
generalmente son conducidos a pH 7, y aún en estas condiciones su
actividad metabólica no decae.
Metanogénesis: La formación de metano, siendo este el último producto
de la digestión anaerobia, ocurre por dos grandes rutas: La primera de ellas,
es la formación de metano y dióxido de carbono a partir del principal
producto de la fermentación, el ácido acético. Las bacterias que consumen el
ácido acético se denominan bacterias acetoclastas. La reacción, planteada
de forma general, es la siguiente:
CH3COOH CH4 + CO2
Algunas bacterias metanogénicas son también capaces de usar el
hidrógeno para reducir el dióxido de carbono a metano (metanogénicas
hidrogenoclastas) según la reacción:
4H2 +CO2 CH4 + 2 H2O
La metanogénesis es la etapa crítica en el proceso de degradación, por
las características de las bacterias que la llevan a cabo, y por ser la más
lenta de todo el proceso. En buena medida, la digestión anaerobia se ha de
llevar a cabo en las condiciones óptimas para el buen funcionamiento de
estas bacterias metanogénicas. Actualmente está ampliamente aceptado que
la degradación de la materia orgánica sigue una distribución como la
detallada, y que se muestra resumida en la figura 4:
55
Figura 4. Esquema de la ruta de degradación anaerobia.
Fuente: Fernández-Alba y otros (2006).
Entre las ventajas más significativas del tratamiento anaerobio frente al
aerobio cabe destacar la alta eficacia de los sistemas, incluso en aguas
residuales de alta carga, el bajo consumo de energía, pequeña producción
de fangos y, por tanto, pequeño requerimiento de nutrientes, así como su
eficacia ante alteraciones importantes de carga y posibilidad de grandes
periodos de parada sin alteración importante en la población bacteriana.
Sin embargo, como desventajas caben destacar la baja efectividad en
la eliminación de nutrientes y patógenos, generación de malos olores y la
necesidad de un post-tratamiento, generalmente aerobio, para alcanzar
los niveles de depuración demandados, así como los generalmente largos
periodos de puesta en marcha. En la tabla 9 se muestran características y
datos técnicos correspondientes a las distintas configuraciones de
rectores anaerobios:
56
Tabla 9. Condiciones de operación para diferentes reactores anaerobios Reactores DQO de entrada
(mg/l) Tiempo de retención
hidráulica (h) Carga orgánica Kg
DQO/m3dia Eliminación de DQO
(%)
De
contacto
1500-5000 2-10 0,5.2,5 75-90
EGSB 5000-15000 4-12 15,0-25,0 75-85
FA 10000-20000 24-48 5,0-55,0 75-85
RALF 5000-10000 5-10 5,0-10,0 80-85
Fuente: Fernández-Alba y otros (2006)
El tratamiento anaerobio, por tanto, constituye una forma eficaz de
tratar aguas y residuos de alta carga orgánica, siendo una tecnología
madura y contribuyendo no solo a la eliminación de materia orgánica, sino
a su aprovechamiento energético derivado de la utilización del metano
producido.
De Acuerdo a Vidal y otros (2014) el tratamiento biológico anaeróbico,
o digestión anaeróbica, consiste en una serie de reacciones bioquímicas
que transforman la materia orgánica contaminante en biogás, cuyos
componentes principales son el metano (CH4) y CO2, entre otros (H2S e
H2). Si este biogás es gestionado adecuadamente puede ser utilizado
como energía. El proceso de digestión anaeróbica puede resumirse como
lo indica la siguiente expresión:
Materia Orgánica + μorg → CO2 + CH4 + Biomasa
Este proceso transcurre en ausencia de oxígeno, y el CH4 tiene la
particularidad de ser recuperado y usado como combustible (energía) en
el mismo proceso para calentar la caldera, debido a que los
microorganismos anaeróbicos realizan esta digestión a una temperatura
entre 30-37ºC.
57
Una desventaja del proceso es que la puesta en marcha es delicada,
debido al lento crecimiento de los microorganismos anaeróbicos. Un
ejemplo de esta tecnología la constituyen el digestor UASB (Upflow
Anaerobic Sludge Blanket) y los filtros anaeróbicos. Ambos sistemas se
caracterizan por una alta productividad de biogás, y bajos tiempos de
retención hidráulicos. El reactor UASB presenta en su diseño estructural
tres zonas: una de lecho expandido, otra de lecho fluidizado y otra zona
fluidizada.
Los autores Romero, J (2008), Fernández-Alba y otros (2006) y Vidal y
otros (2014), coinciden en que el proceso biológico anaerobio es una
oxidación o descomposición en ausencia de oxígeno y se produce
principalmente metano y CO2. Además, el proceso se da mediante las
siguientes etapas hidrólisis y acidogenesis, metanogenesis. El concepto
de Romero, J (2008) está basado en las reacciones que ocurren en el
proceso biológico anaerobio y en cada una de sus etapas, mientras que
Vidal y otros (2014) enfoca su definición en las ventajas que tiene este
tipo de procesos con respecto al biológico y las variantes de sus sistemas
Por otro lado, Fernández-Alba y otros (2006) definen al proceso como
complejo donde participan diversos tipos de bacterias y está orientado a la
eficiencia del proceso debido a los tiempos de residencia debido a la
lentitud del mismo, sumado a esto se tienen las ventajas del proceso
anaerobio sobre el proceso aerobio en cuanto a eficacia, consumo de
energía, producción de lodos entre otros, por lo cual hacen de este
concepto como el más indicado para esta investigación.
2.2.3 REACTOR ANAEROBIO DE FLUJO ASCENDENTE (UASB) Según Fernández-Alba y otros (2006), se trata de un reactor cuyo lecho
está formado por gránulos de biomasa. Estos gránulos son porosos y con
una densidad poco mayor que la del líquido, con lo que se consigue un buen
58
contacto de éste con la biomasa. Los reactores suelen tener en su parte
superior un sistema de separación gas-sólido-líquido, puesto que se acumula
biogás alrededor de las partículas, éstas manifiestan una tendencia a
ascender separándose con estos dispositivos.
Se consigue una alta concentración de biomasa dentro del reactor que
conlleva una elevada velocidad de eliminación de materia orgánica con
rendimientos elevados de depuración. El agua residual se introduce por la
parte inferior, homogéneamente repartida y ascendiendo lentamente a través
del manto de lodos (gránulos).
Los principales problemas que tiene este tipo de reactor son: puesta en
marcha, ya que se ha de conseguir que se desarrollen gránulos lo más
estables posibles, la incidencia negativa que tiene es que el agua residual a
tratar contenga una gran cantidad de sólidos en suspensión y la deficiente
mezcla en la fase líquida que se logra. Este último problema se soluciona de
una forma eficaz recirculando parte del gas producido e inyectándolo en la
parte inferior de equipo, consiguiendo una expansión del manto de lodos, por
lo tanto, una buena mezcla.
Por su parte Noyola y otros (2013) el reactor anaerobio de lecho de lodos
UASB (upflow anaerobic sludge blanket) es un reactor de segunda
generación con el distintivo particular que no requiere material de empaque
para retener los microorganismos. El reactor se basa en la formación de una
cama de lodos (biomasa anaerobia granular o floculada) localizada en el
fondo del reactor con un volumen aproximado de 1/3 el volumen total de
éste.
En la parte superior del reactor se coloca el sistema de captación de
biogás (campanas colectoras) cuya función radica en la captación del biogás
formado y la de crear una zona libre de biogás, que favorece la buena
sedimentación de los gránulos o flóculos anaerobios que pudieran haber
atravesado las campanas colectoras de biogás. La zona ubicada entre la
59
cama de lodos y las campanas colectoras de biogás se denomina zona de
expansión de lodo.
Figura 5. Reactor de lecho de lodos con flujo ascendente (UASB).
Fuente: Noyola y otros (2013)
En ella se aloja el lodo expandido por la acción del biogás y la velocidad
ascendente del agua como se observa en la figura 5. La particularidad de un
reactor UASB radica en el hecho de retener mediante sedimentación los
microorganismos en forma de gránulos o flóculos densos, lo que aumenta
considerablemente el tiempo de retención celular (TRC).
Con esto es posible operar el sistema con reducidos tiempos de retención
hidráulica (TRH) y con volúmenes de reactor limitados, conservando buenas
eficiencias en la remoción de materia orgánica. En adición a esto, la
interacción entre el sustrato y el microorganismo se favorece debido a la
turbulencia que provocan las burbujas de gas que ascienden hacia la
superficie y el flujo ascendente del agua que atraviesa la cama.
Este lecho de lodos funge también como un filtro en el sentido mismo de la
palabra; en él queda retenido material partículado que podrá ser degradado
en el lecho, con un reactor anaerobio tipo UASB alimentado con agua
60
residual municipal típica se pueden lograr eficiencias de remoción en DQO
del orden de 60 a 70% (DBO del 70 al 80%).
Así mismo, Escalas y Barajas (2006), plantean que este proceso fue
desarrollado en Holanda por Lettinga y sus colaboradores en los años 70. La
estrategia consiste en mantener la biomasa sedimentada en el fondo del
reactor, formando un lecho muy estable y resistente a la resuspensión. El
agua residual fluye en sentido ascendente a través del lecho de lodos.
Los TRH reportados para los UASB se encuentran en el rango de 0.2-
0.5dias. Los UASB proporcionan una considerable remoción de materia
orgánica y coliformes (60-80% y 60-90% respectivamente), se reportan
incluso eficiencias de remoción para los UASB del 90-95% con cargas
volumétricas de 12 a 20kg DQO/ m3. d y con temperaturas de 30-35°C. Estas
eficiencias se presentan solo para altas concentraciones de afluente, no en el
tratamiento de aguas residuales municipales. La clave de los procesos
UASB es que permite la aplicación de elevadas cargas volumétricas es el
desarrollo de un lodo granulado denso. Las partículas de lodo tienen un
tamaño entre 1 y 3mm, estas características proporcionan excelentes
propiedades de espesamiento del lodo y de valores del índice volumétrico de
lodos (IVL) menores a 20 mL/g.
Este tipo de reactores se consiguen elevadas concentraciones de
biomasa, de 50 a 100 g/l en el fondo del reactor y de 5 a 40 g/l en la zona
superior del lecho de lodo. La composición y concentración del agua residual,
el pH, la velocidad del flujo ascendente (parámetro de diseño crítico) y la
adición de nutrientes son factores que influyen en el funcionamiento de estos
reactores. Las velocidades típicas del flujo ascendente varían en función de
la carga orgánica del agua de 0.7 a 1.5 m/h. Por otro lado, el UASB contiene
un sistema de separación en la parte superior del tanque que permite
separar el efluente de los sólidos, así como un sistema de desgasificación de
los sólidos que son arrastrados a la superficie del reactor.
61
El resultado es un equipo compacto con alta capacidad espacial de
tratamiento y sin dispositivos adicionales (como lo serían un tanque de
sedimentación, un desgasificador o una bomba de recirculación requeridos
en el proceso de contacto). Por su compactibilidad, eficiencia y economía, el
reactor UASB se ha empleado en los países industrializados y en los países
en desarrollo, tanto para el tratamiento de efluentes industriales como
municipales.
De acuerdo a la Comisión Nacional del Agua (Conagua) (2016) los
reactores anaerobios de flujo ascendente se utilizan para el tratamiento de
aguas residuales concentradas (industriales, agropecuarias, entre otros). En
México se han construido reactores anaerobios de flujo ascendente para el
tratamiento de aguas residuales domésticas. En países como Brasil,
Colombia e India se ha utilizado este tipo de reactores para tratar aguas
residuales domésticas
El buen funcionamiento del proceso anaerobio puede ser afectado por
algunos constituyentes del agua residual, como son: compuestos tóxicos, por
ejemplo, metales pesados, sulfuro, oxígeno, el cual puede ser introducido en
el sistema de distribución del afluente, la concentración de la materia
orgánica, la temperatura, el pH y los nutrientes. Cuando las variaciones de
carga orgánica son muy significativas pueden usarse: tanques de igualación
previos al reactor, recirculación del efluente al proceso anaerobio o varios
reactores operando en paralelo.
El RAFA es uno de los procesos biológicos que para su buen
funcionamiento requiere un pretratamiento adecuado del agua residual a
tratar para que este funcione adecuadamente, ya que, de lo contrario, podría
presentarse obstrucciones en las tuberías de alimentación, lo que
ocasionaría un mal funcionamiento en el reactor, el proceso involucra un
complicado sistema de reacciones bioquímicas.
Representa una solución viable para el tratamiento de aguas y lodos
residuales debido a su bajo consumo de energía y su capacidad de tratar
62
desechos con alta carga orgánica. En este proceso se debe controlar la
temperatura del agua o de los lodos en el interior del reactor, así como su
volumen. Si alguno de los componentes del sistema varía de manera
importante, se afecta el delicado equilibrio existente entre el consorcio
bacteriano presente.
En el reactor anaerobio de flujo ascendente, el agua residual a tratar es
conducida desde la parte superior del reactor (tanque) hacia el fondo del
mismo por medio de un sistema de tuberías. El afluente fluye en sentido
ascendente a través de un manto de lodos (microorganismos anaerobios)
llevándose a cabo de esta forma el tratamiento del agua residual.
El biogás producido en condiciones anaerobias (principalmente metano y
dióxido de carbono) genera una circulación interior (mezclado). El biogás, el
lodo y el líquido tratado ascienden a la parte superior del reactor, en donde
entran en contacto con deflectores que permiten la separación del biogás y la
sedimentación del lodo. El biogás es capturado en la campana de
recolección que se encuentran en la parte superior del reactor. El líquido
tratado (efluente) sale por la parte superior.
La temperatura de operación aceptable se encuentra entre 15 y 25º C y a
un intervalo relativamente alto de 30- 40º C, la temperatura óptima para el
proceso anaerobio se ha presentado a 37° C. Los países con clima tropical
presentan una temperatura ambiente ideal para su aplicación. La producción
de lodos en este tipo de reactores es menor comparada con el volumen
generado en un proceso aerobio, por lo que no se requiere una purga
constante. La remoción de lodos se deberá hacer cuando estos ocupen un
volumen mayor a un tercio de la capacidad del reactor.
El RAFA es uno de los procesos biológicos que para su buen
funcionamiento requiere del pretratamiento (rejillas, desarenador) que
funcione adecuadamente, ya que, de lo contrario, podría presentarse
obstrucciones en las tuberías de alimentación del agua residual a tratar, lo
que ocasionaría un mal funcionamiento en el reactor. Aspecto de suma
63
importancia en el tratamiento anaerobio de las aguas residuales es el
arranque del reactor.
Debido a la baja velocidad de crecimiento de las bacterias metanogénicas,
el arranque de una instalación de este tipo puede tomar varios meses,
dependiendo sobre todo de la cantidad de biomasa activada inoculada. El
tiempo de arranque está fuertemente determinado por la velocidad de
crecimiento de las bacterias implicadas, así como por el tiempo de residencia
del lodo. La tasa de crecimiento depende de la disponibilidad de nutrientes, la
presencia de compuestos inhibidores y la concentración de sustrato.
El efluente del RAFA puede contener materia orgánica soluble, patógenos,
sólidos suspendidos, nitrógeno y fósforo. La eliminación de patógenos en
este proceso no es eficiente, por lo que se necesita aplicar sistemas de
desinfección, como cloración, radiación ultravioleta, ozonización, lagunas de
estabilización, etc. La eliminación de nitrógeno y fósforo en un RAFA es
particularmente de cero con la transformación de nitrógeno orgánico en
nitrógeno amoniacal, si se requiere eliminarlos se puede aplicar un proceso
de desnitrificación al efluente.
Para controlar la operación de los reactores anaerobios se utilizan los
siguientes parámetros: Físicos: temperatura, mezclado, pH y sólidos totales y
volátiles; Químicos: alcalinidad total, producción de gas, nitrógeno orgánico y
total, fosfatos, sulfuros, AGV (ácidos grasos volátiles), DBO, DQO, Ni, Co,
Cu, Na, y Fe y por último Biológicos: huevos de helmintos, coliformes fecales
y totales.
Los autores mencionados anteriormente coinciden en que este tipo de
reactor consiste en mantener en el fondo del mismo la biomasa sedimentada,
sin embargo, se fija posición en la definición de Escalas y Barajas (2006) y
Conagua (2016) debido a que ambos aportan importantes aspectos técnicos
y de operación de la tecnología.
64
2.2.4 REACTOR DE LECHO EXPANDIDO O FLUIDIFICADO. De acuerdo a Noyola y otros (2013), los reactores de lecho expandido son
reactores de alta tasa y denominados tercera generación los cuales operan
con la biomasa expandida o fluidificada. El nombre dado internacionalmente
para este tipo de reactores es el de EGSB por sus siglas en inglés (expanded
granular sludge blanket) y de lecho fluidificado, según sea el caso. Estos
reactores están orientados básicamente al tratamiento de aguas residuales
industriales bajo condiciones de operación muy controladas, por lo que su
aplicación en el tratamiento de aguas residuales domésticas o municipales
no es aún recomendable. El reactor EGSB es totalmente dependiente de la
adecuada granulación del lodo, ya que, de lo contrario, el lodo saldría con el
efluente.
El lecho fluidificado se basa en material de empaque de pequeño tamaño
(no mayor a un milímetro de diámetro por lo general) donde se adhiere la
biopelícula anaerobia. En tales casos, la energía de bombeo necesaria para
fluidizar el lecho puede ser importante. Un agua residual doméstica o
municipal no favorece la granulación debido a la baja concentración de la
materia orgánica; lo que se llega a formar, en dado caso, es un lodo
floculento, adecuado para reactores UASB pero no para este tipo de sistema.
Independientemente de que estos sistemas de tercera generación tienen
mayores requerimientos de operación y control, es de resaltar la alta
eficiencia que alcanzan y la elevada carga orgánica que admiten. En efecto,
el estar expandido o fluidificado el lodo dentro del sistema, se logran
excelentes condiciones de mezclado lo que favorece la interacción sustrato
microorganismo, esto manteniendo un alto tiempo de retención de lodos,
muy superior al de retención hidráulica.
65
Figura 6. Reactor de lecho expandido.
Fuente. Noyola y otros (2013).
Según Fernández-Alba y otros (2006) los reactores anaerobios de lecho
fluidizado (RALF) son columnas en cuyo interior se introducen partículas de
un sólido poroso (arena, piedra pómez, biolita, etc..) y de un tamaño variable
(1-5 mm) con el objetivo de que sobre su superficie se desarrolle una
biopelícula bacteriana que lleve a cabo la degradación anaerobia.
Para que las partículas permanezcan fluidizadas (en suspensión), es
necesario realizar una recirculación del líquido, para que la velocidad del
mismo en el interior de la columna sea suficiente como para mantener dichas
partículas expandidas o fluidizadas. Este tipo de equipos se han comprobado
como muy eficaces, al menos en escala laboratorio o planta piloto. Se
consiguen muy altas concentraciones de microorganismos, así como una
muy buena mezcla en el lecho. Sin embargo, su implantación a nivel
industrial no ha alcanzado las expectativas que se crearon.
Romero, J (2008) afirma que los lechos fluidizados y expandidos
constituyen una alternativa para la filtración biológica. Cuando las
partículas del medio no permanecen estacionarias una sobre otras sino
66
soportadas por acción de la fuerza de arrastre, el lecho está fluidizado.
Después de fluidizado el incremento en velocidad de flujo del agua
produce la expansión de lecho y la separación de las partículas del medio.
El proceso anaerobio de película biológica adherida y lecho expandido
es un proceso en el cual el agua residual fluye, mediante bombeo, a
través de un lecho de un medio como arena, carbón activado granular,
antracita u otro agregado para formar un crecimiento biológico adherido al
medio. El proceso de lecho expandido o fluidizado es un sistema de
biorreactor de flujo ascensional, semejante al UASB y a filtro anaerobio,
pero con velocidades ascensionales mucho más altas para fluidizar el
crecimiento adherido de la biomasa sobe partículas granulares portadoras.
Las partículas portadoras son generalmente arena, de 0.2 a 0.5mm de
diámetro o carbón activado granular. La adherencia de partículas
biológicas a medios estáticos permite acumular masas microbiales hasta
diez veces mayores que las obtenidas, por unidad de volumen, en
sistemas biológicos de crecimiento suspendido. Para que la alta
concentración de biomasa de biomasa adherida (hasta 400 g SSV/L no
tapone el reactor ni se vea limitada su actividad debido a restricciones de
difusividad del sustrato, se utiliza un medio de soporte de crecimiento de
gran área superficial por unidad de volumen y se aplica al afluente en
sentido ascensional.
El efluente del reactor se recircula para mantener el lecho en la
expansión adecuada con concentraciones de biomasa altas, del orden de
15000 a 40000mg/L, lo cual permite tratar aguas residuales diluidas con
tiempos de retención cortos. En lechos expandidos la velocidad
ascensional es suficiente para expandir el lecho en un 10 a 20%, de tal
manera que las biopartículas son soportadas parcialmente por el fluido y
parcialmente por el contacto entre biopartículas adyacentes, existiendo
una tendencia a permanecer en la misma posición relativa dentro del
lecho.
67
En lechos fluidizados la velocidad ascensional puede ser mayor para
soportar totalmente las partículas por el fluido, permitiendo su movimiento
libre dentro del lecho y con expansiones hasta del 300% el volumen en
reposo del lecho. El área superficial especifica de las partículas
portadoras puede ser de 9000 a 11000 m2/m3, con una porosidad del 45 al
5%.
En lechos fluidizados el área superficial especifica es del orden de
4000 a 10000 m2/m3, con porosidad de 50 a 90% según el grado de
expansión. Para evitar altas cargas hidráulicas tan altas usadas en
reactores con expansiones mayores del 100%, se limita la velocidad
ascensional a los valores requeridos para lograr expansiones del lecho de
solamente un 10 a 20%. Para este concepto se fija posición en Noyola y
otros (2013) y Fernández-Alba (2006) ya que proporcionan aspectos
técnicos importantes en la aplicación de la tecnología y define de forma
clara el funcionamiento de esta tecnología.
Elemento de análisis: Aplicabilidad. De acuerdo a Noyola y otros (2013), este rubro implica el grado de
adecuación o pertinencia del proceso de acuerdo con las características
particulares del agua residual a tratar, así como de la calidad requerida
para el agua tratada. Involucra entonces los siguientes factores:
Intervalo de flujo en el cual el sistema es aplicable: los procesos
pueden diseñarse y aplicarse óptimamente dentro de ciertos intervalos de
caudal. En otras palabras, hay procesos mejor adaptados a flujos
pequeños y otros responden mejor en flujos grandes.
Tolerancia a variaciones de flujo: en general, los procesos trabajan
eficientemente con un flujo constante; sin embargo, se debe tener en
68
cuenta las variaciones de flujo que pueden ser toleradas por el sistema. Por
ejemplo, si la variación del flujo es muy grande, en algunos casos se deberá
emplear un tanque regulador; por otro lado, ciertos procesos responderán
mejor a periodos sin alimentación de agua residual.
Características del agua residual: las características del influente se
encuentran entre las consideraciones básicas para la selección del proceso y
los requerimientos para su operación. Se debe considerar la disponibilidad
de nutrientes en los procesos biológicos. Asimismo, se debe conocer qué
compuestos presentes en el influente pueden ser inhibidores y bajo qué
consideraciones afectan el proceso.
Eficacia de remoción: La integración de un proceso de tratamiento se
define en función de la calidad deseada del efluente, la cual se establece con
los requerimientos de descarga fijados en la legislación vigente o bien de
especificaciones para su reúso. Con esta información y la obtenida en la
caracterización del agua residual a tratar, se llega a la eficacia (o porcentaje
de remoción de contaminantes) que el proceso debe cumplir. Este criterio
toma en cuenta el grado en que el proceso cumple.
Según Romero (2008), el proceso debe ser capaz de proveer el
rendimiento solicitado, es decir, estar en capacidad de producir un efluente
con la capacidad requerida para un rango de caudales previsto.
En el mismo orden de ideas Rodríguez y otros (2015) plantea que la
tecnología en el tratamiento de aguas residuales debe producir agua residual
tratada óptima en forma continua, con un mínimo de operación y de fácil
mantenimiento.
Se considera como más acertada para esta investigación el concepto
aportado por Noyola y otros (2013) ya que su concepto es más amplio y
considera todos los aspectos que forman parte de lo que es la aplicabilidad
de una tecnología.
Elemento de análisis: Producción de lodos
69
De acuerdo a Noyola y otros (2013), los tipos y cantidades de residuos
sólidos, líquidos o gaseosos generados por un proceso de tratamiento
deben ser conocidos o estimados. Algunos aspectos que deben
considerarse en el procesamiento de los residuos son el sitio de
disposición final y el costo de tratamiento y disposición de los mismos. La
selección del tipo de tratamiento y disposición de los residuos debe
hacerse a la par con el tratamiento del agua residual, ya que forma parte
de un mismo sistema. Hay que tener en mente que la ley de la
conservación de la materia es universal y que toda planta de tratamiento
de aguas residuales generará residuos en mayor o menor cantidad y tipo,
según sean las características particulares del caso.
Según Romero J (2008) la cantidad y la calidad del lodo producido
determina la complejidad del tratamiento requerido para su disposición
adecuada. Procesos sin problemas de tratamiento y disposición de lodos
son los ideales.
Trejos y Agudelo (2012), plantean que las diferentes actividades
productivas y domésticas producen grandes cantidades de aguas
residuales, las cuales contienes una diversidad amplia de contaminantes.
Estas aguas deben ser procesadas en las PTAR para su reuso o
disposición con una calidad mayor. La calidad se mejora al eliminar los
contaminantes. Dichos contaminantes son eliminados en diferentes puntos
del proceso en forma de lodos, siendo éstos un concentrado de los
compuestos más dañinos que constituyen dichas aguas
Se considera la definición Noyola, Morgan y Guereca (2013) como más
acertada para la producción de lodos, debido a la importancia que esta
radica en la selección de los tratamientos de aguas residuales.
Elemento de análisis: Consumo energético
70
De acuerdo a Noyola y otros (2013), los procesos de bajo consumo
energético deberán ser favorecidos en la elección. Se debe tomar en
cuenta la potencia total instalada en la planta, así como la potencia
requerida para su operación. Los requerimientos de energía son criterios
fundamentales en la evaluación de un proceso de tratamiento de aguas
residuales, pues impactan de manera directa los costos de operación de la
planta.
Algunas instalaciones se abandonan debido a elevados consumos
energéticos, lo cual hace incosteable su operación. Al respecto, los
procesos de tratamiento anaerobio pueden ser energéticamente
autosuficientes en cierto grado por el aprovechamiento del biogás
producido. Es importante recordar que el consumo de energía eléctrica,
cuando proviene de combustibles fósiles, está relacionado con la emisión
de gases de efecto invernadero y por lo tanto contribuye indirectamente al
calentamiento global.
Según Metcalf y Eddy (1995) la explotación de las instalaciones de
tratamiento de agua depende fuertemente de los recursos energéticos, es
necesario abordar el estudio de las necesidades energéticas de cada
planta de manera realista. La explotación de las instalaciones es
responsable de la mayor parte del consumo energético de las plantas de
tratamientos.
Es necesario recabar información sobre cada uno de los procesos de
tratamiento considerados, ya que el consumo energético es variable en
función de cada una de las unidades de proceso y las combinaciones de
estas son múltiples, por otro lado, Rodríguez y otros (2015) plantean que
el consumo energético es el empleo de energía para la operación de
procesos y operaciones unitarias en el tratamiento del agua residual. Para
la presente investigación se considera como más adecuada para esta
investigación la definición a aportada por Noyola y et a (2013).
71
Elemento de análisis: Área requerida De acuerdo a Noyola y otros (2013), el área requerida para la
construcción de una planta de tratamiento puede ser factor fundamental en la
toma de decisiones. La poca disponibilidad de terreno o el alto costo del
mismo pueden influir de manera decisiva en la factibilidad de ciertos
procesos, tales como los sistemas lagunares o sistemas naturales
construidos. En sentido inverso, un terreno barato, disponible y de buena
calidad para realizar movimiento de tierra, favorecerá este tipo de procesos.
En el caso de los sistemas extensivos, el tipo de terreno es importante, pues
áreas con topografía irregular o bien rocosas, los desfavorece.
Según Rodríguez y otros (2015), el requerimiento de área es el espacio
físico para instalar la planta de tratamiento de aguas residuales municipales y
necesidades posteriores de expansión. Dada la simplitud del concepto de
Noyola y otros (2013) se asume las consideraciones teóricas de este autor.
Elemento de análisis: Requerimiento de personal De acuerdo a Noyola y otros (2013), el requerimiento de personal es un
aspecto que está directamente relacionado tanto con el tamaño de la planta
de tratamiento como con la complejidad de la operación. Mientras los
procesos sean más sencillos en la operación son frecuentemente mejores,
particularmente en plantas pequeñas y medianas, ya que en esos casos no
es necesario contar con personal calificado.
Según Romero J (2008) plantea que los procesos sencillos requieren
menos personal, menor adiestramiento profesional y, por tanto, son más
ventajosos. La disponibilidad de personal técnico altamente calificado y de
72
suficientes recursos económicos es prerrequisito para la adopción de diseños
con equipos mecánicos complejos, consumos permanentes de energía y
niveles de control y automatización altos, es decir el personal calificado es el
encargado del manejo y operación de la planta de tratamiento.
De igual manera Rodríguez y otros (2015) opinan que el requerimiento de
personal calificado es el personal con capacidad técnica y alto nivel
tecnológico para la operación, mantenimiento y reparación de los procesos y
operaciones unitarias de tratamiento de aguas residuales.
Se considera como más acertadas para esta investigación los conceptos
aportados por Noyola y otros (2013) y Romero, J (2008) ya que ambos
aportan información puntual en cuanto a las diversas condiciones que
definen el requerimiento de personal como lo son la complejidad o sencillez
del proceso, el tamaño de la planta, la automatización entre otros, que
definen las habilidades del personal requerido.
2.3 ASPECTOS TECNOLÓGICOS. De acuerdo a Alfonso (2002) los aspectos tecnológicos son aquellos que
permiten evaluar una alternativa tecnológica tanto a nivel de mercado como
en el interior de las empresas, midiendo el riesgo tecnológico a través de
indicadores como madurez tecnológica, dominio de la tecnología, análisis de
brecha, impacto y posicionamiento tecnológico.
Por otro lado Tapias (2000) comenta que para la elección de una
tecnología se evalúan una serie de características dentro de un proceso de
selección en un conjunto de tecnologías disponibles en el mercado,
considerando condiciones económicas y de país que requiere la tecnología
del sistema tecnológico que se dispone, la capacidad que se tenga en
ciencia y tecnología, de la naturaleza en la toma de decisión (empresa
73
multifuncional, firma nacional, gubernamental, empresa familiar), de las
limitaciones que se tenga en la toma de decisión (no todos tienen la misma
capacidad, disponibilidad y acceso a los recursos) y de los objetivos que se
buscan en la adopción de la tecnología
En el mismo orden de ideas Pérez (2007), expresa que es la
caracterización de las tecnologías, siendo un impacto competitivo (base,
clave, emergente) y estado de madurez (embrionaria, en crecimiento,
madura), tomando en cuenta el grado de dominio y control de las tecnologías
que tiene la organización, y la sostenibilidad de la posición tecnológica actual
y evaluación del esfuerzo tecnológico requerido para pasar de la posición
actual a la deseable en el futuro.
Tapias (2000) define los aspectos tecnológicos como la evaluación de una
serie de características dentro de un proceso de selección en un conjunto de
tecnologías considerando aspectos económicos y de país, capacidad que se
tenga en ciencia y tecnología entre otros, por otro lado, Alfonso (2002) define
los aspectos tecnológicos como aquellos que permiten evaluar una
tecnología midiendo el riesgo tecnológico a través de indicadores
importantes como la madurez tecnológica, dominio de la tecnología, análisis
de brechas dentro y fuera de una empresa, por esta razón este concepto se
considera como apropiado para esta investigación.
2.3.1 MADUREZ DE LA TECNOLOGÍA Según Alfonso y otros (2002) la madurez y dominio de una tecnología
tienen un comportamiento similar al de una curva “S” de esfuerzo requerido
vs Tiempo. La madurez tecnológica se refiere al grado de disponibilidad de
una tecnología. Esta se puede dividir en tres etapas: embrionaria,
74
comercialmente disponible y comercialmente madura. En la figura 7 se puede
observar un ejemplo de análisis de madurez tecnológica:
Figura 7. Curva de madurez tecnológica
Fuente: Alfonso y otros (2002)
La madurez de la tecnología se determina a través de los casos tipo
benchmarking internacionales que son obtenidos de los juicios de expertos,
la porción inicial de la curva representa el estado embrionario de la
tecnología. La madurez tecnológica en su porción inicial representa la etapa
embrionaria de la tecnología; caracterizado por una alta incertidumbre en
cuanto a desempeño y condiciones de utilización, avances rápidos y
esfuerzos de innovación, son tecnologías en desarrollo, las pruebas se
realizan a nivel de centros de investigación y desarrollo.
De acuerdo a Tapias (2000) la tecnología posee un ciclo de existencia
análogo al de los seres biológicamente constituidos, asociándose por
consiguiente a las siguientes etapas: gestación, nacimiento, desarrollo,
muerte u obsolescencia.
75
En el mismo orden de ideas Urdaneta (2004) afirma que la compresión de
la madurez tecnológica es importante por varias razones, estas son: (a) El
tipo de avance realizado en una tecnología tiende a cambiar a medida que
esta va madurando y se continúa trabajando enfocándose en los objetivos
establecidos en etapas tempranas, y que progresivamente se hicieron menos
productivos. (b) Los cambios en la naturaleza del proceso tecnológico
representan una señal de que la tecnología está madurando, y por tanto se
hacen vulnerable al ataque de una nueva tecnología. (c) La madurez de una
tecnología debe acompañarse de un cambio en la naturaleza del enfoque
gerencial y en las estrategias de negocios de la organización.
Para la presente investigación se considera como más acertada la opinión
de Alfonso y otros (2002) debido a que define la madurez de la tecnología en
tres etapas: embrionaria, comercialmente disponible y comercialmente
madura, las cuales son representadas por medio de una curva S.
2.3.2 DOMINIO DE LA TECNOLOGÍA Según Alfonso y otros (2002) el nivel de dominio de una tecnología trata de
identificar la experiencia del usuario en la aplicación de una tecnología, es decir,
el grado de utilización tal que dé como resultado una mayor productividad. El
nivel de dominio se puede dividir en tres etapas: incipiente, uso masivo y
dominio, la ubicación de estos puntos viene dada por juicios de especialistas en
las tecnologías en evaluación, como se muestra en la figura 8.
En la porción inicial de la curva se encuentra la etapa incipiente, la cual se
refiere al inicio de cierre de brechas de competencia cuando se está
implementando/adoptando una nueva tecnología. La porción media
representa la etapa de uso masivo y se refiere al estado donde las brechas
76
de competencia están cerradas y la tecnología se está masificando. La última
etapa del dominio de una tecnología es la de dominio de la misma
Figura 8. Dominio de la tecnología.
Fuente: Alfonso y otros (2002)
Es en esta etapa donde el usuario tiene experiencia en el uso de la
tecnología y la ha innovado hasta su punto máximo obteniendo mejores
prácticas y beneficios en el uso de la misma. De acuerdo Foster (1996) en
esta etapa el usuario no posee los conocimientos necesarios para adoptar
una tecnología debido a las fallas o errores en los que incurre al usarla, lo
cual se traduce en un mayor riesgo e incertidumbre, por lo que se
recomienda realizar pruebas pilotos para obtener los conocimientos
técnicos necesarios.
Por otro lado, Jasso (1999) sugiere que la madurez tecnológica debe
asociarse con los resultados del mercado y con la posición productiva y
tecnológica lo cual tiene cada producto en una industria dada. La posición
77
productiva y tecnológica implica un nivel tecnológico el cual puede
identificarse como innovador cuando hay un importante desempeño
tecnológico, o maduro cuando sucede lo contrario. Se asocia con el nivel
de dinamismo tecnológico, reflejado en el tipo de producto innovador o
maduro y el tipo de mercado dinámico o estancado.
Jasso (1999) considera que la madurez de una tecnología se debe a
los niveles de producción de un producto en el mercado y el tipo de
producto bien sea innovador o maduro y el tipo de mercado dinámico o
estancado, mientras que Foster (1996) afirma que el usuario no está apto
para adoptar una nueva tecnología.
Por otro lado, Alfonso y otros (2002) describe la madurez como el
comportamiento de la curva S de esfuerzo vs tiempo, donde define la
curva S en tres secciones como madurez embrionaria, comercialmente
disponible y comercialmente madura. Cada una de estas etapas define el
grado en que pueden estar desarrolladas las tecnologías en el mercado,
por tanto, hace de este concepto como el más apropiado para esta
investigación.
2.3.3 ANÁLISIS DE BRECHAS
Goodstein, Notan y Pfeiffer (2001), señalan que el análisis de brecha
constituye una evaluación de la realidad, es decir, una comparación entre
la tecnología y/o competencias que poseen con respecto a aquellas
tecnologías emergentes en el mercado. Además, dicho análisis exige el
desarrollo de estrategias específicas para cerrar cada brecha identificada.
Estas se pueden estudiar de diferentes grados, los cuales son: Baja, baja
media, media, media alta y alta.
78
En la figura 9, se muestra un ejemplo de una gráfica de análisis de
brecha donde compiten 5 tecnologías diferentes Del mismo modo se ven
definidas las categorías ALTA: como el valor máximo de tecnologías.
Media Alta: como una brecha, pero no tan alta como la alta, la Mediana
como aquella brecha no tan distante pero se encuentra en medio camino.
Media baja una brecha baja, pero en su valor mínimo de brecha entre
tecnologías
Figura 9. Análisis de brechas tecnológicas. Fuente: Goodstein, Notan y Pfeiffer (2001)
Para Alfonso y otros (2002), el análisis de brechas permite determinar
posibles debilidades y/o oportunidades asociadas a tecnologías en
desarrollo. Dicho análisis permite tomar decisiones estratégicas para el
posicionamiento definitivo. La matriz consta de tres áreas: Las dos áreas
sombreadas ubicadas en el extremo superior derecho, son donde existe
mayor riesgo de pérdida de competitividad y al mismo tiempo alerta de
79
posicionamiento futuro oportuno. El área no sombreada representa la zona
de bajo riesgo y en donde las acciones de posicionamiento pueden tomarse
con mayor tiempo, como se muestra en la figura 10:
Figura 10. Análisis de brechas. Fuente: Alfonzo y otros (2002).
Por otro lado, Jasso (1999) cita que la detección de brechas
tecnológicas consiste en determinar la diferencia entre la tecnología en
uso por parte de una empresa, con respecto a tecnologías emergentes o
de punta comercialmente probada.
La definición de Goodstein, Notan, Pfeiffer (2001) establece una
definición apropiada de análisis de brechas pues señala como están
constituidas y la comparación entre la tecnología y/o competencias,
mientras Jasso (1999) cita en qué consiste pero no en cómo se utiliza
pero tomando en cuenta dichos requerimientos se puede definir como el
análisis realizado para comparar las tecnologías actuales vs las
tecnologías emergentes conseguidas en el mercado, por lo tanto se
considera como más acertada la definición de Alfonzo y otros (2002), ya
que define el análisis de brechas como las debilidades y/o oportunidades
80
del posicionamiento de una tecnología en desarrollo. mediante la matriz
de análisis que consta de tres áreas una de mayor riesgo de pérdida y
competitividad, una de media y una de baja respectivamente.
2.3.4 ANÁLISIS DE IMPACTO
El análisis de impacto tecnológico, sirve como herramienta para
establecer los criterios que se deben considerar en el momento de tomar
decisiones en cuanto a la adopción de una tecnología que se esté
evaluando, su potencialidad de adopción y su creación de valor. Para Alfonso
y otros (2002), la matriz de impacto es una herramienta de apoyo a la toma
de decisiones, asociadas a la materialización de una oportunidad de negocio,
y consiste en la determinación de la importancia (I), urgencia (U), riesgo (R),
y creación de valor (V) que implica la adopción de una tecnología.
Estos parámetros se definen a través de los perfiles bajo (B), bajo
medio (BM), medio (M), medio alto (MA) y alto (A), las cuales son
determinados a través de juicios de los expertos, como se indica en la figura
11. Importancia: está atada a las estrategias corporativas del mediano y largo
plazo. Urgencia: es un indicador para la vialidad futura de la empresa (una
pregunta clave para tener idea de la urgencia es, ¿Qué ocurriría en la
empresa de no incorporarse la tecnología?). Riesgo: está directamente
asociado a la madurez y el dominio de la tecnología, es decir, mientras
mayor sea su madurez y más información se tenga de la misma, menos
riesgosa será su implantación.
Creación de valor: está asociado al tamaño de la oportunidad expresada
en reservas a producir rentabilidad económica. Si se tiene la función de
masificar la tecnología se debe determinar el grado de madurez de la misma,
y de esta forma cuantificar el riesgo de su masificación, dado que a menos
grado de madurez existe mayor riesgo al momento. Cuando la tecnología se
encuentra en estado embrionario, se debe invertir en un proyecto piloto para
81
comparar incertidumbre, si se alcanza el estado comercial se procede a
transferir los conocimientos adquiridos anteriormente en el proyecto piloto, y
una vez alcanzada la madurez de la tecnología se masifica la misma se
materializa la creación de valor adicional.
Figura 11. Impacto tecnológico. Fuente: Alfonso y otros (2002)
De la misma manera, Diaquiz (2000) define matriz de riesgo como la
herramienta con la cual se logra un análisis de variables en forma
interrelacionada y no aislada, conformando un sistema entre sí, lo que
posibilita determinar los niveles de impacto y dependencia construidos por
interacción de cada una de las variables
Para elaborar la matriz se debe tener en cuenta los siguientes elementos:
Contar con expertos: personas funcionarios que conformen equipos
multidisciplinarios para lograr conformar el listado de variables.
Actores: aquellas personas que toman decisiones.
Modelos matemáticos: matricial simple.
En este mismo orden de ideas, Santos (2012), define matriz de riesgo
como una herramienta ejecutada para evaluar la eficacia de la acción. No
sobre si cubren o no los objetivos, sino que evalúa si está bien planteada.
82
Esta matriz de impacto es necesaria porque realiza e indica lo siguiente:
Normalmente siempre que se realiza una acción se parte de intuiciones o
cuestiones las cuales se piensan vienen bien al proceso.
Facilita los esfuerzos, a que se complementan las acciones y se concentran
Obliga a evaluar de manera objetiva
Mejorar el impacto con menos esfuerzo. Es decir, conseguir más con menos,
o por lo menos lo mismo
Entender que cada acción tiene un fin claro
Tener un imaginario común y compartido sobre los problemas y acciones
Tener una herramienta que sirve para evaluar las acciones antes y después
Para esta investigación se considera como más apropiada la opinión de
Alfonso y otros (2002) ya que consideran que es una herramienta para la
toma de decisiones en cuanto a la adopción de una tecnología, determinando
la importancia, urgencia, riesgo y creación de valor que son definidos por
medio de parámetros mientras que Diaquiz (2000) lo define como una
herramienta con lo cual se logra un análisis de variables pero no define
cuales son estas variables, de igual modo Santos (2012) define la
importancia de la matriz de impacto pero no como utilizarla.
2.4 ASPECTOS LEGALES.
De acuerdo a Baca (2013) en toda nación existe una constitución o su
equivalente que rige los actos tanto del gobierno en el poder como de las
instituciones y los individuos, a las cuales le siguen una serie de códigos de
la índole fiscal, sanitario, civil y penal; finalmente, existe una serie de
reglamentaciones de carácter local o regional, casi siempre sobre los mismos
aspectos. Tanto la constitución como una gran parte de los códigos y
reglamentos locales, regionales y nacionales, repercuten de alguna manera
83
sobre un proyecto y, por lo tanto, deben tomarse en cuenta, ya que toda
actividad empresarial y lucrativa se encuentra incorporada a determinado
marco jurídico.
Un proyecto, por muy rentable que sea, antes de ponerse en marcha debe
incorporarse y acatar las disposiciones jurídicas vigentes. Desde la primera
actividad al poner en marcha un proyecto, que es la constitución legal de la
empresa, la ley dicta los tipos de sociedad permitidos, su funcionamiento, sus
restricciones, dentro de las cuales la más importante es la forma y el monto
de participación extranjera en la empresa. Por esto, la primera decisión
jurídica que se adopta es el tipo de sociedad que operara la empresa y la
forma de su administración y, en segundo lugar, determinara la forma de
participación extranjera en caso de que existiera.
Según Sapag y Sapag (2014) el estudio de factibilidad de un proyecto de
inversión debe asignar especial importancia al análisis y conocimiento del
cuerpo normativo que regirá la acción del proyecto, tanto en su etapa de
origen como en su implementación y ulterior puesta en marcha. Ningún
proyecto, por muy rentable que sea, podrá llevarse a cabo si no se encuadra
en el marco legal de referencia en el que se encuentran incorporadas las
disposiciones particulares que establecen lo que legalmente está aceptado
por la sociedad; es decir, lo que se manda, prohíbe o permite a su respecto
específico.
Sólo un análisis acabado del marco legal particular de cada proyecto que
se evalúa posibilitará calificarlo correctamente para lograr, en su formulación,
la optimación de los resultados de una inversión. Al implementarse el
proyecto, además de insertarse como una organización social y económica
más del país, se constituye en un ente jurídico en el que se entrelazan
contactos laborales, comerciales y otros que, al concurrir simultánea y
sucesivamente, generan las relaciones económicas que producen las
pérdidas y utilidades de un negocio. De ahí que en la empresa y en todo
84
proyecto se observe un amplio universo legal de derechos y obligaciones
provenientes tanto de la ley como de los contratos que suscriban.
El conocimiento de la legislación aplicable a la actividad económica y
comercial resulta fundamental para la preparación eficaz de los proyectos, no
sólo por las inferencias económicas que pueden derivarse del análisis jurídico,
sino también por la necesidad de conocer las disposiciones legales para
incorporar los elementos administrativos, con sus correspondientes costos, y
para que posibiliten que el desarrollo del proyecto se desenvuelva fluida y
oportunamente.
Para la presenta investigación se considera como más acertada el
concepto aportado por Baca (2013) el cual establece que un proyecto desde
su comienzo debe acatar leyes, normas y reglamentos establecidos para
poder llevarse a cabo cada actividad a realizar y estar al margen con el
cumplimiento de la legislación, además de establecer los tipos de
sociedades, permisos y restricciones que deben ser considerados.
2.4.1 CONSTITUCIÓN.
La constitución es el texto que expone una serie de leyes orgánicas y
reglamentos para la conducción del país que regula el funcionamiento social.
A continuación, se expone el siguiente artículo de pertinencia para el
presente estudio:
Artículo 129. Todas las actividades susceptibles de generar daños a los
ecosistemas deben ser previamente acompañadas de estudios de impacto
ambiental y sociocultural. El Estado impedirá la entrada al país de desechos
tóxicos y peligrosos, así como la fabricación y uso de armas nucleares,
químicas y biológicas. Una ley especial regulará el uso, manejo, transporte y
almacenamiento de las sustancias tóxicas y peligrosas.
85
En los contratos que la República celebre con personas naturales o
jurídicas, nacionales o extranjeras, o en los permisos que se otorguen, que
afecten los recursos naturales, se considerará incluida aun cuando no
estuviere expresa, la obligación de conservar el equilibrio ecológico, de
permitir el acceso a la tecnología y la transferencia de la misma en
condiciones mutuamente convenidas y de restablecer el ambiente a su
estado natural si éste resultare alterado, en los términos que fije la ley.
2.4.2 LEY ORGÁNICA DEL AMBIENTE:
Tiene por objeto establecer las disposiciones y desarrollar los principios
rectores para la gestión del ambiente en el marco del desarrollo sustentable
como derecho y deber fundamental del Estado y de la sociedad, para
contribuir a la seguridad del Estado y al logro del máximo bienestar de la
población y al sostenimiento del planeta en interés de la humanidad. De igual
forma establece las normas que desarrollan las garantías y derechos
constitucionales a un ambiente seguro, sano y ecológicamente equilibrado.
Gaceta Oficial de la República de Bolivariana de Venezuela Extraordinaria
No. 5.833 del 22 de diciembre de 2006.
Se expone los componentes del presente artículo que tienen una mayor
aplicabilidad con el objetivo de este estudio Artículo 10. 6. Prevenir, regular y controlar las actividades capaces de
degradar el ambiente, 7. Reducir o eliminar las fuentes de contaminación que
sean o puedan ocasionar perjuicio a los seres vivos, 8. Asegurar la
conservación un ambiente sano, seguro y ecológicamente equilibrado, 9.
Estimular la creación de mecanismos que promuevan y fomenten la
investigación y la generación de información básica, 11. Promover la
adopción de estudios e incentivos económicos y fiscales, en función de la
86
utilización de tecnologías limpias y la reducción de parámetros de
contaminación, así como la reutilización de elementos residuales
provenientes de procesos productivos y el aprovechamiento integral de los
recursos naturales
Artículo 57. Para la conservación de la calidad del agua se tomarán en
consideración los siguientes aspectos: 1. La clasificación de las aguas
atendiendo a las características requeridas para los diferentes usos a que
deba destinarse, 2. Las actividades capaces de degradar las fuentes de
aguas naturales, los recorridos de éstas y su represamiento. 3. La
reutilización de las aguas residuales previo tratamiento, 4. El tratamiento de
las aguas. 5. La protección integral de las cuencas hidrográficas, 6. El
seguimiento continuo y de largo plazo de la calidad de los cuerpos de agua,
7. El seguimiento continuo de los usos de la tierra y sus impactos sobre las
principales cuencas hidrográficas, que abastecen de agua a las poblaciones
humanas y los sistemas de riego de las áreas agrícolas.
2.4.3 LEY PENAL DEL AMBIENTE
Tiene por objeto tipificar como delitos los hechos atentatorios contra los
recursos naturales y el ambiente e imponer las sanciones penales.
Asimismo, determinar las medidas precautelativas de restitución y de
reparación a que haya lugar y las disposiciones de carácter procesal
derivadas de la especificidad de los asuntos ambientales. Gaceta Oficial de
la República Bolivariana de Venezuela No. 39.913 Extraordinario del 02 de
mayo de 2012.
Artículo 84. Vertido de materiales degradantes en cuerpos de agua. El
que vierta o arroje materiales no biodegradables, sustancias, agentes
biológicos o bioquímicos, efluentes o aguas residuales no tratadas según
87
las disposiciones técnicas dictadas por el Ejecutivo Nacional, objetos o
desechos de cualquier naturaleza en los cuerpos de las aguas, sus riberas,
cauces, cuencas, mantos acuíferos, lagos, lagunas o demás depósitos de
agua, incluyendo los sistemas de abastecimiento de aguas, capaces de
degradarlas, envenenarlas o contaminarlas, será sancionado con prisión de
uno a dos años o multa de 1.000 unidades tributarias a 2.000 unidades
tributarias.
2.4.4 LEY DE AGUAS
Tiene por objeto establecer las disposiciones que rigen la gestión integral
de las aguas como elemento indispensable para la vida el bienestar humano
y el desarrollo sustentable del país y es de carácter estratégico e interés de
Estado. Gaceta Oficial de la República Bolivariana de Venezuela Nº 38.595
de fecha 02 de enero de 2007.Se expone los componentes del presente
artículo que tienen una mayor aplicabilidad con el objetivo de este estudio
Artículo 10. La conservación y aprovechamiento sustentable de las aguas
tiene por objeto, garantizar su protección, uso y recuperación, respetando el
ciclo hidrológico de conformidad con lo establecido en la Constitución de la
República Bolivariana de Venezuela, en esta Ley y en las demás normas que
las desarrollen. Artículo 13. Los generadores de efluentes líquidos deben adoptar las
medidas necesarias para minimizar la cantidad y mejorar la calidad de sus
descargas, de conformidad con las disposiciones establecidas de esta Ley y
demás normativas que la desarrolle
2.4.4 DECRETO 883.
88
Decreto No. 883 de fecha 11-10-95, por el cual se dictan las Normas para
la Clasificación y el Control de la Calidad de los Cuerpos de Agua y Vertidos
o Efluentes Líquidos. Gaceta Oficial de la República de Venezuela No. 5.021
Extraordinario del 18 de diciembre de 1.995.
Artículo 10. En este decreto se establecen los rangos y límites máximos
de calidad de vertidos líquidos para ser descargados, en forma directa o
indirecta, a ríos, estuarios, lagos y embalses.
Tabla 10. Rangos y límites máximos de la calidad de vertidos líquidos.
Parámetros Físico-químicos Límites máximos o rangos Aceites minerales e hidrocarburos 20 mg/l Aceites y grasas vegetales y animales 20 mg/l Alkil mercurio No detectable (*) Aldehidos 2,0 mg/l Aluminio total 5,0 mg/l Arsénico total 0,5 mg/l Bario total 5,0 mg/l Boro 5,0 mg/l Cadmio total 0,2 mg/l Cianuro total 0,2 mg/l Cloruros 1000 mg/l Cobre total 1,0 mg/l Cobalto total 0,5 mg/l Color real 500 unidades de Pt-Co Cromo total 2,0 mg/l Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5,20) 60 mg/l Demanda Química de Oxígeno (DQO) 350 mg/l Detergentes 2,0 mg/l Dispersantes 2,0 mg/l Espuma Ausente Estaño 5,0 mg/l Fenoles 0,5 mg/l Fluoruros 5,0 mg/l Fósforo total (expresado como fósforo) 10,0 mg/l Hierro total 10 mg/l Manganeso total 2,0 mg/l Mercurio total 0,01 mg/l Nitrógeno total (expresado como nitrógeno) 40 mg/l Nitritos + nitratos (expresado como nitrógeno) 10 mg/l PH 6 – 9 Plata total 0,1 mg/l Plomo total 0,5 mg/l Selenio 0,05 mg/l Sólidos flotantes Ausentes Sólidos suspendidos 80 mg/l Sólidos sedimentables 1,0 ml/l Sulfatos 1.000 mg/l Sulfitos 2,0 mg/l Sulfuros 0,5 mg/l Zinc 5,0 mg/l
Biocidas Organoclorados 0,05 mg/l Organofosforados y Carbamatos 0,25 mg/l
Radiactividad
Actividad α 0,1 Bq/l. Actividad β 1,0 Bq/l.
89
Fuente: Decreto 883
Parámetros Biológicos: Número más probable de organismos coliformes
totales no mayor de 1.000 por cada 100 ml, en el 90 por ciento de una serie
de muestras consecutivas y en ningún caso será superior a 5.000 por cada
100 ml.
Parágrafo Primero: En ríos la variación de la temperatura media de una
sección fluvial en la zona de mezcla, comparada con otras aguas arriba de la
descarga del vertido líquido, no superará los 3ºC. En lagos y embalses la
diferencia en temperatura del vertido con respecto al cuerpo de agua
receptor no superará los 3ºC.
2.5 ASPECTOS ECONÓMICOS
La consideración de los aspectos económicos, es la etapa en la que se
analizan las condiciones externas del proyecto, así como los estados
financieros proyectados, entre otros aspectos, a través de los índices
financieros. En ese contexto, examinar los aspectos económicos consiste
básicamente en la elaboración de los respectivos análisis para medir la
rentabilidad del proyecto, tanto de los valores proyectados contablemente
como de los descontados. Según Medina y Correa (2009), los indicadores
económicos son herramientas para clasificar y definir, de forma más precisa,
objetivos e impactos. Son medidas verificables de cambio o resultado,
diseñadas para contar con un estándar con el cual podemos evaluar, estimar
o demostrar el progreso con respecto a metas establecidas, alcanzando
objetivos.
90
Otros autores como Jiménez, Espinoza y Fonseca (2007) definen los
indicadores económicos también como herramientas que indican de manera
concisa los impactos de cualquier proyecto, implicando en este concepto los
objetivos y riesgos en la vialidad del mismo. Melo (2009) indica que los
aspectos económicos se basan en analizar los datos económicos que se
requieren para poder delimitar una actividad empresarial, al igual que se trata
de analizar y evaluar la viabilidad de un proyecto, aplicando el modelo de
cálculo de costos más adecuado al tipo de instalación propuesta, empleando
técnicas de evaluación de inversiones, métodos matemáticos y estadísticos.
La evaluación económica se efectúa para demostrar si el proyecto es o no
rentable y que la productividad económica del empleo de los factores
utilizados se considere satisfactoria, según los criterios económicos de la
organización o según los criterios de política económica o social adoptadas
por las autoridades que lo aprobaron.
Para esta investigación se toma se toma el concepto de Melo (2009)
como la más acertada y que precisa que los aspectos económicos se
analizan y evalúan la viabilidad de un proyecto con la aplicación de modelos
de cálculos y costos además de demostrar la rentabilidad de un proyecto,
mientras que los conceptos de Jiménez, Espinoza y Fonseca (2007) no
profundiza los aspectos económicos solo los define como un herramienta
que indican los impactos de cualquier proyecto y el concepto de Medina y
Correa (2009) las definen como medidas verificables para evaluar, estimar o
demostrar el progreso con respecto a metas establecidas sin establecer un
claramente estas medidas.
2.5.1 INDICADORES SOCIOECONÓMICOS
91
Según Medina y Correa (2009), los indicadores económicos son
herramientas para clasificar y definir, de forma más precisa, objetivos e
impactos. Son medidas verificables de cambio o resultado, diseñadas para
contar con estándar con el cual podemos evaluar, estimar o demostrar el
progreso con respecto a metas establecidas, alcanzando con objetivos.
Otros autores como Jiménez, Espinoza y Fonseca (2007) definen los
indicadores económicos también como herramientas que indican de manera
concisa los impactos económicos de cualquier proyecto, implicando en este
concepto los objetivos y riesgos en la vialidad del mismo.
2.5.1.1 VALOR PRESENTE NETO (VPN) De acuerdo a Baca (2013) el valor presente neto es sumar los flujos
descontados en el presente y restar la inversión inicial equivale a comparar
todas las ganancias esperadas contra todos los desembolsos necesarios
para producir esas ganancias, en términos de su valor equivalente en este
momento o tiempo cero. Para aceptar un proyecto las ganancias deberán ser
mayores que los desembolsos, lo cual dará por resultado que el VPN sea
mayor que cero. Para calcular el VPN se utiliza el costo de capital o TMAR.
Si la tasa de descuento o costo de capital, TMAR, aplicada en el cálculo del
VPN fuera la tasa inflacionaria promedio pronosticada para los próximos
cinco años, las ganancias de la empresa sólo servirían para mantener el
valor adquisitivo real que tenía el dinero en el año cero, siempre y cuando se
reinvirtieran todas las ganancias.
Con un VPN = 0 no se aumenta el patrimonio de la empresa durante el
horizonte de planeación estudiado, si el costo de capital o TMAR es igual al
promedio de la inflación en ese periodo. Pero, aunque VPN = 0, habrá un
aumento en el patrimonio de la empresa si la TMAR aplicada para calcularlo
es superior a la tasa inflacionaria promedio de ese periodo. Por otro lado, si
el resultado es VPN > 0, sin importar cuánto supere a cero ese valor, esto
92
sólo implica una ganancia extra después de ganar la TMAR aplicada a lo
largo del periodo considerado. Esto explica la gran importancia que tiene
seleccionar una TMAR adecuada. La ecuación para calcular el VPN para el
periodo de cinco años es:
Como se observa en la fórmula 5.4, el valor del VPN es inversamente
proporcional al valor de la i aplicada, de modo que como la i aplicada es la
TMAR, en caso de que se pida un gran rendimiento a la inversión (es decir, si
la tasa mínima aceptable es muy alta), el VPN fácilmente se vuelve negativo,
y en ese caso se rechazaría el proyecto. La relación entre el VPN y la i
puede representarse gráficamente como se muestra en la figura 12:
Figura 12. Grafica de VPN vs i.
Fuente: Baca (2013)
Como conclusiones generales acerca del uso del VPN como método de
análisis es posible enunciar lo siguiente:
93
Se interpreta fácilmente su resultado en términos monetarios.
Supone una reinversión total de todas las ganancias anuales, lo cual no
sucede en la mayoría de las empresas.
Su valor depende exclusivamente de la i aplicada. Como esta i es la TMAR,
su valor lo determina el evaluador.
Los criterios de evaluación son: si VPN ≥ 0, acepte la inversión; si VPN < 0,
rechácela.
Según Alvarado y otros (2013) el valor actual expresa la rentabilidad de un
proyecto de inversión en forma de una cantidad de dinero en el presente
(t=0), que es equivalente a los flujos monetarios netos del proyecto a una
determinada tasa mínima de rendimiento. En otras palabras, el valor actual
representa el beneficio o perdida equivalente en el punto cero de la escala de
tiempo. El valor actual se calcula actualizando todos los flujos monetarios
netos del proyecto, por lo que:
VA(i) = ∑ 푭풕(ퟏ + 풊) 풕풏풕 ퟎ y VA(i) = ∑ 푭풕( 푷
푺풊,풕)풏
풕 ퟎ
En virtud de que el valor actual de un proyecto es función de los flujos
monetarios netos y, a la vez, estos últimos dependen de los costos e
ingresos asociados, entonces:
VA(i) >0, VA=0, VA<0, lo que quiere decir lo siguiente:
VA(i) >0 los ingresos del proyecto superan los costos, incluyendo la tasa
mínima de rendimiento, en una cantidad de dinero equivalente a la magnitud
del valor actual en este caso, el proyecto genera un beneficio superior al
mínimo exigido.
94
VA (i)=0 los ingresos y los costos del proyecto, incluyendo la tasa mínima
de rendimiento son iguales, por lo que, el proyecto genera un beneficio igual
al mínimo exigido.
VA(i)<0 los costos del proyecto, incluyendo la tasa mínima de rendimiento
son superiores a los ingresos en una cantidad de dinero equivalente a la
magnitud del valor actual. En este caso, el proyecto reporta una perdida, es
decir, no se logran cubrir todos los costos a ese valor de la tasa mínima de
rendimiento.
Este significado da un resultado de valor actual implica que un proyecto de
inversión es rentable si:
VA(i)=≥0
Esto quiere decir que para que un proyecto sea rentable los ingresos
generados deben ser lo suficientemente grandes para recuperar todos los
costos y el rendimiento mínimo exigido. Si el rendimiento mínimo exigido (i
min) cambia, entonces cambia también el valor actual del proyecto y, en
términos generales, un aumento de la imin produce disminuciones del valor
actual y viceversa.
Por su parte Córdova, M (2011), el Valor Presente Neto es un
procedimiento que permite calcular el valor presente de un determinado
número de flujo de cajas futuros originados por una inversión. También se
conoce como el valor actual neto (VAN), refiriéndose como la diferencia entre
los ingresos y egresos (incluida como egreso la inversión) a valores
actualizados o la diferencia entre los ingresos netos y la inversión inicial. En
otras palabras, el valor presente neto es simplemente la suma actualizada al
presente de todos los beneficios, costos e inversiones del proyecto.
Mide la rentabilidad del proyecto en valores monetarios que exceden a la
rentabilidad deseada después de recuperar toda la inversión. Para ello,
calcula el valor actual de todos los flujos futuros de caja proyectados a partir
95
del primer periodo de operación y le resta la inversión total expresada en el
momento cero.
푉퐴푁 =퐹푁
(1 + 푖) + Io
Donde:
Fn: flujo de beneficios (o costos) netos para el periodo t
i: la tasa de descuento pertinente
t=horizonte del proyecto
I0= inversión inicial (las inversiones que se realizan en un periodo de tiempo t
están incluidas)
n=vida útil del proyecto.
Ft: éste es un término que resta, pues representa una salida de recursos
Cuadro 10. Interpretación del valor de VPN Valor Significado Decisión a tomar
VAN>0 La inversión producirá
ganancias por encima de la
rentabilidad exigida (r)
El proyecto puede aceptarse
VAN<0 La inversión producirá
ganancias por debajo de la
rentabilidad exigida (r)
El proyecto debería rechazarse
VAN=0 La inversión no producirá ni
ganancias ni perdidas
Dado que el proyecto no agrega valor
monetario por encima de la rentabilidad exigida
(r), la decisión debería basarse en otros
criterios, como la obtención de un
mejor posicionamiento en el mercado u otros
factores
Fuente: Córdova (2011)
96
Los autores citados anteriormente Baca (2013), Córdova (2011) y
Alvarado y otros, coinciden en referencia a la definición de valor presente
neto en que consiste en los flujos de caja generados por la inversión sean
llevados al presente para determinar la rentabilidad del proyecto a una tasa
mínima de rendimiento que se determina cuando el VPN obtenido es mayor
que cero y se recomienda aceptar el proyecto, por tanto, para esta
investigación la definición de Alvarado y otros (2013), se ajusta de manera
más acertada en la determinación del valor presente neto o valor actual,
debido a la claridad con que se define de la rentabilidad de un proyecto.
2.5.1.2 RAZÓN COSTO-BENEFICIO
De acuerdo a Baca (2013) este método consiste en dividir todos los costos
del proyecto sobre todos los beneficios económicos que se van a obtener,
donde todos los costos como beneficios deberán estar expresados en valor
presente. No se trata entonces de sumar algebraicamente todos los costos,
por un lado, y beneficios del proyecto por otro lado, sin considerar el cambio
del valor del dinero a través del tiempo.
Este método es utilizado en proyectos sociales con apoyo gubernamental,
cuando no es necesario que las inversiones del gobierno sean
económicamente rentables, de ahí el nombre de costo-beneficio; para
aceptar un proyecto de inversión, el cociente debería tener un valor de uno,
lo cual indica que no es necesaria la rentabilidad económica de la inversión,
simplemente es necesario que se recuperaren los costos en que se había
incurrido.
Por su parte Alvarado y otros (2013) definen el beneficio costo como un
modelo de evaluación que se usa para medir el atractivo económico de un
proyecto de utilidad pública y, por definición expresa la relación entre el
beneficio percibido por los usuarios y el costo en que incurre el estado al
realizar el proyecto, es decir:
97
RB-C = Beneficio para los usuarios Costos para el estado
Donde el beneficio para los usuarios está representado por la diferencia
entre las ventajas y las desventajas que ellos obtienen del proyecto y el costo
para el estado se calcula por diferencia entre sus costos e ingresos
asociados, la expresión puede escribirse así:
RB-C= (Ventajas -Desventajas) para los usuarios (Costos-Ingresos) para el estado
Tanto el numerador como el denominador se deben calcular en términos
de su valor equivalente, ya sea, a través del valor actual o del equivalente
anual, desde el punto de vista económico, un proyecto público se justifica si:
RB-C≥1
Ya que, al ser iguales los beneficios y los costos equivalentes, se
garantiza la recuperación total por parte de los usuarios, en forma de
beneficio, del gasto en que incurre el estado y es, por tanto, la igualdad en
esa expresión, la que establece la justificación mínima para realizar la
inversión. La limitación, en la utilización de este modelo, radica en las
posibilidades que existan de cuantificar las consecuencias de los proyectos
tanto para los usuarios como para el estado.
La estimación de los flujos monetarios para el estado no representa
mayores inconvenientes, pero lo mismo no se puede decir respecto a la
cuantificación de aquellos flujos monetarios inherentes a los usuarios, ya que
muchos beneficios tales como: recreación, salud, cultura, etc., no se pueden
medir fácilmente en bolívares.
98
Según la Conagua (2016) la evaluación consiste en establecer criterios
para identificar, cuantificar y valorar costos y beneficios durante todo el
horizonte de evaluación, siendo la diferencia entre estos el beneficio neto.
Para comprender los costos y beneficios del proyecto, son los que ocurren si
se hace el proyecto pero que no se producirían si éste no se llevara a cabo;
es decir la diferencia de la situación con proyecto menos la situación sin
proyecto.
Los beneficios de un proyecto para el país estarán dados por el valor de
los bienes y servicios que se dispondrá adicionalmente debido al proyecto.
Por otro lado, para producir estos bienes y servicios deben utilizarse recursos
productivos que ya no estarán disponibles para otros usos; es decir, la
disminución de bienes y servicios para otros usos que pueda darles el país
constituirán los costos del proyecto.
Una forma muy sencilla de comprender los beneficios de un proyecto es
responder a la pregunta: ¿Qué pasa si no se realiza el proyecto?, esta es
una forma en que los operadores y responsables del proyecto logran
enfocar con mayor facilidad la labor de la identificación de los beneficios,
siendo necesario el análisis por parte del evaluador cuáles son realmente
imputables al proyecto y cómo cuantificarlos y valorarlos. Con respecto a
los costos asociados al proyecto, es necesario identificar todas las
inversiones en obra nueva y en costos de operación adicionales para
lograr que esos beneficios lleguen a la población objetivo.
Gran cantidad de proyectos involucran costos y beneficios llamados
intangibles, porque no se les puede asignar un valor monetario. El trato
general que debe dárseles es el de especificar claramente la naturaleza
del beneficio o del costo, discutir detalladamente la intangibilidad aducida
y mencionarlo explícitamente en el estudio del proyecto.
Es conveniente destacar que en ocasiones ciertos intangibles pueden
ser aún más importantes que los beneficios explícitamente valorados, que
a pesar de arrojar una rentabilidad negativa, son recomendables por los
99
beneficios que reportan a la salud humana, la preservación del medio
ambiente o razones de seguridad nacional; lo recomendable en estas
situaciones es hacer del conocimiento de tal condición a los tomadores de
decisiones y no dejar de lado los intangibles, por el solo hecho de no
poder valorarlos
También se da el caso de proyectos con rentabilidad neta positiva que
pueden ser rechazados por costos intangibles significativos
(contaminación, destrucción de reservas ecológicas, entre otros). Por eso,
cuando se tienen efectos intangibles significativos que pueden cambiar el
resultado del estudio socioeconómico, no sólo es importante el criterio del
evaluador, sino de todos los participantes, autoridades responsables y
decisoras del proyecto. Para la presente investigación se considera como
más acertada la definición de costo beneficio aportada por Conagua
(2016) ya que en el presente estudio deberán identificarse todos los
beneficios asociados a la implementación de la alternativa tecnológica
para el tratamiento de aguas residuales.
3. SISTEMA DE CATEGORÍAS DE ANÁLISIS
La conceptualización de las categorías, se refiere a la posición
epistemológica que asume el investigador, para que sean interpretadas las
categorías que analiza, y la operacionalización de las mismas, obedece a la
forma como se analizan estas en términos de sub categorías y los elementos
de análisis que de ellas se desprenden. En la presente investigación se
identificaron las siguientes categorías de análisis, que se encuentran
detalladas en el cuadro: a) Tratamientos de aguas residuales, b) Alternativas
tecnológicas, c) Aspectos tecnológicos, d) Aspectos económicos.
100
3.1 Categoría: Tratamiento de aguas residuales.
Definición conceptual: De acuerdo a Noyola, Morgan y Gûereca (2013)
el propósito principal del tratamiento del agua residual es remover el material
contaminante, orgánico e inorgánico, el cual puede estar en forma de
partículas en suspensión y/o disueltas, con objeto de alcanzar una calidad de
agua requerida por la normativa de descarga o por el tipo de reutilización a la
que se destinará.
El objetivo de depurar un agua residual se logra mediante la integración de
operaciones (físicas) y procesos (químicos y biológicos) unitarios, que serán
seleccionados en función de las características del agua residual a tratar y de
la calidad deseada del agua tratada. Dependiendo de ello, es posible
generar emisiones gaseosas a la atmósfera, la producción de material de
desecho que puede ser un residuo sólido, como la materia retenida en las
rejas o tamices, o semisólido en forma de lodos.
Definición analítica: De acuerdo a esta categoría los tratamientos de
aguas residuales están definidos por la situación actual en industrias
procesadoras de cangrejo las cuales carecen de estos sistemas, y están
establecidos los diversos elementos que hacen necesario la adopción de un
sistema de tratamiento indicados en la subcategoría: características de las
aguas residuales y el estudio de los elementos de análisis respectivos para
las subcategorías son: parámetros fisicoquímicos y biológicos, calidad de
agua, impacto ambiental.
3.2 Categoría: Alternativas tecnológicas.
101
Definición conceptual: Según Alfonzo y otros (2002), la alternativa
tecnológica puede describirse como la actividad organizacional mediante la
cual se define e implanta la tecnología necesaria para lograr los objetivos,
metas del negocio como calidad, efectividad, adición de valor y
competitividad. Definición analítica: para el presente estudio las alternativas tecnológicas
se consideran como todas aquellas tecnologías disponibles en el mercado a
nivel mundial frecuentemente usadas en el tratamiento de aguas residuales
industriales, domésticas y municipales capaces de generar un agua bajo
ciertas especificaciones establecidas o con la calidad de agua deseada bien
sea para dar cumplimiento a normativas ambientales o para reutilizarla. Categoría: Aspectos tecnológicos
Definición conceptual: Alfonso (2002) define los aspectos tecnológicos
como aquellos que permiten evaluar una alternativa tecnológica tanto a nivel
de mercado como en el interior de las empresas, midiendo el riesgo
tecnológico a través de indicadores como madurez tecnológica, dominio de la
tecnología, análisis de brecha, impacto y posicionamiento tecnológico. Definición analítica: Los aspectos tecnológicos son todos aquellos
aspectos que definen o que permiten conocer aspectos relevantes de la
tecnología, determinando la eficiencia con que una alternativa tecnológica
sobresale con respecto a otras existentes. En la presente investigación se
analizarán la madurez, el dominio, análisis de brechas e impacto y sus
respectivos elementos de análisis que permitirán definir cuáles serán las
tecnologías a nivel de mercado más adecuadas para los tratamientos de
agua residuales.
Categoría: Aspectos legales
102
Definición conceptual: Baca (2013) plantea que un proyecto desde su
comienzo debe acatar leyes, normas y reglamentos establecidos para poder
llevarse a cabo cada actividad a realizar y estar al margen con el
cumplimiento de la legislación, además de establecer los tipos de
sociedades, permisos y restricciones que deben ser considerados. Es decir,
tanto la constitución como una gran parte de los códigos y reglamentos
locales, regionales y nacionales, repercuten de alguna manera sobre un
proyecto y, por lo tanto, deben tomarse en cuenta, ya que toda actividad
empresarial y lucrativa se encuentra incorporada a determinado marco
jurídico. Definición analítica: Está referida a las leyes, decretos y normas
establecidos por el estado y de mayor pertinencia para la adopción de un
sistema de tratamiento de aguas residuales.
Categoría: Aspectos económicos.
Definición conceptual: Melo (2009) indica que los aspectos económicos
se basan en analizar los datos económicos que se requieren para poder
delimitar una actividad empresarial, al igual que se trata de analizar y evaluar
la viabilidad de un proyecto, aplicando el modelo de cálculo de costos más
adecuado al tipo de instalación propuesta, empleando técnicas de evaluación
de inversiones, métodos matemáticos y estadísticos. La evaluación
económica se efectúa para demostrar si el proyecto es o no rentable y que la
productividad económica del empleo de los factores utilizados se considere
satisfactoria, según los criterios económicos de la organización o según los
103
criterios de política económica o social adoptadas por las autoridades que lo
aprobaron. Definición analítica: Los aspectos económicos son necesarios para
conocer la rentabilidad y viabilidad del proyecto relacionado con las
alternativas tecnológicas para el tratamiento de aguas residuales. La
presente investigación se define por medio de los indicadores económicos:
Valor presente neto VPN y análisis costo beneficio.
Cuadro 6. Categoría y subcategoría de análisis
Objetivo general: Proponer una alternativa tecnológica para el tratamiento de aguas residuales en industrias procesadoras de cangrejo del municipio San francisco estado Zulia
Objetivo Categoría Sub categoría Elementos de análisis Diagnosticar la situación actual de los tratamientos de aguas residuales en industrias procesadoras de cangrejo
Situación actual de los tratamientos de aguas residuales
Caracterización de las aguas residuales
Parámetros físico-químicos -Parámetros biológicos -Calidad de agua -Impacto ambiental
Identificar las alternativas tecnológicas a nivel mundial para los tratamientos de aguas residuales en industrias procesadoras de cangrejo.
Alternativas tecnológicas
Tratamientos biológicos aerobios: -Lodos activados convencionales -Reactores discontinuos secuenciales.
-Aplicabilidad -Producción de lodos -Consumo energético -Área requerida -Requerimiento de personal.
Tratamientos biológicos anaerobios: -Reactor de flujo ascendente. -Reactor de lecho expandido o fluidizado.
Determinar los aspectos tecnológicos de las alternativas tecnológicas para los tratamientos de aguas residuales en industrias procesadoras de cangrejo
Aspectos tecnológicos
Madurez tecnológica Embrionaria Comercial Madura
Dominio Incipiente Masivo Dominio
Análisis de brechas Baja Madia baja Media Media alta
104
Alta
Análisis de impacto Importancia Urgencia Riesgo Creación de valor
Determinar los aspectos legales de las alternativas tecnológicas para los tratamientos de aguas residuales en industrias procesadoras de cangrejos
Aspectos legales
Constitución Articulo 129
Ley orgánica del ambiente
Articulo 10 Articulo 57
Ley penal del ambiente Articulo 84 Ley de aguas Articulo 10
Articulo 13 Decretos 883
Articulo 10
Evaluar los aspectos económicos de las alternativas tecnológicas para los tratamientos de aguas residuales en industrias procesadoras de cangrejo
Aspectos económicos
Indicadores socioeconómicos
VPN Costos-Beneficios .
Seleccionar la tecnología para el tratamiento de aguas residuales en industrias procesadoras de cangrejo
Se logrará con el cumplimiento de los objetivos anteriores
Elaboración propia (2017)
