EVALUACIÓN DE UN ECO-SISTEMA DE BIOFILTRACIÓN Y …

UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS

CARRERA DE INGENIERIA AMBIENTAL

EVALUACIÓN DE UN ECO-SISTEMA DE BIOFILTRACIÓN Y HUMEDAL PARA AGUAS GRISES

DEL RECINTO “LA CABUYA”, CANTÓN BALZAR TRABAJO EXPERIMENTAL

Trabajo de titulación presentado como requisito para la obtención del título de

INGENIERO AMBIENTAL

AUTORES BASILIO MACÍAS CAROL NICOLE VEGA GONZÁLEZ DIEGO ANDRÉS

TUTOR ING. QUÍM. DIEGO MUÑOZ NARANJO, M.Sc.

GUAYAQUIL – ECUADOR

2021 PORTADA

2


CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL

APROBACIÓN DEL TUTOR

Yo, ING. DIEGO MUÑOZ NARANJO, M.Sc., docente de la Universidad Agraria

del Ecuador, en mi calidad de Tutor, certifico que el presente trabajo de titulación:

EVALUACIÓN DE UN ECO-SISTEMA DE BIOFILTRACIÓN Y HUMEDAL

PARA AGUAS GRISES DEL RECINTO “LA CABUYA”, CANTÓN BALZAR,

realizado por los estudiante BASILIO MACÍAS CAROL NICOLE; con cédula de

identidad N°0951172147 y VEGA GONZÁLEZ DIEGO ANDRÉS; con cédula de

identidad N°2400311243 de la carrera INGENIERÍA AMBIENTAL, Unidad

Académica Guayaquil, ha sido orientado y revisado durante su ejecución; y

cumple con los requisitos técnicos exigidos por la Universidad Agraria del

Ecuador; por lo tanto se aprueba la presentación del mismo.

Atentamente, ING. DIEGO MUÑOZ NARANJO, M.Sc. Guayaquil, 19 de mayo del 2021

3



APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE SUSTENTACIÓN

Los abajo firmantes, docentes designados por el H. Consejo Directivo como

miembros del Tribunal de Sustentación, aprobamos la defensa del trabajo de

titulación: “EVALUACIÓN DE UN ECO-SISTEMA DE BIOFILTRACIÓN Y

HUMEDAL PARA AGUAS GRISES DEL RECINTO “LA CABUYA”, CANTÓN BALZAR”, realizado por los estudiantes BASILIO MACÍAS CAROL NICOLE y

VEGA GONZÁLEZ DIEGO ANDRÉS, el mismo que cumple con los requisitos

exigidos por la Universidad Agraria del Ecuador.

Atentamente,

Dr. Freddy Arcos Ramos PRESIDENTE

Blog. Raúl Arizaga Gamboa Ing. Luis Morocho Rosero

EXAMINADOR PRINCIPAL EXAMINADOR PRINCIPAL

Ing. Diego Muñoz Naranjo EXAMINADOR SUPLENTE

Guayaquil, 19 de mayo del 2021

4

Dedicatoria

Dedico el presente Trabajo de Titulación a Dios.

A mis padres la Sra. Carmen Macías y Sr. Segundo

Basilio por su entrega y haberme guiado

correctamente durante estos años con valores y

amor, que con su apoyo incondicional y confianza

he logrado mi meta anhelada. A mis hermanos

Sheyla y Boris por motivarme a ser cada día mejor

como ejemplo a seguir para ellos. A mis abuelitos

Sra. Matilde Balón, Sra. Bélgica Manzaba y Sr.

Segundo Basilio por todo su cariño, apoyo

incondicional y grandes consejos. A la memoria de

mi abuelito Sr. Galo Macías que sé que estaría muy

contento por verme cumplir una de mis metas.

Carol Basilio Macías

Dedico este trabajo a mis padres Vilma González y

Hugo Vega por su apoyo incondicional. A mis

hermanos, en especial a mi hermano Hugo Vega

González por su gran ayuda y ser un ejemplo en

este camino.

Diego Vega González

5

Agradecimiento

Agradecemos primeramente a Dios por habernos

dado fortaleza ante cualquier adversidad y

sabiduría para culminar nuestra carrera

universitaria y convertirnos en profesionales.

A la Universidad Agraria del Ecuador por

brindarnos la oportunidad desde el inicio de realizar

nuestros estudios.

A nuestro tutor Ing. Diego Muñoz Naranjo, por

habernos guiado y dedicado parte de su tiempo

durante el desarrollo de la tesis, así mismo por

haber sido un gran docente durante nuestra

formación.

A nuestros compañero y amigos que nos dejó la

carrera por el apoyo mutuo y los buenos

momentos.

6

Autorización de Autoría Intelectual

Nosotros, BASILIO MACÍAS CAROL NICOLE y VEGA GONZÁLEZ DIEGO

ANDRÉS, en calidad de autores del proyecto realizado, sobre “EVALUACIÓN

DE UN ECO-SISTEMA DE BIOFILTRACIÓN Y HUMEDAL PARA AGUAS

GRISES DEL RECINTO “LA CABUYA”, CANTÓN BALZAR” para optar el título

de INGENIERO AMBIENTAL, por la presente autorizamos a la UNIVERSIDAD

AGRARIA DEL ECUADOR, hacer uso de todos los contenidos que nos

pertenecen o parte de los que contienen esta obra, con fines estrictamente

académicos o de investigación.

Los derechos que como autores nos correspondan, con excepción de la

presente autorización, seguirán vigentes a nuestro favor, de conformidad con lo

establecido en los artículos 5, 6, 8; 19 y demás pertinentes de la Ley de

Propiedad Intelectual y su Reglamento.

Guayaquil, 19 de mayo del 2021

BASILIO MACÍAS CAROL NICOLE

C.I. 0951172147

VEGA GONZÁLEZ DIEGO ANDRÉS

C.I. 2400311243

7

Índice general

PORTADA ........................................................................................................ 1

APROBACIÓN DEL TUTOR ............................................................................ 2

APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE SUSTENTACIÓN .................................... 3

Dedicatoria ...................................................................................................... 4

Agradecimiento ............................................................................................... 5

Autorización de Autoría Intelectual ............................................................... 6

Índice general .................................................................................................. 7

Índice de tablas ............................................................................................. 13

Índice de figuras ........................................................................................... 19

Resumen ........................................................................................................ 23

Abstract ......................................................................................................... 24

1. Introducción .............................................................................................. 26

1.1 Antecedentes del problema..................................................................... 26

1.2 Planteamiento y formulación del problema ........................................... 27

1.2.1 Planteamiento del problema ........................................................... 27

1.2.2 Formulación del problema .............................................................. 28

1.3 Justificación de la investigación............................................................. 28

1.4 Delimitación de la investigación ............................................................. 29

1.5 Objetivo general ....................................................................................... 30

1.6 Objetivos específicos .............................................................................. 30

1.7 Hipótesis ................................................................................................... 31

2. Marco teórico ............................................................................................ 32

2.1 Estado del arte ......................................................................................... 32

8

2.2 Bases teóricas .......................................................................................... 36

2.2.1 Aguas residuales ............................................................................. 36

2.2.1.1. Aguas residuales domésticas ..................................................... 37

2.2.1.2. Reutilización del agua.................................................................. 38

2.2.1.3. Calidad del agua........................................................................... 38

2.2.1.4. Tratamiento biológico de las aguas ............................................ 38

2.2.2 Biofiltros ........................................................................................... 39

2.2.2.1. Principios de funcionamiento ..................................................... 40

2.2.2.2. Medio filtrante .............................................................................. 41

2.2.2.3. Tipos de medios filtrantes ........................................................... 41

2.2.3 Humedal artificial o construido ....................................................... 42

2.2.3.1. Clasificación de los humedales artificiales ................................ 43

2.2.3.2. Humedales artificiales de flujo superficial ................................. 44

2.2.3.3. Humedales artificiales de flujo subsuperficial ........................... 44

2.2.3.4. Partes de los humedales de flujo subsuperficial ....................... 46

2.2.3.5. Mecanismos de remoción de contaminantes ............................ 49

2.2.4 Consideraciones para implementar un eco-sistema de biofiltración

y humedal .................................................................................................. 49

2.2.4.1. Consideraciones para el diseño del biofiltro ............................. 49

2.2.4.2. Consideraciones para el diseño del humedal ............................ 49

2.3 Marco legal ............................................................................................... 52

2.3.1 Constitución de la República del Ecuador (2008) .......................... 52

2.3.2 Código Orgánico del Ambiente (2017) ............................................ 54

2.3.3 Ley Orgánica de Recursos Hídricos, Usos y Aprovechamiento del

Agua (2014) ............................................................................................... 54

9

2.3.4 Acuerdo Ministerial N° 061 Reforma del Libro VI del Texto Unificado

de Legislación Secundaria (2015) ........................................................... 55

2.3.5 Acuerdo Ministerial N° 097-A - Norma de Calidad Ambiental y

Descarga de Efluentes al recurso agua (Anexo 1, Libro VI de la Calidad

Ambiental, del Texto Unificado de la Legislación Secundaria) (2015) .. 56

3. Materiales y métodos ................................................................................ 58

3.1 Enfoque de la investigación .................................................................... 58

3.1.1 Tipo de investigación ...................................................................... 58

3.1.1.1. Documental .................................................................................. 58

3.1.1.2. Descriptiva .................................................................................... 58

3.1.1.3. De campo o laboratorio ............................................................... 59

3.1.2 Diseño de investigación .................................................................. 59

3.2 Metodología .............................................................................................. 59

3.2.1 Variables ........................................................................................... 59

3.2.1.1. Variable independiente ................................................................ 59

3.2.1.2. Variable dependiente ................................................................... 60

3.2.2 Tratamientos .................................................................................... 60

3.2.3 Diseño experimental ........................................................................ 61

3.2.3.1. Dimensionamiento del sistema de tratamiento.......................... 62

3.2.3.2. Caudal (Q) ..................................................................................... 63

3.2.3.3. Tiempo de retención .................................................................... 63

3.2.4 Recolección de datos ...................................................................... 63

3.2.4.1. Equipos de laboratorio ................................................................ 63

3.2.4.2. Equipos de campo ....................................................................... 64

3.2.4.3. Recursos....................................................................................... 65

10

3.2.4.4. Métodos y técnicas ...................................................................... 65

3.2.5 Análisis estadístico .......................................................................... 69

3.2.5.1. T-student....................................................................................... 71

3.2.5.2. Anova ............................................................................................ 72

4. Resultados ................................................................................................. 73

4.1 Generación de información bibliográfica sobre los tratamientos de

aguas grises aplicados a un eco-sistema de biofiltración y humedal ....... 73

4.2 Propuesta de un eco-sistema de biofiltración y humedal para el

tratamiento de aguas grises .......................................................................... 76

4.3 Caracterización de los parámetros físico (turbidez, SDT) y químicos

(pH, conductividad eléctrica, nitritos y nitratos) de las aguas grises antes

y después del tratamiento propuesto. .......................................................... 81

4.3.1 Parámetros físicos ........................................................................... 82

4.3.2 Parámetros químicos ....................................................................... 84

4.4 Caracterización de los parámetros físicos, químicos (DBO5, DQO,

aceites y grasas) y microbiológicos (coliformes totales) al mejor

tratamiento resultante obtenido mediante la depuración de las aguas

grises. ............................................................................................................. 88

4.5 Determinación de la eficiencia del eco-sistema mediante la utilización

de Prosopis pallida y Caesalpina pulcherrima en el biofiltro, Eichhornia

crassipes y Cyperus papyrus en el humedal para la depuración de aguas

grises. ............................................................................................................. 89

4.5.1 Primer tratamiento ........................................................................... 89

4.5.1.1. Parámetros físicos ....................................................................... 89

4.5.1.2. Parámetros químicos ................................................................... 91

11

4.5.2 Segundo tratamiento ....................................................................... 94


4.5.2.2. Parámetros químicos ................................................................... 96

4.5.3 Tercer tratamiento............................................................................ 99


4.5.3.2. Parámetros químicos ..................................................................101

4.5.4 Prueba de normalidad – Shapiro Will ............................................104

4.5.5 Prueba T-student para muestras relacionadas .............................106

4.5.6 Prueba Anova ..................................................................................108

4.6 Comparación de los parámetros analizados con los límites máximos

permisibles establecidos en el Acuerdo Ministerial 097-A anexo 1. ........ 109

4.6.1 Turbidez ...........................................................................................112

4.6.2 pH .....................................................................................................112

4.6.3 DBO5, DQO, coliformes totales, aceites y grasas .........................114

4.7 Socialización de la implementación de un eco-sistema de biofiltración

y humedal mediante encuestas para el tratamiento de aguas grises. ..... 116

4.7.1 Encuestas a la comunidad del Recinto “La Cabuya” ...................117

5. Discusión ..................................................................................................122

6. Conclusiones ...........................................................................................124

7. Recomendaciones ...................................................................................126

8. Bibliografía ...............................................................................................128

9. Anexos ......................................................................................................142

9.1 Anexo 1. Recinto la Cabuya .................................................................. 142

9.2 Anexo 2. Tratamientos aguas grises .................................................... 144

9.3 Anexo 3. Normativa ................................................................................ 146

12

9.4 Anexo 4. Diagrama ................................................................................. 150

9.5 Anexo 5. Diseño experimental .............................................................. 151

9.6 Anexo 6. Materiales del eco-sistema de biofiltración y humedal........ 153

9.7 Anexo 7. Evaluación de los parámetros ............................................... 154

9.8 Anexo 8. Contaminantes aguas residuales y grises............................ 157

9.9 Anexo 9. Mecanismos de remoción ...................................................... 159

9.10 Anexo 10. Taxonomía .......................................................................... 160

9.11 Anexo 11. Encuesta ............................................................................. 163

13

Índice de tablas

Tabla 1. Composición del Biofiltro ............................................................... 61

Tabla 2. Tratamientos empleados y evaluados ........................................... 61

Tabla 3. Tabla de Recursos ........................................................................ 65

Tabla 4. Porcentaje de remoción en Biofiltros ............................................. 74

Tabla 5. Porcentaje de remoción en Humedales Construidos ..................... 75

Tabla 6. Porcentaje de remoción % Sistemas Combinados ........................ 76

Tabla 7. Dimensiones del diseño del tanque de homogenización o

almacenamiento .............................................................................................. 77

Tabla 8. Dimensiones del diseño del tanque automático ............................ 77

Tabla 9. Dimensiones del diseño del Biofiltro .............................................. 78

Tabla 10. Composición del Biofiltro ............................................................. 79

Tabla 11. Dimensiones del diseño de humedales ....................................... 80

Tabla 12. Composición de humedales ........................................................ 80

Tabla 13. Caracterización semanal de las aguas grises del recinto “La

Cabuya” .......................................................................................................... 82

Tabla 14. Resumen estadístico de la caracterización semanal de turbidez . 82

Tabla 15. Resumen estadístico de la caracterización semanal de Sólidos

Disueltos Totales ............................................................................................ 83

Tabla 16. Resumen estadístico de la caracterización semanal del pH ........ 85

Tabla 17. Resumen estadístico de la caracterización semanal de la

Conductividad eléctrica ................................................................................... 86

Tabla 18. Resumen estadístico de la caracterización semanal de Nitritos .. 86

Tabla 19. Resumen estadístico de la caracterización semanal de Nitratos . 87

14

Tabla 20. Caracterización de los parámetros físicos químicos al mejor

tratamiento resultante ..................................................................................... 88

Tabla 21. Caracterización del parámetro microbiológico al mejor tratamiento

resultante ........................................................................................................ 89

Tabla 22. Resultados semanales y porcentajes de remoción en turbidez del

tratamiento 1 ................................................................................................... 90

Tabla 23. Resultados semanales y porcentajes de remoción en solidos

disueltos totales del tratamiento 1 ................................................................... 90

Tabla 24. Resultados semanales y porcentajes de remoción en el pH del

tratamiento 1 ................................................................................................... 91

Tabla 25. Resultados semanales y porcentajes de remoción en la

conductividad eléctrica del tratamiento 1......................................................... 92

Tabla 26. Resultados semanales y porcentajes de remoción en los nitritos del

tratamiento 1 ................................................................................................... 93

Tabla 27. Resultados semanales y porcentajes de remoción en los nitratos del

tratamiento 1 ................................................................................................... 93

Tabla 28. Resumen estadístico de los valores en porcentaje de remoción de

los parámetros medidos en el tratamiento 1 .................................................... 94

Tabla 29. Resultados semanales y porcentajes de remoción en la turbidez del

tratamiento 2 ................................................................................................... 95

Tabla 30. Resultados semanales y porcentajes de remoción en los sólidos

disueltos totales del tratamiento 2 ................................................................... 95

Tabla 31. Resultados semanales y porcentajes de remoción en el pH del

tratamiento 2 ................................................................................................... 96

15

Tabla 32. Resultados semanales y porcentajes de remoción en la

conductividad eléctrica del tratamiento 2......................................................... 97


tratamiento 2 ................................................................................................... 98


tratamiento 2 ................................................................................................... 99


los parámetros medidos en el tratamiento 2 .................................................... 99

Tabla 36. Resultados semanales y porcentajes de remoción en la turbidez del

tratamiento 3 ..................................................................................................100

Tabla 37. Resultados semanales y porcentajes de remoción en los sólidos

disueltos totales del tratamiento 3 ..................................................................100

Tabla 38. Resultados semanales y porcentajes de remoción del pH del

tratamiento 3 ..................................................................................................101

Tabla 39. Resultados semanales y porcentajes de remoción de la

conductividad eléctrica del tratamiento 3........................................................102


tratamiento 3 ..................................................................................................103


tratamiento 3 ..................................................................................................104


los parámetros medidos en el tratamiento 3 ...................................................104

Tabla 43. Prueba de normalidad para aguas grises ...................................105

Tabla 44. Prueba de normalidad para el tratamiento 1...............................105


16


Tabla 47. Comparación de resultados del tratamiento 1 ............................107



Tabla 50. Prueba Anova al porcentaje de remoción de los tratamientos ....109

Tabla 51. Prueba T-student del primer tratamiento con el AM. 097A .........110

Tabla 52. Prueba T-student del segundo tratamiento con el AM. 097A ......111

Tabla 53. Prueba T-student del tercer tratamiento con el AM. 097A ..........111

Tabla 54. Comparación de los valores resultantes del mejor tratamiento con

los límites de descarga a un cuerpo de agua dulce ........................................114

Tabla 55. Sexo encuestado .......................................................................117

Tabla 56. Conocimiento acerca de las aguas grises ..................................117

Tabla 57. Fuente de abastecimiento de agua para uso doméstico.............117

Tabla 58. Destino de descarga de aguas residuales ..................................118

Tabla 59. Cambios que ha notado la población, con respecto a la calidad del

agua del estero y del río .................................................................................118

Tabla 60. Conocimiento por parte de la población, sobre las enfermedades

que están expuestos por la contaminación del agua ......................................118

Tabla 61. Frecuencia con la que se ha enfermado la población, por problemas

estomacales en los últimos 3 meses ..............................................................119

Tabla 62. Problemas dermatológicos presentados en la población últimamente

.......................................................................................................................119

Tabla 63. Población más expuesta a presentar problemas estomacales y

dermatológicos ...............................................................................................120

17

Tabla 64. Necesidad de aplicar un sistema de tratamiento de aguas grises

antes de ser vertidas ......................................................................................120

Tabla 65. Afinidad de la población en reutilizar las aguas grises en actividades

no potables, luego de ser tratadas .................................................................121

Tabla 66. Frecuencia con la que acuden al río para actividades recreativas

.......................................................................................................................121

Tabla 67. Tabla 2. Criterios de calidad admisibles para la preservación de la

vida acuática y silvestre en aguas dulces, marinas y de estuarios .................146

Tabla 68. Tabla 9. Límites de descarga a un cuerpo de agua dulce ..........148

Tabla 69: Clasificación de las aguas residuales .........................................157

Tabla 70. Comparación de valores de aguas grises con residuales ...........157

Tabla 71. Características operacionales de sistemas de biofiltración con

lechos inorgánicos .........................................................................................157

Tabla 72. Contaminantes importantes de interés en el tratamiento de las

aguas residuales ............................................................................................158

Tabla 73. Mecanismos de remoción en humedales artificiales ...................159

Tabla 74. Valores típicos de sustratos de humedales construidos, *d10 es el

diámetro de una partícula en una distribución del peso de las partículas que es

más pequeña que todo salvo 10% de las partículas ......................................159

Tabla 75. Taxonomía de Ficus benjamina .................................................160

Tabla 76. Taxonomía de Prosopis laevigata ..............................................160

Tabla 77. Taxonomía de Agave americana ................................................160

Tabla 78. Taxonomía de Jaracanda mimosifolia ........................................161

Tabla 79. Taxonomía de Caesalpina pucherrima .......................................161

Tabla 80. Taxonomía de Saccharum officiarum .........................................161

18

Tabla 81. Taxonomía de Cyperus papyrus ................................................162

Tabla 82. Taxonomía de Canna hybrids ....................................................162

Tabla 83. Taxonomía de Strelitzia reginae .................................................162

Tabla 84. Taxonomía de Typha latifolia .....................................................163

19

Índice de figuras

Figura 1. Tanque de homogenización o almacenamiento ........................... 77

Figura 2. Tanque automático ...................................................................... 78

Figura 3. Biofiltro ......................................................................................... 79

Figura 4. Humedales ................................................................................... 80

Figura 5. Vista lateral del diseño propuesto del eco-sistema de biofiltración y

humedal .......................................................................................................... 81

Figura 6. Vista superior del diseño propuesto del eco-sistema de biofiltración

y humedal ....................................................................................................... 81

Figura 7. Caracterización semanal de turbidez ........................................... 83

Figura 8. Caracterización semanal de Sólidos Disueltos Totales ................ 84

Figura 9. Caracterización semanal del pH .................................................. 85

Figura 10. Caracterización semanal de la Conductividad eléctrica.............. 86

Figura 11. Caracterización semanal de Nitritos (NO₂⁻) ............................... 87

Figura 12. Caracterización semanal de Nitratos (NO3⁻) .............................. 88

Figura 13. Resultados de turbidez semanalmente con el primer tratamiento

........................................................................................................................ 90

Figura 14. Resultados de sólidos disueltos totales semanalmente con el primer

tratamiento ...................................................................................................... 91

Figura 15. Resultados de pH semanalmente con el primer tratamiento ...... 92

Figura 16. Resultados de la conductividad eléctrica semanalmente con el

primer tratamiento ........................................................................................... 93

Figura 17. Resultados de la turbidez semanalmente con el segundo

tratamiento ...................................................................................................... 95

20

Figura 18. Resultados los sólidos disueltos totales semanalmente con el

segundo tratamiento ....................................................................................... 96

Figura 19. Resultados del pH semanalmente con el segundo tratamiento .. 97


segundo tratamiento ....................................................................................... 98

Figura 21. Resultados de la turbidez semanalmente con el tercer tratamiento

.......................................................................................................................100

Figura 22. Resultados de los sólidos disueltos totales semanalmente con el

tercer tratamiento ...........................................................................................101

Figura 23. Resultados del pH semanalmente con el tercer tratamiento .....102


tercer tratamiento ...........................................................................................103

Figura 25. Comparación de los parámetros analizados entre los tratamientos

.......................................................................................................................109

Figura 26. Comparación de la turbidez de los tratamientos con los límites

máximos permisibles de descarga a un cuerpo de agua dulce ......................112

Figura 27. Comparación del pH de los tratamientos con los rangos permisibles

de descarga a un cuerpo de agua dulce ........................................................112

Figura 28. Comparación de los nitritos de los tratamientos con los criterios de

calidad admisibles para la preservación de la vida acuática y silvestre en aguas

dulces, marinas y de estuarios .......................................................................113

Figura 29. Comparación de los nitratos de los tratamientos con los criterios de

calidad admisibles para la preservación de la vida acuática y silvestre en aguas

dulces, marinas y de estuarios .......................................................................113

21

Figura 30. Comparación de DQO del tratamiento 3 con los límites de descarga

a un cuerpo de agua dulce .............................................................................114

Figura 31. Comparación de DBO5 del tratamiento 3 con los límites de descarga

a un cuerpo de agua dulce .............................................................................115

Figura 32. Comparación de aceites y grasas del tratamiento 3 con los límites

de descarga a un cuerpo de agua dulce ........................................................116

Figura 33. Recinto “La Cabuya” .................................................................142

Figura 34. Mapa geográfico del Recinto "La Cabuya", Cantón Balzar, Ecuador

.......................................................................................................................142

Figura 35. En el Recinto "La Cabuya" las viviendas no cuentan con servicio de

saneamiento adecuado. .................................................................................143

Figura 36. Los habitantes de Recinto "La Cabuya" construyen canales para

verter directamente las aguas residuales. ......................................................143

Figura 37. Las aguas residuales sin ser tratadas llegan finalmente a uno de

los esteros del Recinto "La Cabuya" ..............................................................143

Figura 38. Composición de aguas servidas según su origen .....................144

Figura 39. Composición de aguas grises según su origen .........................144

Figura 40. Esquema de clasificación de los sistemas de depuración con

macrófitas. .....................................................................................................144

Figura 41. Humedal Artificial de Flujo Superficial .....................................145

Figura 42. Humedal de flujo subsuperficial horizontal ................................145

Figura 43. Humedales de flujo subsuperficial vertical.................................145

Figura 44. Cortes longitudinales de Humedales Artificiales de Flujo

Subsuperficial Horizontal y Vertical ................................................................146

Figura 45. Diagrama ..................................................................................150

22

Figura 46. Eco-sistema de biofiltración y humedal .....................................151

Figura 47. Tanque de homogenización o recepción de aguas grises .........151

Figura 48. Biofiltro de lecho orgánico .........................................................152

Figura 49. Tratamiento 1, implementación de Eichhornia crassipes ...........152

Figura 50. Tratamiento 2, implementación de Cyperus papyrus.................152

Figura 51. Tratamiento 3, implementación de Eichhornia crassipes y Cyperus

papyrus ..........................................................................................................153

Figura 52. Grava y arena gruesa, materiales implementados en el biofiltro y

humedal. ........................................................................................................153

Figura 53. Limpieza de material pétreo, previo al su implementación en el eco-

sistema ..........................................................................................................153

Figura 54. Astillas de madera de Tabachín y Algarrobo, para empacar el

biofiltro ...........................................................................................................154

Figura 55. Macrófitas implementadas en los humedales ............................154

Figura 56. Análisis de turbidez caracterización ..........................................154

Figura 57. Análisis de SDT caracterización ................................................155

Figura 58. Análisis de nitritos y nitratos ......................................................155

Figura 59. Análisis de coliformes totales ....................................................155

Figura 60. Informe de laboratorio acreditado, análisis de los parámetros DBO,

DQO, aceites y grasas al mejor tratamiento resultante ..................................156

Figura 61. Población encuestada en el Recinto "La Cabuya" .....................163

Figura 62. Encuesta realizada a la comunidad rural del Recinto "La Cabuya"

.......................................................................................................................165

Figura 63. Carta de autorización, para publicar los datos recolectados de la

zona de estudio en el presente proyecto ........................................................166

23

Resumen

Las aguas grises representan el 65% de las aguas residuales. El 88% de las

mismas son descargadas directamente a quebradas y ríos sin ser tratadas. Las

comunidades rurales descargan sus aguas residuales directamente a los

cuerpos hídricos más cercanos. Por lo tanto, se planteó una evaluación de un

eco-sistema de biofiltración y humedal de las aguas grises del recinto “La

Cabuya” del cantón Balzar. Se realizó una recolección de aguas grises en un

tanque receptor, luego pasó a un biofiltro a base de residuos de madera de

algarrobo (Prosopis pallida) y tabachín (Caesalpina pulcherrima), finalmente

pasó a tres humedales artificiales. El primero con Jacinto de agua (Eichhornia

crassipes), el segundo con Papiro (Cyperus papyrus) y el tercero con la unión de

las dos macrófitas. Donde, se evaluó la eficiencia de los tres tratamientos durante

5 semanas. El primer tratamiento obtuvo una reducción de 79% de turbidez, 29%

de SDT y 21% de conductividad eléctrica. El segundo tratamiento obtuvo una

reducción de 74% de turbidez, 45% de SDT y 32% de conductividad eléctrica. El

tercer tratamiento tuvo una reducción del 85% de turbidez, 37% de SDT y 19%

de conductividad eléctrica. Los tres tratamientos mantuvieron valores de pH

entre 7-8. Así mismo, los nitritos y nitratos fueron de 1 y 10 mg/L respectivamente

en la primera semana y 0 en las siguientes. Se concluyó que los tres tratamientos

permiten tratar eficientemente las aguas grises. Sin embargo, el tratamiento a

base Jacinto de agua (Eichhornia crassipes) y Papiro (Cyperus papyrus) obtuvo

mejor porcentaje de reducción, además los parámetros analizados cumplieron

con la norma.

Palabras clave: Aguas grises, biofiltro, humedales artificiales, macrófitas

24

Abstract

Greywater accounts for 65% of wastewater. 88% of them are discharged

directly to streams and rivers untreated. Rural communities discharge their

wastewater directly into the nearest water bodies. Therefore, an assessment of

an eco-system of biofiltration and wetland of the greywaters of the enclosure "La

Cabuya" of the canton Balzar was raised. A greywater collection was carried out

in a receiving tank, then moved to a biofilter based on residues of algarrobo wood

(Prosopis pallida) and tabachín (Caesalpina pulcherrima), finally moved to three

artificial wetlands. The first with Jacinto de agua (Eichhornia crassipes), the

second with Papiro (Cyperus papyrus) and the third with the union of the two

macrophytes. The efficiency of all three treatments was evaluated for 5 weeks.

The first treatment resulted in a 79% reduction in turbidity, 29% SDT and 21%

electrical conductivity. The second treatment resulted in a 74% reduction in

turbidity, 45% SDT and 32% electrical conductivity. The third treatment had an

85% turbidity reduction, 37% SDT and 19% electrical conductivity.

All three treatments maintained pH values between 7-8. Likewise, the nitrites

and nitrates were 1 and 10 mg/L respectively in the first week and 0 in the

following weeks. It was concluded that the three treatments allow efficient

treatment of greywater. However, treatment based on Jacinto de agua

(Eichhornia crassipes) and Papiro (Cyperus papyrus) obtained a better

percentage reduction, in addition the parameters analyzed met the standard.

Keywords: Greywater, biofilter, artificial wetlands, macrophytes

https://dictionary.cambridge.org/es/diccionario/ingles-espanol/all

https://dictionary.cambridge.org/es/diccionario/ingles-espanol/three

https://dictionary.cambridge.org/es/diccionario/ingles-espanol/ph

https://dictionary.cambridge.org/es/diccionario/ingles-espanol/values

https://dictionary.cambridge.org/es/diccionario/ingles-espanol/between

25



APROBACIÓN DEL ABSTRACT

Yo, ISABEL GUADALUPE TULCÁN RODRIGUEZ, docente de la Universidad

Agraria del Ecuador, en mi calidad de ENGLISH TEACHER, CERTIFICO que he

procedido a la REVISIÓN DEL ABSTRACT del presente trabajo de titulación:

EVALUACIÓN DE UN ECO-SISTEMA DE BIOFILTRACIÓN Y HUMEDAL

PARA AGUAS GRISES DEL RECINTO “LA CABUYA”, CANTÓN BALZAR,

realizado por los estudiantes BASILIO MACÍAS CAROL NICOLE; con cédula

de identidad N°0951172147 y VEGA GONZÁLEZ DIEGO ANDRÉS; con cédula

de identidad N°2400311243 de la carrera INGENIERÍA AMBEINTAL Unidad

Académica Guayaquil, el mismo que cumple con los requisitos técnicos exigidos

por la Universidad Agraria del Ecuador; por lo tanto se aprueba la presentación

del mismo.

Atentamente, Firma del Docente de Ingles Email institucional:[email protected] Guayaquil, 14 de mayo del 2021

26

1. Introducción

1.1 Antecedentes del problema

A nivel mundial el 80% de las aguas residuales retornan al ecosistema sin ser

tratadas previamente, representando un problema ambiental. En Europa, el 71%

de las aguas residuales domesticas e industriales reciben un buen tratamiento

(La Organización de las Naciones Unidas para la Educación, Ciencia y la Cultura

[UNESCO], 2017). Mientras que, en América Latina, el 70% de las aguas

residuales carece de un tratamiento adecuado, el agua es utilizada y devuelta a

los ríos y otras fuentes hídricas totalmente contaminada (Banco Mundial , 2013).

UNESCO (2017) afirma “El nivel de tratamiento de aguas residuales

industriales y municipales de un país es generalmente un reflejo de su nivel de

ingresos” (p.9). En los países de ingresos altos tratan aproximadamente el 70%

de las aguas residuales generadas, en los países de ingresos medios altos el

38%, en los países de ingresos medios-bajos el 28% y en los países de ingresos

bajos únicamente el 8% de las aguas residuales domésticas e industriales son

tratadas.

UNESCO (2017) menciona que, en países de ingresos bajos y medios, se

registraron 842.000 defunciones en el 2012 producto de la contaminación del

agua y la falta de servicios de saneamiento, la frecuente exposición de las aguas

residuales y la falta de tratamiento influyen en la propagación de enfermedades

tropicales como el cólera y el dengue.

El agua en el mundo es cada vez más escasa, la ONU-Agua pide considerar

un cambio, donde las aguas residuales sean vistas como un recurso y más no

como un problema (La Organización de las Naciones Unidas para la

Alimentación y la Agricultura [FAO], 2017).

27

La FAO (2017) asegura que el sector agrícola es el mayor productor de aguas

residuales a nivel mundial, que al ser tratadas pueden convertirse en fertilizantes

aprovechando las materias primas, como el fosforo y nitratos, y de esta manera

cubrir la demanda de fosforo a nivel mundial a través de la reutilización de las

aguas residuales.

Por lo tanto, una gestión adecuada de las aguas residuales es símbolo de

beneficios tanto ambientales como sociales y económicos, sobre todo en zonas

rurales donde hay escasez de agua.

1.2 Planteamiento y formulación del problema

1.2.1 Planteamiento del problema

Entre las aguas residuales domésticas se encuentran las aguas grises que

abarca más de un 65% y el restante corresponde a las aguas negras. Las aguas

grises constituyen un problema ambiental debido a su alto contenido de nitratos,

jabones, fosfatos, bacterias, sal, espumas, partículas de alimento, materia

orgánica, sólidos suspendidos, perfumes y colorantes (Yocum, 2015).

En Ecuador el 88% de las aguas residuales domésticas se canaliza

directamente a quebradas y ríos sin ser tratadas (Secretaría Nacional del Agua

[SENAGUA], 2016). En las zonas altas de nuestro país las aguas residuales que

no son tratadas llegan a las cuencas de las zonas bajas o las ciudades costeras

siendo las más perjudicadas, debido a que estas aguas llegan hasta la

desembocadura de los ríos (Alarcón, 2019)

Entre algunos problemas para proporcionar una cobertura más amplia de un

buen saneamiento está: las dificultades técnicas en la implementación de

estructura de saneamiento en centros rurales pequeños y dispersos, las

limitaciones financieras, soluciones tecnológicas y estructuras de gobierno

28

débiles inadecuadas (Consejo Nacional de Política Económica y Social

[CONPES], 2014).

Por lo que, las comunidades rurales se ven obligadas a desechar sus aguas

residuales al suelo o fuente hídricas cercanas como ríos. Es así que, las aguas

grises al adicionarse en la superficie de cuerpos de agua pueden causar una alta

demanda de oxígeno (DBO), desequilibrio de pH y su vez un incremento de

turbidez según (Yocum, 2015).

Esto afecta a la biodiversidad por la suma de otros componentes como el

nitrógeno amoniacal, cloruros o sulfatos, produciéndose una bioacumulación en

los peces y mediante de su consumo pueden pasar a nuestro organismo

(Alarcón, 2019). Lo que representa un problema ambiental, social y económico,

que no garantiza ni promueve el consumo sostenible para las generaciones

futuras.

Es necesario una correcta gestión del recurso hídrico debido al incremento de

la población para evitar el deterioro ambiental que afecta a las comunidades

rurales. Por lo tanto, se planteó evaluar un eco-sistema de biofiltración y humedal

para tratar las aguas grises, y así contribuir significativamente a disminuir los

impactos negativos.

1.2.2 Formulación del problema

¿Cuál es la eficiencia de un eco-sistema de biofiltración y humedal para tratar

las aguas grises que genera la población del Recinto “La Cabuya” Cantón

Balzar?

1.3 Justificación de la investigación

El estudio tiene como propósito demostrar la eficiencia de implementar un

eco-sistema de biofiltración y humedal para tratar las aguas grises que genera la

29

población de áreas rurales, como una manera de minimizar los efectos sobre el

ambiente producidos por la falta de tratamiento de las aguas residuales.

Considerando, que se ha demostrado que la inapropiada disposición de las

aguas residuales es una de las principales causas de contaminación del agua

potable en las áreas rurales (Sworobuk, Law, y Bissonnette, 1987). A su vez las

aguas grises representan la mayor parte de estos efluentes que son vertidos a

distintos cuerpos receptores. De manera que provocan una serie de

consecuencias perjudiciales para el ambiente como para la salud de la población.

A pesar de que la instalación de un sistema para tratar aguas residuales

domésticas represente un reto para las comunidades pequeñas, más aún para

las zonas rurales donde la cobertura de saneamiento básico es deficiente. Es

conveniente, por lo tanto, desarrollar sistemas de tratamientos de acuerdo a la

realidad socioeconómica de la comunidad.

Es decir que los sistemas a implementar como alternativa, sean de bajo costo,

fácil operacionalidad y mantenimiento mínimo a nivel unifamiliar, obteniendo una

mejor calidad en las aguas al momento de ser vertidas.

De esta manera dentro del estudio se planteó una alternativa para tratar las

aguas residuales domésticas, producidas por las comunidades rurales que

carecen de sistemas adecuados.

1.4 Delimitación de la investigación

• Espacio: La zona involucrada fue el Recinto denominado “La Cabuya” en

el Cantón Balzar, provincia del Guayas, Ecuador. Se encuentra en la parte

baja de Balzar (ver anexo Figura 34), ubicado geográficamente en las

siguientes coordenadas:

Latitud: -1.48333 Longitud: -79.9333

30

• Tiempo: El tiempo que tomó el desarrollo del proyecto fue de 3 meses.

• Población: Viviendas del Recinto “La Cabuya” del Cantón Balzar.

1.5 Objetivo general

Evaluar un eco-sistema de biofiltración mediante residuos de madera de

algarrobo (Prosopis pallida) y tabachin (Caesalpina pulcherrima) y humedal

mediante papiro (Cyperus papyrus) y jacinto de agua (Eichhornia crassipes) para

aguas grises del Recinto “La Cabuya”, Cantón Balzar.

1.6 Objetivos específicos

• Generar información bibliográfica sobre los tratamientos de aguas grises

aplicados a un eco-sistema de biofiltración y humedal.

• Proponer un eco-sistema de biofiltración y humedal para el tratamiento de

aguas grises.

• Caracterizar los parámetros físicos (turbidez, SDT) y químicos (pH,

conductividad eléctrica, nitritos y nitratos) de las aguas grises antes y

después del tratamiento propuesto.

• Caracterizar los parámetros físicos químicos (DBO5, DQO, Aceites y

grasas) y microbiológicos (Coliformes totales) al mejor tratamiento

resultante obtenido mediante la depuración de las aguas grises.

• Determinar la eficiencia del eco-sistema mediante la utilización de

Prosopis pallida y Caesalpina pulcherrima en el biofiltro, Eichhornia


grises.

• Comparar los parámetros analizados con los límites máximos permisibles

establecidos en el Acuerdo Ministerial 097A anexo 1.

31

• Socializar la implementación de un eco-sistema de biofiltración y humedal

mediante encuestas para el tratamiento de aguas grises.

1.7 Hipótesis

Un eco-sistema de biofiltración y humedal permite tratar eficientemente las

aguas grises generadas en el Recinto “La Cabuya”, Cantón Balzar.

32

2. Marco teórico

2.1 Estado del arte

Garzón, González y García (2016) evaluaron un sistema de tratamiento

doméstico para reuso de agua residual, mediante una fosa séptica (FS) un

biofiltro (BF) empacado con residuos de poda de ficus (Ficus benjamina) y un

humedal construido (HC) empacado con grava, mayoritariamente sembrado de

papiros (Cyperus papyrus) entre otras plantas ornamentales, de manera que

obtuvieron una eficiencia global de remoción entre el 86% y 99% además el

efluente mostró una DBO5 menor o aproximada a 20 mg/L, cumpliendo así con

la normativa mexicana de reúso de agua (NOM-003-ECOL-1997).

Madera, Silva y Peña (2005) así mismo evaluaron un sistema combinado de

tratamiento de aguas residuales domesticas para evitar deteriorados por la

descarga de aguas residuales sin tratar, mediante un sistema Tanque Séptico

(TS) + Filtro Anaerobio (FA) + Humedal de Flujo Subsuperficial (HFS) en dos

lugares. El primer lugar, ginebra (1,7 m3/d) obtuvieron una remoción de 82%

DBO5 y 77% DQO; Mientras que, al sistema de La Vorágine (104 m3/d)

removieron 84% DQO D y 96% SST

Merino (2017) evaluó un sistema de tratamiento de aguas residuales para

evitar las descargas directas, consistiendo en un biofiltro anaerobico de flujo

ascendente (FAFA) y un humedal de flujo susbsuperficial (HHFSS) que fue

implementedo en la PTAR, ambos utilizaron tezontle para favorecer el

crecimiento de la biopelicula, en el HHFSS se plantaron Canna hybrids y

Strelitzia reginae, utilizando tres tiempos de retención hidráulicas (TRH), de 18,

28 y 38h en el FAFA correspondientes a 2, 3 y 4 días en el HHFSS, obtuvieron

33

una remocion del 80 % de materia organica en un TRH de 18h, mientras que el

HHFSS alcanzó remociones del 30% de nitrógeno total en un TRH de 3 días.

Pérez, Alfaro, Sasa y Agüero (2013) aplicaron un sistema de tratamiento de

aguas negras como una tecnologia de bajo costo mediante un humedal artificial

horizontal de flujo subsuperficial para tratar las aguas negras de la industria

cosmética y farmacéutica, utilizando un sistema de macrófitas emergentes de

Cyperus papyrus, en donde se obtuvieron porcentajes de remocion entre 61% y

90%, por lo que, la calidad del agua cumplió con la legislación nacional vigente,

demostrando una gran efectividad en paises con climas tropicales.

Núñez (2016) planteó un sistema de tratamiento de aguas residuales

domesticas para utilizarlo en el regadío de pastizales, mediante humedales

artificales de flujo subsuperficial horizontal, con especies de Cyperus papyrus.

Obteniendo porcentajes de remocion del 96% de DBO y DQO, 78% de nitrógeno

total, 88% fósforo total, 55% de conductividad eléctrica y sólidos disueltos totales,

61% de oxígeno disuelto, 96% de turbidez, 68% de pH y 100% Coliformes totales

y fecales, cumpliemto asi con el Decreto Supremo N° 05-2015-MINAM.

Bedoya, Ardila y Reyes (2014) implementaron un sistema de tratamiento de

agua residual mediante dos humedales artificiales de flujo subsuperficial, cada

uno con una macrófita difente (Typha latifolia y Cyperus papyrus). Con ambos

ejemplares lograron niveles una disminucion considerable. Sin embargo, la

especie Typha latifolia mostró mayor eficiencia de remoción en DQO (70.4 %),

DBO5 (96.7 %) y SST (81.4 %).

Vicente (2016) determinó la eficiencia del aserrín y la fibra de coco utilizados

como empaques para la remoción de contaminantes en biofiltros para el

tratamiento de aguas residuales, obtuvo como resultado de acuerdo a las

34

características físicas, químicas y biológicas de las aguas residuales tratadas,

con el biofiltro 1 empacado con aserrín alcanzó una remoción de contaminantes

de 53.53% y los valores de los parámetros se encontraron fuera de la normativa

ambiental, a diferencia del biofiltro 2 empacado con fibra de coco alcanzó una

remoción de 82.37% y los valores se encontraron dentro de la normativa.

Sosa (2015) en su estudio empleó el uso de astillas de madera de mezquite

(Prosopis) a través un sistema de biofiltros para tratar aguas residuales

municipales, donde además se evaluó el efecto de la carga hidráulica superficial

(CHS) respectivamente de 0.54, 1.07 y 1.34 m3m-2d-1, obtuvo como resultado

una mayor eficiencia de remoción a una CHS de 1.07 m3m-2d-1, de 95% SST,

92% DBO5, 78% DQO y 4 unidades logarítmicas de coliformes, cumpliendo así

con la normativa ambiental de México y los Estados Unidos de América para

reutilizarse en el riego.

Vigueras et al. (2013) dentro de su investigación utilizaron como medios

filtrantes fibra de agave (Agave) para tratar las aguas residuales municipales y

así evaluaron su rendimiento mediante la implementación de un sistema de

biofiltración, se aplicaron cinco tasas de carga hidráulica superficial (CHS) 0,27,

0,54, 0,80, 1,07 y 1,34 m3m-2d-1 y obtuvieron mayor eficiencia de remoción con

una CHS de 0,80 m3m-2d-1, de 92% de DBO5, 79.7% DQO, 91,9% SST y 99,9%

de coliformes fecales, cumpliendo por ende con las normas de la EPA de México

y Estados Unidos para reúso en riego.

Garzón y Buelna (2011) plantearon un tratamiento de aguas residuales para

una escuela mediante un sistema de filtración por percolación sobre medios

orgánicos de empaque, constituidos por una mezcla de desperdicios de poda de

dos especies arbóreas tabachín o poinciana enana (Caesalpina pulcherrima) y

35

jacaranda (Jacaranda mimosifolia), el sistema operó con una tasa de carga

hidráulica superficial (CHS) de 0.078 m3m-2d-1 y obtuvieron una remoción de 97%

de DBO5, 71% DQO, 95% SST y 11% de PO-P, por ende pueden ser reutilizadas

en la escuela en riego de áreas verdes y/o baños.

Además, el trabajo de Rodríguez y García (2011) evaluó un sistema para

remover contaminantes presentes en aguas servidas utilizando las especies

Eichhornia crassipes y Pistia stratiotes. En su investigación, se utilizó un tiempo

de retención hidráulico de 8 días, se aplicaron las ambas especies por separado

y con la asociación de ambas. En sus resultados obtuvieron niveles de pH entre

7 – 8 cumpliendo con los Límites Máximos Permisibles y los Estándares de

Calidad Ambiental para Agua de Perú.

Por otro lado, en el trabajo de Moncada (2011) un sistema para tratar aguas

residuales del lavaplatos de la cocina mediante un humedal de flujo

subsuperficial con las especies Canna X generalis, Heliconia psittacorum,

Heliconia wagneriana, Costus speciosus y Cyperus involucratus. Obtuvieron

resultados con altos rendimiento en DBO, DQO, SST, SS, PT, GyA y CF. Sin

embargo, en los NT hubo un aumento con un rendimiento negativo de -111. En

el cual hubo un predominio de condiciones anaerobias que limitan el proceso de

nitrificación, además de la mineralización del nitrógeno orgánico existente, es la

posible causa de que no exista remoción de NT.

En la investigación documental de Carhua y Huancas (2020) analizaron bases

de datos de varios fuentes bibliográficas en donde evaluaban la eficiencia del

Jacinto de agua (Eichhornia crassipes) y Papiro (Cyperus papyrus), en donde se

muestra que el papiro en el estudio de Nuñez (2016) obtuvo una mayor remoción

con respecto al jacinto de agua estudiado por Rodríguez y García (2012).

36

Además, se evidencia que el Cyperus papyrus muestra una mayor cantidad de

raíces.

Rezania et al. (2015) realizaron un estudio sobre las perspectivas de la

fitorremediación utilizando jacinto de agua para la eliminación de contaminantes

presentes en las aguas residuales, de tal manera se pudo comprobar que la

eficiencia de eliminación de contaminantes fue mayor en comparación con otras

plantas acuáticas, así mismo su implementación se la reconoce como una de las

mejores tecnologías de remediación ecológica.

Cantuña (2019) planteo evaluar la eficiencia de la rizofiltración mediante el

uso de la lenteja de agua (Lemna minor) y jacinto de agua (Eichhornia crassipes)

para remediar el agua residual, donde se utilizó tres tratamientos

respectivamente el primero con jacinto de agua, el segundo con lenteja de agua

y el tercero con ambas especies, de tal manera se comprobó que el primer

tratamiento obtuvo mayores porcentajes de reducción, así mismo la

implementación de esta especie es una alternativa viable y accesible para el

tratamiento de aguas residuales.

2.2 Bases teóricas

2.2.1 Aguas residuales

Las aguas residuales son aquellas aguas que han sido utilizadas en

actividades domésticas, urbanas, industriales, agrícolas y ganaderas, por lo

tanto, contienen una gran cantidad de contaminantes, que son dañinas tanto

para el ser humano como para el entorno, sin son vertidas directamente a los

cuerpos receptores de agua sin recibir algún tratamiento previo.

Ramos, Sepúlveda y Villalobos (2003) aseguran que entre los diferentes tipos

de sustancias contaminantes que se pueden encontrar en las aguas residuales

37

están las sustancias orgánicas, los organismos microbianos, las sustancias

radiactivas, las sustancias inorgánicas y la contaminación térmica, de esto

dependen las características de las aguas residuales de una comunidad además

de otros factores como el consumo de agua potable, el tipo sistema de

alcantarillado y la existencia de sistemas individuales de disposición final de

excretas.

A menudo en varios apartados se distinguen tres tipos de aguas residuales

como se puede observar en (ver anexo Tabla 69).

2.2.1.1. Aguas residuales domésticas

Las aguas residuales domésticas contienen todos los organismos patógenos

que afectan al hombre y que llegan al aparato digestivo. Son muy ricas en

nutrientes como fósforo, nitrógeno, carbono y otros en formas simples y

complejas (grasas, proteínas, azúcares, vitaminas, sales o compuestos

inorgánicos). Los nutrientes causan demandas biológicas o bioquímicas de

oxígeno (DBO) que pueden varias entre 00 y 400 mg/l. En estas aguas el número

de bacterias coliformes varía entre 100 y 1000 millones por cada 100 ml. (Acosta,

2008, págs. 62, 63).

Las aguas residuales domésticas se dividen de acuerdo a su composición

variada, en aguas grises que provienen del lavado de ropa, duchas, lavabos y

las aguas negras que provienen únicamente de los inodoros ver Figura 38.

Franco (2007) menciona que los porcentajes van a variar en cada vivienda de

acuerdo a varios factores como el ingreso económico, el lugar, la época del año,

etc. En la Figura 39 se puede observar que la producción de aguas grises abarca

entre el 60 a 70% total de las aguas residuales domésticas, su composición varía

sobre todo por los productos de limpieza ocupados.

38

2.2.1.2. Reutilización del agua

Las aguas grises después de recibir un tratamiento adecuado pueden ser

reutilizadas dentro de varias actividades como domésticas, urbanas, industriales,

mineras y agrícolas. La reutilización evita que las aguas grises sean vertidas

directamente en cuerpos de agua, disminuyendo la contaminación, por lo tanto,

la reutilización es un medio para gestionar el uso del agua poder combatir el

deterioro en el medio ambiente (Carrion, 2006).

2.2.1.3. Calidad del agua

Las aguas grises presentan una menor carga de contaminación orgánica y

microbiológica. Se toma en cuenta a las duchas, bañeras, lavamanos, aguas de

cocinas y lavadoras, como aguas grises que están compuestas principalmente

por materia orgánica e inorgánica y microorganismos. Estas características

hacen de ella un afán de sustituir el agua de consumo humano en usos comunes

como riego de jardines, recarga de cisternas de WC, limpieza y baldeo de

pavimentos, etc.

Es por ello, que según (Asosiación Española de Empresas del Sector el Agua

[AQUA ESPAÑA], 2018) su contaminación se determina básicamente con los

parámetros físicos, químicos y microbiológicos (ver anexo Tabla 70).

A diferencia de las aguas residuales domésticas, éstas presentan una baja

carga orgánica y una contaminación microbiológica sustancialmente menor. Por

este motivo, las aguas grises son apropiadas para el reciclaje.

2.2.1.4. Tratamiento biológico de las aguas

Condorchem Envitech (s.f.) menciona que cuando las aguas residuales

presentan una elevada concentración de materia orgánica disuelta, es el

tratamiento biológico, por su sencillez y bajos costes. Los únicos requisitos para

39

la aplicación satisfactoria de esta tecnología son que la contaminación sea

biodegradable y que no haya presencia de ningún compuesto biocida en el

efluente a tratar. “Por lo que, en el proceso de depuración la actividad

microbiológica y las plantas emergentes actúan de manera asociada” (Vinueza,

2014, pág. 26).

Además, básicamente se pueden identificar dos tipos de sistemas de

tratamiento biológico:

Lagunajes: “Son sistemas de tratamiento que requieren grandes

extensiones de terreno disponible para su implementación, el tratamiento de

aguas residuales se basa en la interacción de la luz solar, el viento y algas, con

o sin ayuda de equipos de aireación” (Vinueza, 2014, pág. 26).

Humedales: “Son zonas construidas por el hombre en las que se reproducen,

de manera controlada, los procesos físicos, químicos y biológicos de eliminación

de contaminantes que ocurren normalmente en los humedales naturales”

(Vinueza, 2014, pág. 26).

2.2.2 Biofiltros

Comisión Nacional del Medio Ambiente (como se citó en Coronel, 2015) hacen

referencia a que los biofiltros están constituidos por distintos estratos tanto de

material orgánico e inorgánico, por lo tanto cuando el agua residual ingresa

posteriormente se distribuye en la superficie del biofiltro y desciende por la acción

de la gravedad de manera que el material orgánico quedara atrapado en el medio

filtrante, donde será degradada y consumida por la acción microbiológica,

reduciendo la concentración de los sólidos suspendidos a la salida.

Iwai y Kitao (como se citó en Flores, 2006) mencionan que debido a que el

medio filtrante cumple con las funciones de tratamiento biológico y filtración se

40

le conoce como filtración combinada, filtración con película biológica o

biofiltración.

2.2.2.1. Principios de funcionamiento

Arango (2004) menciona que los sistemas de biofiltración se puede clasificar

por:

• Gravedad: En este caso el agua pasa por el biofiltro por gravedad.

• Presión: El agua fluye a través del medio filtrante de manera forzada

por presión.

Para implementar un sistema de biofiltración es necesario considerar las

características del efluente a tratar, el tipo de material filtrante a elegir y su

contenido de humedad, como también los microorganismos que actuaran en el

proceso (Quija, 2018).

Sekoulov, Rüdiger y Barz (2009) indican que este sistema está compuesto por

las siguientes fases:

• Fase sólida: medio filtrante

• Fase líquida: agua residual a tratar

Antes de empezar a operar el sistema de tratamiento, debe llevarse a cabo el

acondicionamiento del mismo a bajas tasas para su adaptación. De manera que

en esta etapa se empezara con un medio filtrante limpio, donde el crecimiento

microbiano comenzara a formarse con la biopelícula cuando exista sustrato y se

encuentre bajo condiciones aptas de humedad, temperatura y/o aire, sobretodo,

será esencial un periodo de tiempo adecuado para alcanzar el proceso de

desarrollo de la biopelícula (Sosa, Vigueras y Holguín, 2014).

Iwai y Kitao (como se citó en Flores, 2006) mencionan que los procesos de

biopelícula purifican el agua residual mediante la utilización de microorganismos

41

adheridos a una superficie sólida que se mantiene en contacto con el agua

residual de manera continua o intermitente.

2.2.2.2. Medio filtrante

El medio o lecho filtrante es un componente de gran importancia en los

sistemas de biofiltración, ya que garantizan la eficiencia del sistema, la

estabilidad operacional y su vida útil.

Cóndor (2019) menciona que:

De éste depende el costo del sistema, ocupa generalmente el 50 y 70% de la

altura total del biofiltro y tiene como principales funciones las siguientes:

• Facilitar el contacto entre el agua y los microorganismos contenidos en

el biofiltro

• Proporciona un flujo uniforme

• Proveer la mayor área superficial de soporte y que permita la formación

de la biopelícula

• Retener contaminantes del agua residual a tratar (pág. 24).

2.2.2.3. Tipos de medios filtrantes

Los tipos de medios filtrantes comúnmente se clasifican en dos grupos:

1) Medio filtrante inerte

Incluyen materiales como arena, antracita, grava, calcita, carbón activado y

roca de escoria volcánica (tezontle) (Mijaylova et al., 2008). También están como

medios filtrantes sintéticos las esferas de polietileno, entre otros y se los

demonina como medios de alta tasa por la carga organica que toleran (Correa y

Sierra , 2004).

Sosa (2015) asegura que “la ventaja más importante es que tienen una

porosidad, en general mayor del 80% y son muy ligeros. Esta propiedad permite

42

aplicar grandes cargas organicas sin riesgo de obstruir el lecho por el execiso

crecimiento de la película microbiana”. (pág. 21)

Además, se detallan las características operacionales de sistemas de

biofiltración con lechos inorgánicos (ver anexo Tabla 71).

2) Medio filtrante orgánico

Se incluyen las virutas de coníferas y turba (Vigueras et al., 2013), fibra de

agave (Buelna, Dubé y Tremblay, 2001), residuos de poda de tabachín

(Caesalpina pulcherrima) y jacaranda (Jacaranda mimosifolia) (Garzón y Buelna,

2011), las cáscaras de coco y aserrín (Vicente, 2016), la luffa (Luffa cylindrica)

(Castillo et al., 2016), astillas de madera de mezquite (Prosopis) (Sosa, 2015)

entre otros.

El proceso de tratar el agua residual en un biofiltro con lecho orgánico, consta

de tres procesos simultáneos, los cuales según Cóndor (2019) son:

• Filtración: reducción de sólidos

• Absorción, adsorción e intercambio iónico: para la retención de

contaminantes

• Degradación biológica: el cual consta de la formación de una biopelícula

2.2.3 Humedal artificial o construido

Los humedales naturales cumplen una gran función en el tratamiento de

agentes contaminantes en el agua. Es así que mencionan Plaza de los Reyes y

Vidal (como se citó en Vidal et al., s.f.) “ha permitido que el hombre haya

inventado sistemas artificiales que emulen estas funciones, creando humedales

artificiales o construidos, para el tratamiento de efluentes de origen urbano como

industrial” (pág. 34).

43

2.2.3.1. Clasificación de los humedales artificiales

Entonces, según Delgadillo et al. (2010) los humedales artificiales se clasifican

de acuerdo al tipo de funcionamiento que empleen las macrófitas: macrófitas fijas

al sustrato (enraizadas) o macrófitas flotantes libres.

Además, de acuerdo a la forma de vida de las macrófitas según Delgadillo et

al. (2010) los humedales artificiales se clasifican en:

• Sistemas de tratamiento basados en macrófitas de hojas flotantes:

principalmente angiospermas sobre suelos anegados. Los órganos

reproductores son flotantes o aéreos. Los ejemplares más utilizados para

este sistema son el jacinto de agua (Eichhornia crassipes) y la lenteja de

agua (Lemna sp.).

• Sistemas de tratamiento basados en macrófitas sumergidas:

corresponden a especies que se encuentran en la zona fótica (a la cual llega

la luz solar), pero las angiospermas vasculares viven hasta los 10 m de

profundidad. Los órganos reproductores son aéreos, flotantes o sumergidos.

Algunos ejemplares son helechos, angiospermas, numerosos musgos y

carófitas.

• Sistemas de tratamiento basados en macrófitas enraizadas

emergentes: corresponden a plantas perennes sujetas en suelos anegados

permanente o temporalmente, con órganos reproductores aéreos (Centro

Regional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas [CRICYT], 2003).

Por lo tanto, las macrófitas enraizadas emergentes, pueden tener la siguiente

clasificación:

Ortega et al. (2010) mencionan que:

44

Los Humedales Artificiales se han clasificado tradicionalmente en dos

modelos que van de acuerdo con la circulación del agua, según se clasifican

en: superficial o subsuperficial. En los Humedales Artificiales de Flujo

Superficial o Flujo Libre (HAFS) el agua a tratar circula por encima del

sustrato, mientras que en los Humedales Artificiales de Flujo Subsuperficial

(HAFSS), el agua recorre el humedal de forma subterránea, a través de los

espacios intersticiales del lecho filtrante (pág. 142).

En la Figura 40 se resume de manera más clara la clasificación:

2.2.3.2. Humedales artificiales de flujo superficial

En los HAFS según Delgadillo et al. (2010) el agua discurre libremente por la

superficie del sustrato donde se encuentran enraizadas las plantas, circulando

alrededor de sus tallos y hojas, por lo que se encuentra expuesta directamente

a la atmósfera ver Figura 41. Estos humedales están constituidos por balsas

o canales con vegetación emergente y niveles de agua poco profundos

(inferiores a 0,4 m) (pág. 142).

2.2.3.3. Humedales artificiales de flujo subsuperficial

En los HAFSS según Ortega et al. (2010) “la circulación del agua es

subterránea, a través de un medio granular (arena, gravilla, grava) de

permeabilidad suficiente, y en contacto con los rizomas y raíces de los

macrófitos” (pag.143). Tienen una profundidad de agua cercana o mayor a los

0,6 m. Comúnmente, son utilizados en su mayoría como tratamiento secundario

de las aguas residuales generadas en pequeñas poblaciones.

Pero, constituye una limitante con la concentración de la materia orgánica,

cuyo valor está limitado aproximadamente a 150 mg/L, alcanzándose niveles de

eliminación de un 60% (Metcalf y Eddy, 1995).

45

Estos sistemas requieren menos superficie, por lo que además presenta

ciertas ventajas con respecto a los de flujo superficial, Ortega et al., (2010)

afirma:

• Menor incidencia de malos olores debido a la naturaleza subterránea del

flujo de agua.

• Bajo riesgo de exposición directa de las personas y de aparición de

insectos (mosquitos) gracias al flujo subterráneo.

• Protección térmica, debido a la acumulación de restos vegetales y al flujo

subterráneo. Ideal para países con climas fríos (págs. 143-144).

Así mismo, los humedales de flujo subsuperficial se pueden clasificar en

función de la forma de aplicación de agua al sistema:

• Humedales de flujo subsuperficial horizontal

En este tipo de humedal según Ortega et al. (2010) indican que:

La alimentación se efectúa de forma continua, aunque también pueden

funcionar de forma intermitente, si fuese necesario bombear las aguas

residuales. En este tipo de humedales las aguas circulan horizontalmente,

atravesando un sustrato filtrante de gravilla-grava de unos 0,4-0,6 m de

espesor, en el que se fija la vegetación ver Figura 42. A la salida de los

humedales, una tubería flexible permite controlar el nivel de encharcamiento,

que suele mantenerse unos 5 cm por debajo del nivel de los áridos, lo que

impide que las aguas sean visibles (pág. 145).

• Humedales de flujo subsuperficial vertical

Este tipo de sistemas según Klob (1998) se los conoce como filtros

intermitentes, ya que son cargados de esa forma, para garantizar la saturación

por medio de periodos de cargas de instauración, a la vez estimulando el

46

suministro de oxígeno. Por lo que, hay muchas formas de variar la distribución

de intervalos, la composición de la cama matriz, etcétera, consiguiendo

resultados promisorios.

Para conseguir esto, según Ortega et al. (2010) se recurre tanto al empleo de

tuberías perforadas, que descansan sobre el lecho filtrante, como al empleo de

tuberías de mayor sección que se apoyan en pivotes repartidos por toda la

superficie.

Con respecto al funcionamiento Carvajal, Zapattini y Quintero (2018)

menciona que:

Las aguas circulan verticalmente a través de un sustrato filtrante de arena-

gravilla-grava, de 0,5- 0,8 m de espesor, en el que se fija la vegetación. En el

fondo de los humedales una red de drenaje permite la recogida de los

efluentes depurados. A esta red de drenaje se conecta un conjunto de

conductos, que sobresalen de la capa de áridos, al objeto de incrementar la

oxigenación del sustrato filtrante por ventilación natural (efecto chimenea)

(pág. 103).

Las cargas hidráulicas y orgánicas determinan el diseño y el tamaño del

humedal ver Figura 43 y ver Figura 44. En la que, Tilley et al. (2018) mencionan

que generalmente se requiere de una superficie de 1 a 3 m2 por persona.

2.2.3.4. Partes de los humedales de flujo subsuperficial

Agua (grises)

Las aguas provienen del sistema de abastecimiento de agua de alguna

población, que previamente tuvo alguna utilización. Es decir, que tuvo

modificaciones por los diferentes usos en actividades comunitarias, domesticas,

47

etc., que son recogidas por una red de alcantarillado que las conducirá hacia el

humedal, en este caso según (Delgadillo et al., 2010).

Estos resultan en una combinación de liquidos y residuos sólidos que para

efecto de este trabajo provienen de las residencias del recinto “La Cabuya”.

Según Delgadillo et al. (2010) asegura que los contaminantes de interés en el

tratamiento de las aguas residuales son los que mencionan en (ver anexo Tabla

72).

Sustrato

Es el soporte de la vegetación, que estará constituido principalmente por arena,

grava, roca, sedimentos y restos de vegetación que se acumulan en el humedal

debido al crecimiento biológico según (Delgadillo et al., 2010).

Además, la permeabilidad debe ser lo suficiente para permitir el paso del agua

a través de él. Por lo que, se debe utilizar suelos de tipo granular,

específicamente grava de 5 mm de diámetro aproximadamente.

Los sedimentos, el sustrato y los restos de vegetación son importantes según

Lara (2018) por las siguientes razones:

• Son capaces de soportar muchos de los organismos vivientes en el

humedal.

• La permeabilidad del sustrato influye en la dinámica del agua a través del

humedal.

• Muchas transformaciones químicas y biológicas (sobre todo microbianas)

ocurren dentro del sustrato.

• Proporciona suficiente almacenamiento para contaminantes.

• La acumulación de restos de vegetación aumenta la cantidad de materia

orgánica en el humedal. Este último permite el intercambio de materia,

48

fijación de microorganismos y es una gran fuente de carbono que, a su

vez, es la fuente de energía para algunas de las más importantes

reacciones biológicas en el humedal.

Vegetación

González (2014) menciona que existe una gran variedad de plantas que son

utilizados en los humedales artificiales, estos pueden ser:

• Juncos de agua, eneas o espadañas (Typha sp.)

• Esparganios (Sparganium sp.)

• Diversas especies de juncos (Cyperus sp., Scirpus, Juncus, etc.)

• Carrizos (Phragmites sp.)

Microorganismos

La función de los humedales artificiales está regulada principalmente por los

microorganismos y su metabolismo (Wetzel, 1993). Por lo que, el papel de estos

seres vivos es fundamental en la depuración de estas aguas, ya que la actividad

microbiana es la principal dependencia en la eficiencia de los humedales.

Entonces, es necesario tener en cuenta las necesidades de estos

microorganismos en donde el sustrato y la vegetación deben ser correctamente

adecuados para servir como elemento de fijación.

Rodríguez (2017) menciona que:

La actividad microbiana permite:

• La transformación de gran número de sustancias orgánicas e inorgánicas

en sustancias inocuas o insolubles.

• Modificar las condiciones de reducción/oxidación del sustrato modificando

la capacidad del humedal.

• Están involucrados en el reciclaje de los nutrientes (pág. 29).

49

2.2.3.5. Mecanismos de remoción de contaminantes

Estos sistemas incluyen procesos amplios de procesos físicos, químicos y

biológicos, en la que desarrollan mecanismo de remoción de contaminantes del

agua residual (ver anexo Tabla 73).

2.2.4 Consideraciones para implementar un eco-sistema de biofiltración

y humedal

2.2.4.1. Consideraciones para el diseño del biofiltro

Paredes (2016) menciona que “el diseño de los biofiltros es muy variable,

pueden ser sistemas cerrados o abiertos, de uno o múltiples lechos de soporte

teniendo en cuenta cada uno una altura de entre 0.5 y 1.5m” (pág. 7).

Se debe considerar que estos sistemas están compuestos por (Paredes,

2016):

• Una capa principal de biofitración: materiales biodegradables de 0.5 y

0.4m

• Medios de soporte: materiales pétreos de 0.10 y 0.15m

2.2.4.2. Consideraciones para el diseño del humedal

Para el dimensionamiento del sistema se debe tener en cuenta el diseño

hidráulico, el cual incluye de manera significativa en la eficiencia de depuración.

El flujo debe ser uniforme y de tipo pistón en los modelos de diseño. Además, se

debe considerar la ley de Darcy, ya que este describirá el flujo en el medio

poroso. Para el diseño y construcción se debe considerar el tipo de humedal. Por

lo que, en este trabajo se asumirá un humedal subsuperficial de flujo horizontal.

Entonces, para este diseño según Delgadillo et al. (2010) se debe considerar

lo siguiente:

• Cálculo del área necesaria.

50

• Profundidad del humedal.

• Pendiente.

• Sustrato

Para efecto de cálculos del dimensionamiento del humedal se toma como

referencia el libro de Crites y Tchobanoglous (1998) llamado Small Desentralized

Wastewater Treatment Systems, con lo siguiente:

1. Determinar la temperatura media mensual del ambiente en donde el

sistema trabajará T (°C).

2. Calcular la constante de velocidad de reacción, Kr (días-1) para la DBO en

la temperatura adecuada presentada en la ecuación 1. Considerando que

el valor recomendado por Crites y Tchobanoglus para el cálculo de Kr será

1.06.

𝑲𝒓 = 𝑲𝟐𝟎°𝑪 (𝟏. 𝟎𝟔(𝑻−𝟐𝟎)) (1)

3. El tiempo de retención t (días), en donde se calculará el agua se quedará

en el sistema para alcanzar el nivel de DBO deseado, con la ecuación 2.

𝒕 = −𝑰𝒏( 𝒄𝒄𝒐)𝑲𝒓 (2)

Co = concentración DBO del agua que entra al sistema (mg/L o g/m3)

C = concentración DBO deseada del agua (mg/L o g/m3) a la salida del sistema

4. Se debe verificar el índice de carga orgánica, Lorg (g DBO/m2.día), el cual

indicará la masa de DBO por área por día que el sistema recibirá. Se

recomienda que no debe exceder 11.2 g DBO/m2.día. 𝑳𝒐𝒓𝒈 = (𝒄) (𝒅𝒘)(𝒏)𝒕 (3)

C = nivel de DBO (DBO/m2.día.) del agua influyente

51

dw = es la profundidad del sustrato (m), en que 0.4m< dw <0,85m

t = tiempo de retención en días, calculado en la ecuación 2 𝒏 = porosidad del sustrato, que es básicamente la proporción del volumen no

solido al volumen total de la materia, adimensional.

Además, se detallan los valores típicos de sustratos de humedales

construidos (ver anexo Tabla 74).

5. Se determinará el área superficial del terreno que se necesita para el

humedal. 𝑨𝒔 = (𝑸𝒂𝒗𝒆)(𝒕)(𝜼)(𝒅𝒘) (4)

Qave = flujo diario medio por el humedal (m3/día)

t = tiempo de retención en días, calculado en la ecuación 2

dw = es la profundidad del medio (m), utilizado en la ecuación 3 𝒏 = porosidad del sustrato, utilizado en la ecuación 3

6. Finalmente, se calculará las dimensiones que debe tener el humedal, con

lo siguiente formula:

𝑊 = (𝐴𝑠𝑅𝐴)0.5

W = ancho (m)

As = área del humedal (m2)

RA = proporción largo-ancho, Grites y Tchobanoglous recomienda una

proporción 2:1 y 4:1.

7. La longitud (L) se calcula mediante: 𝑳 = 𝑨𝒔𝒘 (6)

52

2.3 Marco legal

2.3.1 Constitución de la República del Ecuador (2008)

TITULO I ELEMENTOS CONSTITUTIVOS DEL ESTADO Capítulo primero Principios fundamentales Art. 3.- Son deberes primordiales del Estado: 1. Garantizar sin discriminación alguna el efectivo goce de los derechos establecidos en la Constitución y en los instrumentos internacionales, en particular la educación, la salud, la alimentación, la seguridad social y el agua para sus habitantes. 2. Garantizar y defender la soberanía nacional. 3. Fortalecer la unidad nacional en la diversidad. 4. Garantizar la ética laica como sustento del que hacer público y el ordenamiento jurídico. 5. Planificar el desarrollo nacional, erradicar la pobreza, promover el desarrollo sustentable y la redistribución equitativa de los recursos y la riqueza, para acceder al buen vivir. 6. Promover el desarrollo equitativo y solidario de todo el territorio, mediante el fortalecimiento del proceso de autonomías y descentralización. 7. Proteger el patrimonio natural y cultural del país. 8. Garantizar a sus habitantes el derecho a una cultura de paz, a la seguridad integral y a vivir en una sociedad democrática y libre de corrupción (pág. 9).

TITULO II DERECHOS Capítulo segundo Derechos del buen vivir Sección segunda Ambiente sano Art. 14.- Se reconoce el derecho de la población a vivir en un ambiente sano y ecológicamente equilibrado, que garantice la sostenibilidad y el buen vivir, sumak kawsay. Se declara de interés público la preservación del ambiente, la conservación de los ecosistemas, la biodiversidad y la integridad del patrimonio genético del país, la prevención del daño ambiental y la recuperación de los espacios naturales degradados (pág. 14).

53

TITULO V ORGANIZACION TERRITORIAL DEL ESTADO Capítulo cuarto Régimen de competencias Art. 264.- Los gobiernos municipales tendrán las siguientes competencias exclusivas sin perjuicio de otras que determine la ley: 1. Planificar el desarrollo cantonal y formular los correspondientes planes de ordenamiento territorial, de manera articulada con la planificación nacional, regional, provincial y parroquial, con el fin de regular el uso y la ocupación del suelo urbano y rural. 2. Ejercer el control sobre el uso y ocupación del suelo en el cantón. 3. Planificar, construir y mantener la vialidad urbana. 4. Prestar los servicios públicos de agua potable, alcantarillado, depuración de aguas residuales, manejo de desechos sólidos, actividades de saneamiento ambiental y aquellos que establezca la ley. 5. Crear, modificar o suprimir mediante ordenanzas, tasas y contribuciones especiales de mejoras. 6. Planificar, regular y controlar el tránsito y el transporte público dentro de su territorio cantonal. 7. Planificar, construir y mantener la infraestructura física y los equipamientos de los espacios públicos destinados al desarrollo social, cultural y deportivo de acuerdo con la ley. Previa autorización del ente rector de la política pública podrán construir y mantener la infraestructura física y los equipamientos de salud y educación. 8. Preservar, mantener y difundir el patrimonio arquitectónico, cultural y natural del cantón y construir los espacios públicos para estos fines. 9. Formar y administrar los catastros inmobiliarios urbanos y rurales. 10. Delimitar, regular, autorizar y controlar el uso de las playas de mar, riberas y lechos de ríos, lagos y lagunas, sin perjuicio de las limitaciones que establezca la ley. 11. Preservar y garantizar el acceso efectivo de las personas al uso de las playas de mar, riberas de ríos, lagos y lagunas. 12. Regular, autorizar y controlar la explotación de materiales áridos y pétreos, que se encuentren en los lechos de los ríos, lagos, playas de mar y canteras. 13. Gestionar los servicios de prevención, protección, socorro y extinción de incendios. 14. Gestionar la cooperación internacional para el cumplimiento de sus competencias (pág. 132).

54

TITULO VII REGIMEN DEL BUEN VIVIR Capítulo segundo Biodiversidad y recursos naturales Sección sexta Agua Art. 411.- El Estado garantizará la conservación, recuperación y manejo integral de los recursos hídricos, cuencas hidrográficas y caudales ecológicos asociados al ciclo hidrológico. Se regulará toda actividad que pueda afectar la calidad y cantidad de agua, y el equilibrio de los ecosistemas, en especial en las fuentes y zonas de recarga de agua. La sustentabilidad de los ecosistemas y el consumo humano serán prioritarios en el uso y aprovechamiento del agua (pág. 196).

2.3.2 Código Orgánico del Ambiente (2017)

CAPITULO V CALIDAD DE LOS COMPONENTES ABIOTICOS Y ESTADO DE LOS COMPONENTES BIOTICOS Art. 196.- Tratamiento de aguas residuales urbanas y rurales. Los Gobiernos Autónomos Descentralizados Municipales deberán contar con la infraestructura técnica para la instalación de sistemas de alcantarillado y tratamiento de aguas residuales urbanas y rurales, de conformidad con la ley y la normativa técnica expedida para el efecto. Asimismo, deberán fomentar el tratamiento de aguas residuales con fines de reutilización, siempre y cuando estas recuperen los niveles cualitativos y cuantitativos que exija la autoridad competente y no se afecte la salubridad pública. Cuando las aguas residuales no puedan llevarse al sistema de alcantarillado, su tratamiento deberá hacerse de modo que no perjudique las fuentes receptoras, los suelos o la vida silvestre. Las obras deberán ser previamente aprobadas a través de las autorizaciones respectivas emitidas por las autoridades (pág. 55). 2.3.3 Ley Orgánica de Recursos Hídricos, Usos y Aprovechamiento del

Agua (2014)

TÍTULO II RECURSOS HÍDRICOS CAPÍTULO I DEFINICIÓN, INFRAESTRUCTURA Y CLASIFICACIÓN DE LOS RECURSOS HÍDRICOS Art. 12.- Protección, recuperación y conservación de fuentes. El Estado, los sistemas comunitarios, juntas de agua potable y juntas de riego, los consumidores y usuarios, son corresponsables en la protección, recuperación

55

y conservación de las fuentes de agua y del manejo de páramos, así como la participación en el uso y administración de las fuentes de aguas que se hallen en sus tierras, sin perjuicio de las competencias generales de la Autoridad Única del Agua de acuerdo con lo previsto en la Constitución y en esta Ley. La Autoridad Única del Agua, los Gobiernos Autónomos Descentralizados, los usuarios, las comunas, pueblos, nacionalidades y los propietarios de predios donde se encuentren fuentes de agua, serán responsables de su manejo sustentable e integrado, así como de la protección y conservación de dichas fuentes, de conformidad con las normas de la presente Ley y las normas técnicas que dicte la Autoridad Única del Agua, en coordinación con la Autoridad Ambiental Nacional y las prácticas ancestrales. El Estado en sus diferentes niveles de gobierno destinará los fondos necesarios y la asistencia técnica para garantizar la protección y conservación de las fuentes de agua y sus áreas de influencia. En caso de no existir usuarios conocidos de una fuente, su protección y conservación la asumirá la Autoridad Única del Agua en coordinación con los Gobiernos Autónomos Descentralizados en cuya jurisdicción se encuentren, siempre que sea fuera de un área natural protegida. El uso del predio en que se encuentra una fuente de agua queda afectado en la parte que sea necesaria para la conservación de la misma. A esos efectos, la Autoridad Única del Agua deberá proceder a la delimitación de las fuentes de agua y reglamentariamente se establecerá el alcance y límites de tal afectación. Los propietarios de los predios en los que se encuentren fuentes de agua y los usuarios del agua estarán obligados a cumplir las regulaciones y disposiciones técnicas que en cumplimiento de la normativa legal y reglamentaria establezca la Autoridad Única del Agua en coordinación con la Autoridad Ambiental Nacional para la conservación y protección del agua en la fuente (pág. 6). 2.3.4 Acuerdo Ministerial N° 061 Reforma del Libro VI del Texto Unificado

de Legislación Secundaria (2015)

SECCIÓN III PARÁGRAFO I

DEL AGUA Art. 210 Prohibición. - De conformidad con la normativa legal vigente: a) Se prohíbe la utilización de agua de cualquier fuente, incluida las subterráneas, con el propósito de diluir los efluentes líquidos no tratados;

56

b) Se prohíbe la descarga y vertido que sobrepase los límites permisibles o criterios de calidad correspondientes establecidos en este Libro, en las normas técnicas o anexos de aplicación; c) Se prohíbe la descarga y vertidos de aguas servidas o industriales, en quebradas secas o nacimientos de cuerpos hídricos u ojos de agua; y, d) Se prohíbe la descarga y vertidos de aguas servidas o industriales, sobre cuerpos hídricos, cuyo caudal mínimo anual no esté en capacidad de soportar la descarga; es decir que, sobrepase la capacidad de carga del cuerpo hídrico. La Autoridad Ambiental Nacional, en coordinación con las autoridades del Agua y agencias de regulación competentes, son quienes establecerán los criterios bajo los cuales se definirá la capacidad de carga de los cuerpos hídricos mencionados (pág. 47). Art. 211 Tratamiento de aguas residuales urbanas y rurales. - La Autoridad Ambiental Competente en coordinación con la Agencia de Regulación y Control del Agua, verificará el cumplimiento de las normas técnicas en las descargas provenientes de los sistemas de tratamiento implementados por los Gobiernos Autónomos Descentralizados (pág. 47). 2.3.5 Acuerdo Ministerial N° 097-A - Norma de Calidad Ambiental y

Descarga de Efluentes al recurso agua (Anexo 1, Libro VI de la Calidad

Ambiental, del Texto Unificado de la Legislación Secundaria) (2015)

5.1.2 Criterios de calidad de aguas para la preservación de la vida acuática y silvestre en aguas dulces, y en aguas marinas y de estuarios 5.1.2.1 Se entiende por uso del agua para preservación de la vida acuática y silvestre, su empleo en actividades destinadas a mantener la vida natural de los ecosistemas asociados, sin causar alteraciones en ellos, o para actividades que permitan la reproducción, supervivencia, crecimiento, extracción y aprovechamiento de especies bioacuáticas en cualquiera de sus formas, tal como en los casos de pesca y acuacultura. Se prohíbe el uso de aguas servidas para riego, exceptuándose las aguas servidas tratadas y que cumplan con los niveles de calidad establecidos en esta Norma (pág. 13). 5.1.2.2 Los criterios de calidad para la preservación de la vida acuática y silvestre en aguas dulces, marinas y de estuario, se presentan en la TABLA 2 (ver anexo Tabla 67) (pág. 13). 5.2.4 Normas generales para descarga de efluentes a cuerpos de agua dulce 5.2.4.1 Dentro del límite de actuación, los municipios tendrán la facultad de definir las cargas máximas permisibles a los cuerpos receptores de los sujetos

57

de control, como resultado del balance de masas para cumplir con los criterios de calidad para defensa de los usos asignados en condiciones de caudal crítico y cargas contaminantes futuras. Estas cargas máximas serán aprobadas y validadas por la Autoridad Ambiental Nacional y estarán consignadas en los permisos de descarga. Si el sujeto de control es un municipio, este podrá proponer las cargas máximas permisibles para sus descargas, las cuales deben estar justificadas técnicamente; y serán revisadas y aprobadas por la Autoridad Ambiental Nacional (pág. 21). 5.2.4.6 En condiciones especiales de ausencia de estudios del cuerpo receptor, se utilizarán los valores de la TABLA 9 de limitaciones a las descargas a cuerpos de agua dulce, con el aval de la Autoridad Ambiental Competente. Las concentraciones corresponden a valores medios diarios (ver Anexo Tabla 68) (pág. 21).

58

3. Materiales y métodos

3.1 Enfoque de la investigación

3.1.1 Tipo de investigación

3.1.1.1. Documental

La investigación documental hace referencia a que el investigador selecciona

y recopila la información que necesita contenida en distintos documentos, como

los libros, revistas, encuestas, estadísticas, tratados, periódicos, tesis,

investigaciones publicadas, entre otros. Por lo tanto, el papel del investigador

será ordenar y analizar la información documentada de distintas fuentes

existentes (Reza, 1997). Por ende, para el desarrollo de la investigación, se

obtuvo información bibliográfica a través de distintitas fuentes, para ser analizada

obteniendo resultados para la investigación planteada.

3.1.1.2. Descriptiva

La función principal de este tipo de investigación es describir las

características fundamentales seleccionadas del objeto de estudio, los aspectos,

las partes, las clases o categoría, con la finalidad incluso de comprobar una

hipótesis (Niño, 2011). “La investigación descriptiva se soporta principalmente

en técnicas como la encuesta, la entrevista, la observación y la revisión

documental” (Bernal, 2010, pág. 113).

La investigación descriptiva, permitió describir las características del proceso

sobre la Evaluación del eco-sistema biofiltración y humedal para tratar aguas

grises, a través de la observación y la revisión documental, además se encuestó

a los habitantes de la zona de estudio para socializar la propuesta del diseño del

eco-sistema.

59

3.1.1.3. De campo o laboratorio

La principal finalidad de la investigación de campo o laboratorio, es tomar los

datos directamente de la realidad, registrarlos y ordenarlos como objetivo de

estudio (Baena, 2014). Dentro de la investigación se realizó una recolección de

datos evaluando los parámetros estipulados, a través de las muestras

recolectadas para determinar la calidad del agua antes y después del tratamiento

aplicado.

3.1.2 Diseño de investigación

En efecto el diseño de la investigación es experimental y de campo, ya que su

finalidad fue evaluar la eficiencia de implementar un eco-sistema de biofiltración

mediante trozos de madera de algarrobo (Prosopis pallida) y tabachin

(Caesalpina pulcherrima) y humedal mediante papiro (Cyperus papyrus) y jacinto

de agua (Eichhornia crassipes), para tratar las aguas grises que generan en las

viviendas del Recinto “La Cabuya”. Consecuentemente se analizaron las

muestras en el laboratorio de la zona de estudio, obtenidas antes y después de

someterlas al tratamiento, para finalmente constatar la eficiencia de

implementación mediante los resultados correspondientes.

3.2 Metodología

3.2.1 Variables

Según el tipo de investigación, se incluyen las variables.

3.2.1.1. Variable independiente

• Kg de material filtrante (Biofiltro) - Prosopis pallida y Caesalpina

pulcherrima

• Cantidad de macrófitas (Humedal) - Eichhornia crassipes y Cyperus

papyrus

60

• Caudal (Q) - (m3/ día)

• Tiempo de retención (THR) - (día)

3.2.1.2. Variable dependiente

• Turbidez - NTU

• Potencial de Hidrógeno pH - Niveles de pH

• Sólidos disueltos totales (SDT) - (mg/L)

• Conductividad eléctrica - (µS/cm)

• Nitritos (NO2-) - (mg/L)

• Nitratos (NO3-) - (mg/L)

• Coliformes totales - (NMP/100 mL)

• Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO5) - (mg/L)

• Demanda Química de Oxigeno (DQO) - (mg/L)

• Aceites y grasas - (mg/L)

3.2.2 Tratamientos

Se planteó un sistema de tratamiento combinado de biofiltración y

fitorremediación. Las aguas grises luego de ser almacenadas pasaron por un

biofiltro empacado con residuos de madera de algarrobo (Prosopis pallida) y

tabachín (Caesalpina pulcherrima) con la finalidad de remover los sólidos

suspendidos, posteriormente llegaron a tres humedales artificiales de flujo

subsuperficial horizontal HHFSS donde se emplearon 2 especies de macrófitas

como Jacinto de agua (Eichhornia crassipes) y el Papiro (Cyperus papyrus), para

tener como resultado un adecuado tratamiento para las aguas grises domésticas

y mejor calidad para poder ser reutilizadas o vertidas.

61

Tabla 1. Composición del Biofiltro

MATERIAL PORCENTAJE

Prosopis pallida 20%

Caesalpina pulcherrima 40%

Arena 10%

Grava 10%

Autor, 2021

A continuación, se representa los 3 tipos tratamientos empleados:

Tabla 2. Tratamientos empleados y evaluados TRATAMIENTO COMPOSICIÓN

Tratamiento 1 AG (30 Gal) + BF (algarrobo y tabachín) +

HHFSS (jacinto de agua)


HHFSS (papiro)


HHFSS (jacinto de agua y papiro)

Aguas Grises = AG Biofiltro = BF Humedal de flujo susbsuperficial horizontal = HHFSS Autor, 2021

3.2.3 Diseño experimental

En este proyecto de carácter experimental, se realizó un muestreo aleatorio

simple, posteriormente se recolectó muestras de aguas grises, para obtener una

muestra compuesta.

El diseño consistió en construir un sistema combinado de biofiltración y

humedal para tratar las aguas grises, el cual contó de un tanque de

homogenización donde se recepto la muestra obtenida de aguas grises, luego

62

con ayuda de una bomba de agua pasó a un tanque automático de

almacenamiento, donde posteriormente descendió con un caudal de 0,2 m3/ d

hacia un biolfiltro a base de residuos de madera de algarrobo (Prosopis pallida)

y tabachín (Caesalpina pulcherrima).

Finalmente pasó a 3 humedales HHFSS; donde respectivamente se realizó 3

tratamientos con diferentes macrófitas: el primero con Jacinto de agua

(Eichhornia crassipes), el segundo con Papiro (Cyperus papyrus) y el tercero con

la unión de las 2 especies de macrófitas.

• En el primer humedal se realizó el tratamiento con el Jacinto de agua

(Eichhornia crassipes), se utilizó 20 plantas;

• En el segundo humedal se utilizó el Papiro (Cyperus papyrus), con 10

plantas;

• En el tercer humedal se unieron las 2 macrófitas, Jacinto de agua

(Eichhornia crassipes) y el Papiro (Cyperus papyrus), con 8 y 10

plantas respectivamente.

Antes de empacar el biofiltro y los humedales se procedió a lavar con agua

los materiales como la grava y la arena gruesa con ayuda de malla plástica fina

y posteriormente se dejó secar los materiales.

3.2.3.1. Dimensionamiento del sistema de tratamiento

• El tanque receptor o de almacenamiento de aguas grises tuvo las

siguientes medidas: 1.10m de largo y un diámetro de 0.40m, con una

capacidad de 30gal o 113.5L.

• La bomba de agua que se implementó tuvo 0.5 H.P.

• El tanque automático de almacenamiento tuvo las siguientes medidas:

0.38m de largo y un diámetro de 0.35m, con una capacidad de 20L.

63

• El biofiltro, respectivamente el tubo empacado, tuvo las siguientes

medidas: 1m de largo y un diámetro de 4in o 0.10m.

• Los humedales, respectivamente los 3 estanques, tuvieron las

siguientes medidas: 0.57m de largo, 0.43m de ancho y 0.40m de alto,

con una capacidad de 50L cada uno.

3.2.3.2. Caudal (Q)

El caudal que se implementó en el eco-sistema fue de 0.2 m3/d, ya que se

consideró el trabajo de Garzón, González y García (2016) en el cual aplicaron

dos caudales (0.2 m3/d y 0.4 m3/d), donde al aplicar el caudal menor la calidad

del efluente cumplió con la normativa mexicana (NOM-003-ECOL-1997) y

estadounidense (USEPA 2004).

3.2.3.3. Tiempo de retención

El tiempo de retención del agua en los humedales con las macrófitas

correspondientes fue de 7 días.

3.2.4 Recolección de datos

3.2.4.1. Equipos de laboratorio

• Placas Petrifilm 3M

• Vasos de precipitación de 250ml

• Piseta de 250ml

• Pipeta de 2ml

• Pera pipeteadora

• Agua destilada

• Multiparámetro

• Turbidímetro

• Incubadora

64

• Balanza

• Contador de colonias

3.2.4.2. Equipos de campo

• Guantes.

• Mascarilla

• Caja de tiras de nitritos y nitratos

• Medidor de SDT

• Esfero

• Libreta de apuntes

• Encuestas

• Botellas plásticas de 1gal

• Botellas plásticas de 1L

• Residuos de madera de algarrobo (Prosopis pallida)

• Residuos de madera de tabachín (Caesalpina pulcherrima)

• Arena

• Grava

• Veinte plantas de Papiro (Cyperus papyrus)

• Veintiocho plantas de Jacinto de agua (Eichhornia crassipes)

• Cooler

• Bomba de agua de 0.5 HP

• Tanque almacenador para las aguas grises de 30gal

• Tanque automático de almacenamiento de 20L

• Tubo de 4in

• Tubo de 1in

• Tres recipientes plásticos de 50L

65

3.2.4.3. Recursos

Para la investigación descriptiva a realizarse, se detallan a continuación:

Tabla 3. Tabla de Recursos Recursos

humanos

Recursos

materiales

Recursos

bibliográficos

Recursos

económicos

Asesor técnico Computador Tesis

$360

Internet Libros

Asesor estadístico Impresiones Documentos

Fotocopias Revistas

Investigadores

Empastado Encuestas

Materiales de

escritorio

Materiales de

construcción del

eco-sistema

Artículos

científicos

Autor, 2021

3.2.4.4. Métodos y técnicas

En la presente investigación se evaluó un sistema de tratamiento para aguas

grises, se procedió a caracterizar las muestras resultantes en el laboratorio de la

Universidad Agraria del Ecuador y/o laboratorio acreditado. Además se procedió

a realizar una encuesta a la población del Recinto “La Cabuya”.

3.2.4.4.1. Toma de muestras

El Instituto Ecuatoriano de Normalización (INEN) establece dentro de su

normativa varias técnicas y precauciones a seguir para conservar y transportar

todo tipo de muestras de agua.

66

La toma de muestra compuesta se la realizó en el recinto “La Cabuya”

mediante la recolección de aguas grises en una de las viviendas, la cual luego

fue almacenada en un tanque de 30 gal.

Con respecto a la caracterización de las aguas grises se recogió la muestra

en una botella de plástico de 1 gal, la cual se sumergió dentro del tanque hasta

llenarla completamente para luego taparla evitando que se almacene aire dentro

de la misma.

Se tomó 1 muestra por semana (5 muestras en total), para posteriormente ser

analizadas en el laboratorio de suelos con los parámetros correspondientes:

turbidez, pH, solidos totales disueltos, conductividad eléctrica, nitritos y nitratos.

Luego de obtener las aguas grises del recinto “La Cabuya”, las mismas

pasaron por una tubería hasta llegar al tanque automático de almacenamiento,

posteriormente descendieron hacia el biofiltro empacado con residuos de

madera de algarrobo (Prosopis pallida) y tabachín (Caesalpina pulcherrima),

continuando por una tubería hasta llegar a los 3 humedales, donde se realizaron

los tratamientos de fitorremediación con Jacinto de agua (Eichhornia crassipes),

papiro (Cyperus papyrus) y la unión de las dos especies de macrófitas. De la

misma manera, se tomó 1 muestra correspondiente a cada tratamiento en una

botella plástica de 1 gal luego de 7 días de retención, esto se lo realizó por 5

semanas (15 muestras en total).

Luego, las muestras fueron llevadas al laboratorio de suelos y analizadas de

acuerdo a los siguientes parámetros establecidos: turbidez, pH, solidos totales

disueltos, conductividad eléctrica, nitritos y nitratos.

Posteriormente, al mejor tratamiento resultante de acuerdo a los análisis

realizados, se le evaluaron los siguientes parámetros: DBO5, DQO, aceites y

67

grasas en un laboratorio acreditado y coliformes totales en el laboratorio de

suelos.

Para la conservación de las muestras de agua se procedió a mantener las

botellas en refrigeración y posteriormente para su transporte a los laboratorios

se las almacenó en un cooler.

3.2.4.4.2. Métodos para el análisis de muestras

Turbidez (NTU)

Se procedió a usar el turbidímetro, de la siguiente manera primero se lavó los

tubos con agua destilada luego se realizó la calibración del equipo y finalmente

se realizó la lectura de las muestras de agua de entrada sin tratamiento y de

salida con los 3 tratamientos correspondientes.

Potencial de hidrogeno (pH)

Se calibró el potenciómetro con soluciones buffer, el instrumento

posteriormente fue enjuagado con agua destilada. Luego las muestras de aguas

fueron colocadas en distintos vasos de precipitación para la medición del pH.

Solidos disueltos totales (mg/L)

Se utilizó un medidor de bolsillo de SDT, antes de ser usado se enjuago los

electrodos con agua destilada. Se colocaron las muestras de agua en los vasos

de precipitación y posteriormente se introdujo el medidor en los mismos para

calcular los SDT.

Conductividad eléctrica (µS/cm)

Se procedió a calibrar los electrodos con la solución buffer, posteriormente se

enjuago con agua destilada y se realizó la lectura de los resultados de las

muestras de agua.

68

Nitritos y Nitratos (mg/L)

Se utilizaron las tirillas reactivas QUANTOFIX para analizar nitritos y nitratos.

Las tirillas fueron sumergidas durante 1 segundo en las muestras de agua, luego

las mismas fueron agitadas levemente y se procedió a esperar 60 segundos para

obtener y leer los resultados.

Coliformes totales (NMP/100ml)

Este parámetro fue realizado en el laboratorio de la Universidad Agraria del

Ecuador, de la misma manera se escogió el mejor tratamiento resultante para su

determinación y se realizó 3 repeticiones utilizando las placas Petrifilm 3M.

Para el conteo de los coliformes totales se utilizó las placas de Petrifilm 3M.

Se procedió a colocar las placas Petrifilm en una superficie plana y se levantó la

película superior, posteriormente de forma perpendicular se colocó 1ml de la

solución con la ayuda de una pipeta y se bajó la película de manera correcta

despacio sin que quedaran burbujas de aire.

Luego las placas con las muestras fueron llevadas a la incubadora a una

temperatura de 43°C por 48 horas. Finalmente se llevaron las muestras a un

contador de colonias para determinar la cantidad de coliformes fecales.

Demanda bioquímica de oxígeno (mg/L), Demanda química de oxígeno

(mg/L) y Aceites y grasas (mg/L)

La caracterización de los parámetros físicos químicos se lo realizó al mejor

tratamiento resultante, el cual fue el tratamiento 3. Se recolectó una sola muestra

en la semana 5, fue correctamente preservada y llevada al laboratorio certificado

“LabCestta S.A.” para su respectivo análisis.

69

3.2.4.4.3. Toma de datos de la encuesta

Para socializar esta investigación se realizó una encuesta a la población del

Recinto “La Cabuya” en este caso solo se consideró a las personas mayores de

18 años de edad. Para obtener el tamaño de la muestra se utilizó la siguiente

formula:

𝑛 = 𝑍𝑎2 × 𝑝 × 𝑞 × 𝑁𝑒2(𝑁 − 1) + 𝑍𝑎2 × 𝑝 × 𝑞

Dónde se determina que:

n = Tamaño de la muestra analizar

N = Tamaño de la población

Z = Nivel de confianza

p = Probabilidad de éxito

q = Probabilidad de fracaso

e = Nivel de error dispuesto a cometer

Para la población del Recinto “La Cabuya” se tiene:

𝑛 = 1.96𝑎2 × 0.5 × 0.5 × 480.052(48 − 1) + 1.96𝑎2 × 0.5 × 0.5 = 42.7

La muestra respectivamente fue de 43 personas a encuestar.

3.2.5 Análisis estadístico

En el presente estudio se realizó un análisis estadístico descriptivo e

inferencial para evaluar el eco-sistema de biofiltación y humedal.

Se recolectó información sobre el porcentaje de remoción o eficiencia en

tablas. Posteriormente, para su correcta interpretación se ingresaron los datos

en Microsoft Excel y el software Statistical Package for the Social Sciences (IBM

SPSS).

70

Eficiencia:

E= Eficiencia (%)

Co = Concentración inicial

Cf = Concentración final

La estadística descriptiva fue aplicada a través de las medidas de tendencial

central (como es la media) y dispersión (como es la desviación y coeficiente de

variación), para observar el comportamiento de la variabilidad de los porcentajes

de remoción.

Media muestral:

x̅ = 1𝑛 ∑ 𝑥𝑖𝑛𝑖=1

Varianza muestral:

𝑆2 = 1𝑛 − 1 ∑(𝑥𝑖 − �̅�)2𝑛𝑖=1

Desviación estándar muestral: 𝑆 = √𝑆2

Coeficiente de variación: 𝑉 = 𝑆�̅� . 100

Posteriormente, se sintetizaron los datos con la ayuda de gráficos de barras

para interpretar que parámetro presentó mayor porcentaje de remoción.

De la misma forma, los datos obtenidos de las encuestas realizadas a la

población fueron sintetizados en graficas de pastel y analizados.

𝐸 = 𝐶𝑜 − 𝐶𝑓𝐶𝑜 𝑥 100

71

3.2.5.1. T-student

Para la estadística inferencial, se realizó un análisis con el estadístico T-

student para muestras relacionadas de los parámetros iniciales (antes del

tratamiento) y finales (después del tratamiento), para verificar la eficiencia del

eco-sistema de biofiltración y humedal. Precedido de una prueba de normalidad

(Shapiro-Will) para constatar la distribución normal de los datos.

Esto sirvió para comparar los resultados a través de la caracterización física,

química y biológica, antes y después de la aplicación del tratamiento. Utilizando

un nivel de confianza que fue del 95%, con un margen de error del 5%.

De tal manera se planteó lo siguiente:

Hipótesis nula (Ho) - Hipótesis alternativa (H1)

Ho: La media de parámetros a evaluar antes del tratamiento (pH, turbidez,

nitritos, nitratos, SDT, conductividad eléctrica) es igual a la media de parámetros

a evaluar después del tratamiento. Es decir, no existen diferencias significativas

H1: La media de parámetros a evaluar antes del tratamiento (pH, turbidez,

nitritos, nitratos, SDT, conductividad eléctrica) no es igual a la media de

parámetros a evaluar después del tratamiento. Es decir, existen diferencias

significativas.

Además, se realizó un análisis con el estadístico T-student de una muestra.

Se comparó los resultados de los parámetros evaluados con los límites máximos

permisibles. Se estableció la siguiente hipótesis:

H0: La media de los parámetros evaluados es igual a la norma

correspondiente. No cumple con la normativa.

H1: La media de los parámetros evaluados es menor a la norma

correspondiente. Cumple con la normativa.

72

3.2.5.2. Anova

Posteriormente, se realizó un análisis con el estadístico ANOVA, para verificar

el funcionamiento uniforme entre los 3 tratamientos. De la misma manera, La

hipótesis nula (H0) y la hipótesis alternativa (H1) que se plantearon fueron las

siguientes:

H0: La media de los parámetros a evaluar (pH, turbidez, nitritos, nitratos, SDT,

conductividad eléctrica) es igual en los 3 tratamientos.

H1: Al menos una media es diferente entre los 3 tratamientos.

73

4. Resultados

4.1 Generación de información bibliográfica sobre los tratamientos de

aguas grises aplicados a un eco-sistema de biofiltración y humedal

Se generó una línea base sobre los sistemas de biofiltración y humedal para

tratar las aguas residuales domésticas y de esta manera determinar qué tan

eficiente resultó la aplicación de los mismos.

En la Tabla 4 se observa la aplicación de los biofiltros de lecho orgánico

durante los últimos años ha demostrado obtener grandes cantidades de

remoción. Garzón et al. (2016) trataron aguas residuales domesticas donde

utilizaron residuos de poda de ficus (Ficus benjamina) obteniendo remociones

de 35% de DBO5, 62.2% de DQO, 54.51% de N-NH4. Por otra parte, Sosa

Hernández (2015) empleó astillas de madera de mezquite o algarrobo (Prosopis

laevigata), obteniendo mayores remociones de 92% de DBO5, 78% de DQO y

95% de SST.

Vigueras et al. (2013) emplearon fibras de agave para tratar aguas residuales

municipales, obteniendo remociones de 92% de DBO5, 80% de DQO y 91% de

SST. Garzón y Buelna (2011) trataron aguas residuales sanitarias, empleando

residuos de poda de tabachín (Caesalpina pulcherrima) y jaracanda (Jaracanda

mimosa), obteniendo como resultado remociones de 97% de DBO5, 71% de

DQO, 11% de PO-P y 95% de SST.

Batista et al. (2013) para tratar las aguas residuales domésticas, emplearon

en los biofiltros composta, aserrín y bagazo de caña, donde respectivamente

obtuvieron remociones de 65, 81 y 80% de DBO5, 60, 80 y 66% de DQO, 72, 78

y 86% de SST.

74

Tabla 4. Porcentaje de remoción en Biofiltros Material

filtrante

orgánico

Tipo de

influente

Porcentaje de remoción % Biofiltro

Caso de estudio DBO5 DQO N-NH4 PO-P SST

Residuos de

poda de ficus Doméstica 35 62.2 54.51 -6.86 -

(Garzón et al.,

2016)

Astillas de

madera de

mezquite

Doméstica 92 78 - - 95 (Sosa, 2015)

Fibras de

agave Municipales 92 80 - - 91

(Vigueras et al.,

2013)

Tabachín y

jaracanda

Sanitarias

(sanitario y

lavabos)

97 71 - 11 95 (Garzón y Buelna,

2011)

Composta

Doméstica

65 60 - - 72

(Batista et al.,

2013)

Aserrín 71 80 - - 78

Bagazo de

caña 80 66 - - 86

Basilio y Vega, 2021

Como se observa en la Tabla 5, los humedales artificiales de flujo

subsuperficial se implementan como tratamiento secundario utilizando distintas

especies de macrófitas que ayudan a una mayor remoción de contaminantes.

Garzón et al. (2016) para tratar aguas residuales domesticas implementaron en

el humedal la especie Cyperus papyrus, obteniendo así una remoción de 96%

de DBO5 y 64.3% de DQO. Merino Solís (2017) utilizó las macrófitas Canna

hybrids y Strelitzia reginae, de esta manera obtuvo valores de remoción de

58.3% de DBO5, 56.5% de DQO, 30.2% de Ntot y 18% de PT.

Pérez Salazar et al. (2013) implementaron la especie Cyperus papyrus, para

tratar las aguas residuales domésticas, obteniendo un porcentaje de remoción

75

de 91% DBO5, 72% DQO y 73% SST. También Nuñez Burga (2016) implementó

la misma especie Cyperus papyrus, obteniendo mayores porcentajes de

remoción de 96% de DBO5, 96% de DQO ya que se aplicó un caudal menor y

78% de Ntot y 88% de PT.

Bedoya et al. (2014) implementaron la especie Typha latifolia, para tratar las

aguas residuales en el humedal, obtuvieron una remoción muy significativa de

96.7% de DBO5, 70.4% de DQO, 57.4% de Ntot, 97.2% de PT y 81.4% SST.

Rodríguez y García (2011) obtuvieron remoción de DBO5 del 62.35% y SST

de 40.66% con la implementación de Eichhornia crassipes.

Tabla 5. Porcentaje de remoción en Humedales Construidos

Especie utilizada Q(m3/d)

Porcentaje de remoción % Humedal

Construido Caso de estudio

DBO5 DQO Ntot PT SST

Cyperus papyrus 0.1 96 64.3 - - - (Garzón et al., 2016)

Canna hybrids y

Strelitzia reginae 9.5 58.3 56.5 30.2 18.0 - (Merino Solís, 2017)

Cyperus papyrus 7.5 91 72 - - 73 (Pérez Salazar et al.,

2013)

Cyperus papyrus 0.03 96 96 78 88 - (Núñez Burga, 2016)

Typha latifolia 0.015 96.7 70.4 57.4 97.2 81.4 (Bedoya Pérez et al.,

2014)

Eichhornia crassipes - 62.35 - - - 40.66 (Rodríguez y García ,

2011)


Finalmente, se muestra la implementación del eco-sistema combinado

obteniendo, así como resultado una mayor eficiencia y remoción según los datos

bibliográficos recopilados (ver Tabla 6), ya que, si uno de los tratamientos no

cumple con la función, el otro tratamiento lo compensará. Es decir que en el

76

humedal se degradará gran porcentaje de la materia disuelta que no fue

removida del biofiltro y de esa manera se tiene como resultado un adecuado

tratamiento para las aguas grises domésticas y mejor calidad para ser

reutilizadas o vertidas.

Tabla 6. Porcentaje de remoción % Sistemas Combinados

Q (m3/d) Porcentaje de remoción % Sistemas

Combinados Caso de estudio DBO5 DQO N-NH4 P-PO4 SST

1.7 82 77 - 15 87 (Madera et al.,

2005)

0.2 86 87.72 96.36 1.91 - (Garzón et al.,

2016) Basilio y Vega, 2021 4.2 Propuesta de un eco-sistema de biofiltración y humedal para el

tratamiento de aguas grises

En el Recinto “La Cabuya” la cobertura de saneamiento básico es deficiente,

es decir la población se encuentra sin acceso a sistema de tuberías, sistema de

alcantarillado o red de drenaje y sistema de agua potable, por ende, se propuso

un eco-sistema de biofiltración y humedal para viviendas unifamiliares, con la

finalidad de tratar las aguas grises antes de ser vertidas directamente a los

cuerpos hídricos o al suelo.

La longitud total del eco-sistema de biofiltración y humedal propuesto es de

4.72 m, a continuación, se representan las partes del mismo:

• Tanque de homogenización o almacenamiento

Se propuso cavar un hoyo de 1 m de profundidad para colocar el tanque

plástico de 1.10 m de altura y 0.1135 m3 de capacidad (ver Tabla 7), donde las

aguas grises recolectadas fueron depositadas en el mismo, para su bombeo al

sistema de tratamiento mediante una bomba periférica de agua de 0.5 Hp.

77

Tabla 7. Dimensiones del diseño del tanque de homogenización o almacenamiento

TANQUE DE HOMOGENIZACIÓN DATOS UNIDAD MEDIDAS

Diámetro m 0.40 Altura m 1.10

Volumen m3 0.1135 Basilio y Vega, 2021

Figura 1. Tanque de homogenización o almacenamiento Basilio y Vega, 2021

• Tanque automático

Las aguas grises ingresan a través de las tuberías al tanque automático de

0.38 m de altura y 0.02 m3 de capacidad (ver Tabla 8), la finalidad de proponer

la implementación del mismo es controlar el caudal de salida dirigido hacia el

biofiltro, en conjunto con la instalación de una llave de corte de ½ in.

Tabla 8. Dimensiones del diseño del tanque automático TANQUE AUTOMÁTICO

DATOS UNIDAD MEDIDAS Diámetro m 0.35

Altura m 0.38 Volumen m3 0.02


78

Figura 2. Tanque automático Basilio y Vega, 2021

• Biofiltro

Posteriormente, se propone regular la llave de corte para que ingresen las

aguas grises al biofiltro con un caudal de 0,2 m3/día, con una altura de 1 m y

0.1016 m de diámetro (ver Tabla 9). Para empacar el biofiltro de lecho orgánico

se propone colocar desde la base 0.10 m de grava y 0.10 m de arena que servirá

como medio de soporte, seguido de 0.40 m de residuos de poda de tabachín

(Caesalpina pucherrima) y 0.20 m de residuos de poda de algarrobo (Prosopis

pallida) como capas principales de biofiltración.

Tabla 9. Dimensiones del diseño del Biofiltro BIOFILTRO

DATOS UNIDAD MEDIDAS Caudal (Q) m3/día 0.20 Diámetro m 0.1016

Altura m 1 Basilio y Vega, 2021

79

Tabla 10. Composición del Biofiltro BIOFILTRO

MATERIALES GRANULOMETRIA

(mm) PESO EN

SECO (Kg) TAMAÑO DE

PARTICULA (cm) Residuos de madera de Prosopis pallida

- 0.246 Largo: 6.7 Ancho: 1

Residuos de madera de Caesalpina pulcherrima

- 1.063 Largo: 6.5 Ancho: 1.5

Arena gruesa 0.05 - 2

Grava 10 - 20


Figura 3. Biofiltro Basilio y Vega, 2021

• Humedales

Finalmente para el tratamiento se propone instalar 3 humedales construidos

de flujo subsuperficial, con una altura de 0.40 m, un volumen de 0.05 m3 y un

área superficial de 0.2451 m2 (ver Tabla 11), empacado desde la base con grava

y arena gruesa además de las macrófitas jacinto de agua (Eichhornia crassipes)

y papiro (Cyperus papyrus) (ver Tabla 12), con un THR de 7 días.

Respectivamente en el primer humedal se propone colocar 20 plantas de jacinto

de agua (Eichhornia crassipes), en el segundo humedal 10 plantas de papiro

80

(Cyperus papyrus) y en el tercer humedal 8 plantas de jacinto de agua Eichhornia

crassipes) y 10 plantas de papiro (Cyperus papyrus).

Tabla 11. Dimensiones del diseño de humedales HUMEDALES

DATOS UNIDAD MEDIDAS Tiempo de retención hidráulico (THR) día 7

Ancho del humedal m 0.43 Largo del humedal m 0.57

Altura m 0.40 Área Superficial m2 0.2451

Volumen m3 0.05 Basilio y Vega, 2021 Tabla 12. Composición de humedales

HUMEDALES MATERIALES GRANULOMETRIA (mm) CANTIDAD

Grava 10 - 20 - Arena gruesa 0,05 - 2 -

Eichhornia crassipes - 28 Cyperus papyrus - 20


Figura 4. Humedales Basilio y Vega, 2021

En base a lo anterior se propuso el diseño del eco-sistema de biofiltración y

humedal para tratar las aguas grises.

81

Figura 5. Vista lateral del diseño propuesto del eco-sistema de biofiltración y humedal Basilio y Vega, 2021

Figura 6. Vista superior del diseño propuesto del eco-sistema de biofiltración y humedal Basilio y Vega, 2021 4.3 Caracterización de los parámetros físico (turbidez, SDT) y químicos (pH,

conductividad eléctrica, nitritos y nitratos) de las aguas grises antes y

después del tratamiento propuesto.

En la Tabla 13 se muestran los resultados de las mediciones realizadas

semanalmente en las aguas grises del recinto “La Cabuya”, correspondiente a

los parámetros físico-químicos.

82

Tabla 13. Caracterización semanal de las aguas grises del recinto “La Cabuya”

PARAMÉTROS UNIDAD SEMANA

1 SEMANA

2 SEMANA

3 SEMANA

4 SEMANA

5

Turbidez NTU 688,33 320,33 824,33 848,33 735,00

pH - 7,81 8,31 7,43 7,72 7,16

Solidos disueltos

totales (mg/L) 433,67 732,00 557,33 510,00 414,00

Conductividad eléctrica

µs/cm 1057,33 1744,00 1422,33 1724,67 875,67

Nitritos (NO2-) (mg/L) 1,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Nitratos (NO3-) (mg/L) 10,00 0,00 0,00 0,00 0,00


4.3.1 Parámetros físicos

Turbidez

Como se observa en la Tabla 14, indica que la turbidez de las aguas grises

ingresó con un promedio de 683,27, con una desviación estándar de 213,05 con

respecto al promedio además indica una gran heterogeneidad de los datos, con

un máximo de 848,33. Con respecto a los tratamientos analizados el primer

tratamiento tuvo un promedio de 139,97 NTU, el segundo tratamiento tuvo un

promedio de 192,13 NTU y el tercero fue el que mayor disminución tuvo, con un

promedio de 91,95 NTU y con una desviación estándar de 46,327851 con

respecto al promedio de este último, todos los tratamientos mostraron datos muy

heterogéneos. El tercer tratamiento tuvo un mínimo de turbidez de 57.73, sin

embargo, el segundo tratamiento tuvo un mínimo de 17,67.

Tabla 14. Resumen estadístico de la caracterización semanal de turbidez

TRATAMIENTOS PROMEDIO

(NTU) DESVIACIÓN ESTÁNDAR

COEFICIENTE DE VARIACIÓN

MÍN MÁX

Aguas Grises 683,27 213,05 31% 320,33 848,33

Tratamiento 1 139,97 149,72 107% 68,00 236,33

Tratamiento 2 192,13 71,96 37% 17,67 368,00

Tratamiento 3 91,95 46,327851 50% 57,73 169,67 Basilio y Vega, 2021

83

Figura 7. Caracterización semanal de turbidez Basilio y Vega, 2021

Sólidos totales disueltos

De acuerdo a la Tabla 15, las aguas grises ingresaron con promedio de SDT

de 354,33 mg/L, con una desviación estándar de 127,17 con respecto a la media,

mostrando datos heterogéneos. Con respecto al promedio de los tratamientos,

el primer tratamiento no disminuyó los SDT mostrando un promedio de 354,33

mg/L, el tercero tuvo un promedio de 318,20 mg/L y el segundo tratamiento

obtuvo el menor promedio de SDT de 266,27 mg/L. El segundo tratamiento tuvo

una desviación estándar de 95,40 con respecto a la media y con un coeficiente

de variación de 36% lo cual indica que los datos son heterogéneos, presentando

un mínimo de 171 mg/L.

Tabla 15. Resumen estadístico de la caracterización semanal de Sólidos Disueltos Totales


(mg/L) DESVIACIÓN ESTANDAR

COEFICIENTE DE VARIACION

MÍN MÁX

Aguas Grises 354,33 127,17 36% 414,00 732,00

Tratamiento 1 354,33 58,86 17% 258,00 402,00

Tratamiento 2 266,27 95,40 36% 171,00 415,67


0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

700,00

800,00

900,00

SEMANA 1 SEMANA 2 SEMANA 3 SEMANA 4 SEMANA 5

NT

U

AGUAS GRISES TRATAMIENTO 1

TRATAMIENTO 2 TRATAMIENTO 3

84

Figura 8. Caracterización semanal de Sólidos Disueltos Totales


4.3.2 Parámetros químicos

pH

Con respecto a la Tabla 16, las aguas grises ingresaron con un promedio de

7,69 de pH, con una desviación estándar de 0,43 con respecto al promedio,

mostrando datos homogéneos con un máximo de 8,31. De acuerdo a los

tratamientos analizados, el primer tratamiento indicó un promedio de 7,56, el

segundo tratamiento indicó un promedio de 7,52 y el tercer tratamiento indicó un

promedio menor de 7,46. El cuál estuvo más cerca de llegar a un pH neutro (7),

además tuvo una desviación estándar de 0,21 con respecto a la media. Todos

los tratamientos mostraron datos muy homogéneos. El primer y el tercer

tratamiento tuvieron un pH máximo de 7,78 y el segundo tratamiento tuvo un

mínimo de 7,18.

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

700,00

800,00


mg

/L



85

Tabla 16. Resumen estadístico de la caracterización semanal del pH

TRATAMIENTOS PROMEDIO DESVIACIÓN ESTÁNDAR


MÍN MÁX

Aguas Grises 7,69 0,43 6% 7,16 8,31 Tratamiento 1 7,56 0,14 2% 7,45 7,78 Tratamiento 2 7,52 0,20 3% 7,18 7,73 Tratamiento 3 7,46 0,21 3% 7,23 7,78


Figura 9. Caracterización semanal del pH Basilio y Vega, 2021


De acuerdo a la Tabla 17, las aguas grises ingresaron con una conductividad

eléctrica promedio de 1364,80 µs/cm, con una desviación estándar de 390,64

con respecto a la media, mostrando datos heterogéneos. Con respecto al

promedio de los tratamientos, el primer tratamiento alcanzó un promedio de

979,13 µs/cm, el segundo tratamiento un promedio de 822,93 µs/cm, y el tercero

un promedio de 1055,20 µs/cm. Por lo tanto, el segundo tratamiento obtuvo un

promedio menor con una desviación estándar de 194,67 con respecto a la media,

solo el primer tratamiento tuvo datos homogéneos con un coeficiente de

variación del 9%, mientras que el segundo y tercer tratamiento tuvieron datos

heterogéneos, El segundo tratamiento obtuvo un mínimo de 592 µs/cm,.

6,406,606,807,007,207,407,607,808,008,208,40


pH



86

Tabla 17. Resumen estadístico de la caracterización semanal de la Conductividad eléctrica


(µs/cm) DESVIACIÓN ESTÁNDAR


MÍN MÁX

Aguas Grises 1364,80 390,64 29% 875,67 1744,00

Tratamiento 1 979,13 88,24 9% 881,67 1110,33 Tratamiento 2 822,93 194,67 24% 592,00 1009,00


Figura 10. Caracterización semanal de la Conductividad eléctrica Basilio y Vega, 2021

Nitritos

De acuerdo a la Tabla 18, el promedio obtenido de las aguas grises y los

tratamientos fue de 0,20 mg/L, con una desviación estándar de 0,45 con respecto

a la media, con datos muy heterogéneos con un máximo de 1 mg/L y un mínimo

de 0 mg/L . Esto se debe a que solo se mostraron datos en la primera semana

de la caracterización de 1 mg/L de nitritos y 0 mg/L en las demás semanas.

Tabla 18. Resumen estadístico de la caracterización semanal de Nitritos


(mg/L) DESVIACIÓN ESTÁNDAR


MÍN MÁX

Aguas Grises 0,20 0,45 224% 0,00 1,00

Tratamiento 1 0,20 0,45 224% 0,00 1,00

Tratamiento 2 0,20 0,45 224% 0,00 1,00


0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

1000,00

1200,00

1400,00

1600,00

1800,00

2000,00


µs

/cm



87

Figura 11. Caracterización semanal de Nitritos (NO₂⁻)

Autor, 2021

Nitratos

De acuerdo a la Tabla 19, el promedio obtenido de las aguas grises y los

tratamientos fue de 2 mg/L, con una desviación estándar de 4,47 con respecto a

la media, con datos muy heterogéneos, con un máximo de 10 mg/L y un mínimo

de 0 mg/L . Esto se debe a que solo se mostraron datos en la primera semana

de la caracterización de 10 mg/L de nitratos y 0 mg/L en las demás semanas.

Tabla 19. Resumen estadístico de la caracterización semanal de Nitratos


(mg/L) DESVIACIÓN ESTÁNDAR


MÍN MÁX

Aguas Grises 2,00 4,47 224% 0,00 10,00

Tratamiento 1 2,00 4,47 224% 0,00 10,00

Tratamiento 2 2,00 4,47 224% 0,00 10,00


0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2


mg

/L



88

Figura 12. Caracterización semanal de Nitratos (NO3⁻) Basilio y Vega, 2021 4.4 Caracterización de los parámetros físicos, químicos (DBO5, DQO,

aceites y grasas) y microbiológicos (coliformes totales) al mejor

tratamiento resultante obtenido mediante la depuración de las aguas

grises.

En la Tabla 20 se muestra los resultados que se obtuvieron en el laboratorio

“LabCestta S.A.”:

Tabla 20. Caracterización de los parámetros físicos químicos al mejor tratamiento resultante

ENSAYO UNIDAD RESULTADO MÉTODO/NORMA

Demanda Química de

Oxígeno mg/L 644

PE/AL/05 Standard Methods Ed.23.2017 5220D

Demanda Bioquimica de

Oxigeno mg/L 330

PE/AL/28 Standard Methods Ed.23.2017 5210B

HACH. Method 8166

Aceites y grasas

mg/L 8,8 PE-AL-34

Standard Methods Ed.23.2017 5220B

Basilio y Vega, 2021 En la Tabla 21 se muestran los resultados obtenidos de los coliformes totales en

el laboratorio de la Universidad Agraria de Ecuador.

0

2

4

6

8

10

12


mg

/L



89

Tabla 21. Caracterización del parámetro microbiológico al mejor tratamiento resultante

PARÁMETRO UNIDAD RESULTADO Coliformes totales NMP/100 ml 30

Basilio y Vega, 2021 4.5 Determinación de la eficiencia del eco-sistema mediante la utilización

de Prosopis pallida y Caesalpina pulcherrima en el biofiltro, Eichhornia


grises.

En este objetivo específico se determinó los resultados de los 3 tratamientos

que se llevaron a cabo en este proyecto, con sus respectivos parámetros

estipulados. Exceptuando la demanda bioquímica de oxígeno (DBO5), demanda

química de oxígeno (DQO), aceites y grasas y coliformes totales (NMP/100mL)

que solo fueron analizados en una sola muestra con mayor porcentaje de

remoción debido a los elevados costos económicos por su análisis.

4.5.1 Primer tratamiento

4.5.1.1. Parámetros físicos

Turbidez

En la Tabla 22, se muestra que los valores de turbidez denotan cambios

considerables de turbidez y porcentaje de remoción, donde la turbidez disminuye

significativamente en la semana 2 y 4, en el cual el porcentaje de remoción

aumenta considerablemente a pesar de que disminuye en la semana 3 y 4.

Obteniendo resultados favorables en la disminución de turbidez con un punto

máximo de 88% de remoción.

90

Tabla 22. Resultados semanales y porcentajes de remoción en turbidez del tratamiento 1


Turbidez (NTU)

195,33 NTU 68,00 NTU 236,33 NTU 99,20 NTU 101,00 NTU

Porcentaje de

remoción 72% 79% 71% 88% 86%


Figura 13. Resultados de turbidez semanalmente con el primer tratamiento Basilio y Vega, 2021

Solidos Disueltos Totales

En la Tabla 23, los resultados tienen una gran variabilidad en los porcentajes

de remoción, obteniendo un nivel máximo de 54% en la semana 3. La eficiencia

va aumentando hasta la semana 3, y luego disminuye.

Tabla 23. Resultados semanales y porcentajes de remoción en solidos disueltos totales del tratamiento 1


SDT 402,00 mg/L 344,00 mg/L 258,00 mg/L 399,00 mg/L 368,67 mg/L

Porcentaje de remoción

7% 53% 54% 22% 11%


72%

79%

71%

88%

86%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

SEMANA 1

SEMANA 2

SEMANA 3

SEMANA 4

SEMANA 5

91

Figura 14. Resultados de sólidos disueltos totales semanalmente con el primer tratamiento Basilio y Vega, 2021

4.5.1.2. Parámetros químicos

pH

La Tabla 24, muestra que los resultados de pH se mantienen en un rango

mayor a 7 y menor a 8, a su vez los porcentajes de remoción tienen poca

variabilidad. El sistema mantiene el agua en este rango, razón por la cual en la

semana 2 y 5 tienen una remoción del 10% y -9% respectivamente.

Tabla 24. Resultados semanales y porcentajes de remoción en el pH del tratamiento 1


pH 7,47 7,45 7,62 7,50 7,78


4% 10% -2% 3% -9%


7%

53%

54%

22%

11%

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%

SEMANA 1

SEMANA 2

SEMANA 3

SEMANA 4

SEMANA 5

92

Figura 15. Resultados de pH semanalmente con el primer tratamiento Basilio y Vega, 2021


La Tabla 25 muestra un incremento hasta la semana 4 y disminuye en la

semana 5, aumentando la carga en este último en comparación con los datos de

las aguas grises (entrada). Con el mayor porcentaje de remoción de 49% en la

cuarta semana.

Tabla 25. Resultados semanales y porcentajes de remoción en la conductividad eléctrica del tratamiento 1



1012,33 µs/cm

969,00 µs/cm

922,33 µs/cm

881,67 µs/cm 1110,33 µs/cm


4% 44% 35% 49% -27%


4%

10%

-2%

3%

-9%

-10% -5% 0% 5% 10% 15%

SEMANA 1

SEMANA 2

SEMANA 3

SEMANA 4

SEMANA 5

93

Figura 16. Resultados de la conductividad eléctrica semanalmente con el primer tratamiento Basilio y Vega, 2021

Nitritos

La Tabla 26 muestra que solo hubo nitritos en la primera semana con 1 mg/L

con una remoción del 0%. Posteriormente, los valores fueron de 0 mg/L.

Tabla 26. Resultados semanales y porcentajes de remoción en los nitritos del tratamiento 1


Nitritos (NO2

-) 1,00 mg/L 0,00 mg/L 0,00 mg/L 0,00 mg/L 0,00 mg/L


0% - - - -


Nitratos

De la misma manera, los niveles de nitratos fueron de 10 mg/L en la primera,

seguido de 0 mg/L en las siguientes semanas como se muestra en la siguiente

tabla.

Tabla 27. Resultados semanales y porcentajes de remoción en los nitratos del tratamiento 1


Nitratos (NO3



0% - - - -


4%

44%

35%

49%

-27%

-40% -20% 0% 20% 40% 60%

SEMANA 1

SEMANA 2

SEMANA 3

SEMANA 4

SEMANA 5

94

Por lo tanto, los valores de nitritos y nitratos no fueron significativos durante la

duración de este proyecto, ya que lo valores fueron bajos y nulos.

Para una mejor comprensión de los datos se realizó un resumen estadístico

en la Tabla 28, que detalla el promedio, la desviación estándar, el máximo y el

mínimo de los porcentajes del tratamiento 1. Cabe destacar que hubo un

promedio de 79% de remoción en turbidez.

Tabla 28. Resumen estadístico de los valores en porcentaje de remoción de los parámetros medidos en el tratamiento 1

PROMEDIO DESVIACIÓN ESTÁNDAR

MÁX MÍN

TURBIDEZ 79% 8% 88% 71%

PH 1% 7% 10% -9%

SOLIDOS DISUELTOS

TOTALES 29% 23% 54% 7%

CONDUCTIVIDAD

ELECTRICA 21% 32% 49% -27%

NITRITOS (NO2-) 0% 0% 0% 0%

NITRATOS (NO3-) 0% 0% 0% 0%


4.5.2 Segundo tratamiento


Turbidez

Para el segundo tratamiento los valores resultantes de turbidez fueron

disminuyendo significativamente tomando en consideración los datos de

entrada. De la misma manera, los porcentajes de remoción aumentaron y

disminuyeron en la cuarta semana, mientras que en la última aumentó.

Obteniendo una gran remoción de 94% en la segunda semana, como se muestra

en la siguiente tabla:

95

Tabla 29. Resultados semanales y porcentajes de remoción en la turbidez del tratamiento 2


Turbidez 315,00 NTU 17,67 NTU 77,67 NTU 368,00 NTU 182,33 NTU


54% 94% 91% 57% 75%


Figura 17. Resultados de la turbidez semanalmente con el segundo tratamiento Basilio y Vega, 2021

Sólidos Disueltos Totales

Para los sólidos disueltos totales, los valores fueron disminuyendo hasta la

tercera semana, y luego fueron aumentando. Por lo tanto, los porcentajes de

remoción fueron aumentando hasta la 2 semana y luego disminuyendo. Durante

la segunda semana se obtuvo la mayor eficiencia con 73%, como se muestra en

la siguiente tabla:

Tabla 30. Resultados semanales y porcentajes de remoción en los sólidos disueltos totales del tratamiento 2




41% 73% 69% 43% 0%


54%

94%

91%

57%

75%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

SEMANA 1

SEMANA 2

SEMANA 3

SEMANA 4

SEMANA 5

96

Figura 18. Resultados los sólidos disueltos totales semanalmente con el segundo tratamiento Basilio y Vega, 2021


pH

Para los valores de pH, en la Tabla 31 existe una pequeña variación de los

datos, resultando valores mayores a 7 y menores a 8, lo cual indica que el

sistema mantiene el agua en valores cercanos a la neutralidad.

Tabla 31. Resultados semanales y porcentajes de remoción en el pH del tratamiento 2


pH 7,18 7,73 7,58 7,53 7,59


8% 7% -2% 2% -6%


41%

73%

69%

43%

0%

-20% 0% 20% 40% 60% 80%

SEMANA 1

SEMANA 2

SEMANA 3

SEMANA 4

SEMANA 5

97

Figura 19. Resultados del pH semanalmente con el segundo tratamiento Basilio y Vega, 2021


La Tabla 32, los valores resultantes de la conductividad eléctrica disminuyen

progresivamente hasta la tercera semana, en la cuarta semana tiene poca

disminución, y en la semana 5 los valores aumentan respecto a los iniciales

(aguas grises). La eficiencia aumenta y disminuye progresivamente en la tercera

semana. El nivel mayor de eficiencia fue 63% en la segunda semana.

Tabla 32. Resultados semanales y porcentajes de remoción en la conductividad eléctrica del tratamiento 2



983,67 µs/cm

640,33 µs/cm

592,00 µs/cm

889,67 µs/cm

1009,00 µs/cm


7% 63% 58% 48% -15%


0

8%

7%

-2%

2%

-0,04 -0,02 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1

SEMANA 1

SEMANA 2

SEMANA 3

SEMANA 4

98

Figura 20. Resultados de la conductividad eléctrica semanalmente con el segundo tratamiento Basilio y Vega, 2021

Nitritos

En la Tabla 33 los valores de nitritos en la primera semana fueron de 1mg/L y de

0 mg/L las semanas siguientes, al igual que en el tratamiento 1. Los valores no

son significativos ya que son bajos.



Nitritos (NO2



0% 0% 0% 0% 0%


Nitratos

Los valores de nitratos en el segundo tratamiento, son de 10 mg/L en la

primera semana y 0 mg/L en las restantes. Los datos son pocos significativos

dado que son bajos y nulos.

7%

63%

58%

48%

-15%

-20% -10% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70%

SEMANA 1

SEMANA 2

SEMANA 3

SEMANA 4

SEMANA 5

99



Nitratos (NO3



0% 0% 0% 0% 0%


La Tabla 35 indica un resumen estadístico de los porcentajes del tratamiento

2, mostrando el promedio, desviación estándar, máximo y mínimo. Se obtuvo un

promedio de remoción del 74% con un máximo de 94% en turbidez. También

con un máximo de 73% de remoción de solidos disueltos totales.



MAX MIN

TURBIDEZ 74% 19% 94% 54%

pH 2% 6% 8% -6%

SOLIDOS DISUELTOS TOTALES

45% 29% 73% 0%

CONDUCTIVIDAD ELECTRICA

32% 35% 63% -15%

NITRITOS (NO2-) 0% 0% 0% 0%

NITRATOS (NO3-) 0% 0% 0% 0%


4.5.3 Tercer tratamiento


Turbidez

Los valores resultantes de turbidez en el tercer tratamiento disminuyen

considerablemente en consideración con los datos de entrada. A su vez, los

porcentajes de remoción aumentan hasta la semana 4 y disminuye en quinta

semana. El mayor valor de eficiencia fue de 93% correspondiente a la cuarta

semana.

100

Tabla 36. Resultados semanales y porcentajes de remoción en la turbidez del tratamiento 3


Turbidez 169,67 NTU 63,00 NTU 99,33 NTU 57,73 NTU 70,00 NTU


75% 80% 88% 93% 90%


Figura 21. Resultados de la turbidez semanalmente con el tercer tratamiento Basilio y Vega, 2021

Sólidos disueltos totales

La Tabla 37, muestra los resultados de los sólidos disueltos totales del tercer

tratamiento en que los valores disminuyen medianamente en comparación con

los datos de entrada, excepto en la semana 5 el cual aumenta. A la misma vez,

el porcentaje de remoción aumenta hasta la tercera semana y luego disminuye.

Tabla 37. Resultados semanales y porcentajes de remoción en los sólidos disueltos totales del tratamiento 3




34% 53% 54% 47% -6%


75%

80%

88%

93%

90%

0% 20% 40% 60% 80% 100%

SEMANA 1

SEMANA 2

SEMANA 3

SEMANA 4

SEMANA 5

101

Figura 22. Resultados de los sólidos disueltos totales semanalmente con el tercer tratamiento Basilio y Vega, 2021


pH

Los valores de pH tienen poca variabilidad, manteniendo los niveles mayores

a 7 y menores a 8, el cual corresponde cerca de la neutralidad en todas las

semanas.

Tabla 38. Resultados semanales y porcentajes de remoción del pH del tratamiento 3


pH 7,30 7,23 7,54 7,46 7,78


6% 13% -1% 3% -9%


34%

53%

54%

47%

-6%

-10% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%

SEMANA 1

SEMANA 2

SEMANA 3

SEMANA 4

SEMANA 5

102

Figura 23. Resultados del pH semanalmente con el tercer tratamiento Basilio y Vega, 2021


Los resultados de la conductividad eléctrica muestran valores que van

disminuyendo en comparación con los datos de entrada, pero en la semana 5

estos valores aumentaron ligeramente. A su vez, los porcentajes de remoción

aumentaron hasta la semana 4, excepto en la última. Se tuvo una eficiencia de

48% en la cuarta semana.

Tabla 39. Resultados semanales y porcentajes de remoción de la conductividad eléctrica del tratamiento 3



987,33 µs/cm 1613,67 µs/cm 874,00 µs/cm 895,33 µs/cm 905,67 µs/cm


7% 7% 39% 48% -3%


6%

13%

-1%

3%

-9%

-10% -5% 0% 5% 10% 15%

SEMANA 1

SEMANA 2

SEMANA 3

SEMANA 4

SEMANA 5

103

Figura 24. Resultados de la conductividad eléctrica semanalmente con el tercer tratamiento Basilio y Vega, 2021

Nitritos

De la misma manera que en los anteriores tratamientos, los resultados de

nitritos son bajos, presentando valores de 1 mg/L en la primera semana y 0 mg/L

en las siguientes. Motivo por el cual, estos datos son pocos significativos debido

a sus valores bajos como se muestra en la siguiente tabla:



Nitritos (NO2-) 1,00 mg/L 0,00 mg/L 0,00 mg/L 0,00 mg/L 0,00 mg/L


0% 0% 0% 0% 0%


Nitratos

La Tabla 41 muestra los niveles de nitritos, el cual fueron de 10mg/L en la

primera semana y 0 en las siguientes. Resultando similares a los anteriores

tratamientos.

7%

7%

39%

48%

-3%

-10% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60%

SEMANA 1

SEMANA 2

SEMANA 3

SEMANA 4

SEMANA 5

104



Nitratos (NO3



0% 0% 0% 0% 0%


Además, para una mejor comprensión de los datos se muestra un resumen

estadístico de los porcentajes del tratamiento 3, que detalla promedio, desviación

estándar, máximo y mínimo (ver Tabla 42). Con los mayores niveles de remoción

de manera constate, con un promedio de 85% y un máximo de 93% de turbidez.



MAX MIN

TURBIDEZ 85% 7% 93% 75%

pH 3% 8% 13% -9%


37% 25% 54% -6%


19% 22% 48% -3%

NITRITOS (NO2-) 0% 0% 0% 0%

NITRATOS (NO3-) 0% 0% 0% 0%


4.5.4 Prueba de normalidad – Shapiro Will

En esta sección de detalla la normalidad de los resultados en las aguas grises,

y cada uno de los tratamientos. En la columna 1 se muestran los parámetros

evaluados. En la columna 2 el promedio de los valores resultantes. En la columna

3 el test estadístico y en la columna 4 el valor P del estadístico shapiro-will.

La Tabla 43 indica los valores resultantes de las aguas grises. En donde, los

valores de cada uno de los parámetros son normales dado que el valor P ˃ 0.05

con un nivel de confianza del 95%.

105

Tabla 43. Prueba de normalidad para aguas grises

PARAMETRO UNIDAD PROMEDIO ESTADÍSTICO VALOR P

Turbidez NTU 683,27 0,903 0,426

pH - 7,69 0,980 0,932


mg/L 529,40 0,899 0,407

Conductividad Eléctrica

µs/cm 1364,80 0,893 0,371


De la misma manera, los valores de cada uno de los parámetros evaluados

en el tratamiento 1 se distribuyen normalmente dado que el valor P ˃ 0.05 con

un nivel de confianza del 95%, como se muestra en la siguiente tabla:

Tabla 44. Prueba de normalidad para el tratamiento 1


Turbidez NTU 139,97 0,881 0,314

pH - 7,56 0,862 0,237


mg/L 354,33 0,857 0,218


µs/cm 979,13 0,969 0,867


En la Tabla 45 indica que en el tratamiento 2 los valores de los parámetros

evaluados se distribuyen normalmente dado que el valor P ˃ 0.05 con un nivel

de confianza del 95%.



Turbidez NTU 192,13 0,939 0,657

pH - 7,52 0,888 0,347


mg/L 266,27 0,931 0,603


µs/cm 822,93 0,855 0,211


La Tabla 46 indica que los valores resultantes de los parámetros (turbidez, pH

SDT) del tratamiento 3 se distribuyen normalmente dado que el valor P ˃ 0.05.

106

Sin embargo, los valores de la conductividad eléctrica no se distribuyen

normalmente dado que el valor P < 0.05 a un nivel de confianza del 95%.



Turbidez NTU 91,95 0,806 0,090

pH - 7,46 0,963 0,829


mg/L 318,20 0,869 0,263


µs/cm 1055,20 0,665 0,234


4.5.5 Prueba T-student para muestras relacionadas

En esta sección se muestra los resultados de las pruebas estadísticas que se

realizaron en cada uno de los parámetros de la calidad de agua antes y después

de los tratamientos aplicados. Los resultados de los tratamientos se muestran en

la Tabla 47, Tabla 48 y Tabla 49. En cada tabla, la primera columna muestra los

parámetros analizados, la columna 2 y 3 muestra los promedios de las 5

muestras tomadas antes y después de la aplicación de cada tratamiento

respectivamente. Luego, en la columna 4 se muestra la diferencia entre los

promedios (antes – después). La columna 5 detalla el porcentaje de remoción.

En la última columna se muestra en valor P de la prueba paramétrica T-student

para muestras relacionadas, que indica si la media de los parámetros es

diferentes antes y después del tratamiento. Cabe destacar que los valores de

nitritos y nitratos no fueron analizados dado que solo se mostró resultados en la

semana 1 y en el resto fue 0, por lo cual se descartaron para el análisis.

La Tabla 47 detalla la comparación de resultados al aplicar el tratamiento 1

con 20 plantas de Eichhornia crassipes (Jacinto de agua). A nivel general, dado

que el valor P es mayor a 0,05 la media de los parámetros antes es igual a la

media de los parámetros después del tratamiento. Es decir, el tratamiento no

107

logra diferencias significativas en los parámetros a un nivel de confianza del 95%.

Sin embargo, en la turbidez el valor P < 0.05, por lo tanto, el tratamiento 1 logra

diferencias significativas.

Tabla 47. Comparación de resultados del tratamiento 1

PARÁMETROS UNIDAD PROMEDIO

ANTES PROMEDIO DESPUÉS

DIFERENCIA PORCENTAJE

DE REMOCIÓN

VALOR P

Turbidez NTU 688,33 139,97 548,36 79% 0,003

pH - 7,69 7,56 0,12 1% 0,651


mg/L 529,40 354,33 175,07 29% 0,071


µs/cm 1364,80 979,13 385,67 21% 0,139

Nitritos (NO2-) mg/L 0,20 0,20 0,00 0% -

Nitratos (NO3-) mg/L 2,00 2,00 0,00 0% -


La Tabla 48 detalla la comparación de resultados al aplicar el tratamiento 2

con 10 plantas de Cyperus papyrus (papiro). La media de los parámetros

(turbidez y SDT) antes no es igual a la media de los parámetros (turbidez y SDT)

después del tratamiento dado que el valor P < 0.05. Es decir, que el tratamiento

2 logra diferencias significativas en turbidez y solidos disueltos totales. Por otro

lado, en los demás parámetros (pH, conductividad eléctrica) no existen

diferencias significativas dado que el valor P ˃ 0.05 a un nivel de confianza del

95%.




DIFERENCIA PORCENTAJE DE REMOCIÓN

VALOR P

Turbidez NTU 688,33 192,133 496,20 74% 0,003

pH - 7,69 7,523 0,16 2% 0,730


mg/L 529,40 266,267 263,13 45% 0,045


µs/cm 1364,80 822,933 541,87 32% 0,088

Nitritos (NO2-) mg/L 0,20 0,200 0,00 0% -

Nitratos (NO3-) mg/L 2,00 2,000 0,00 0% -


108

La Tabla 49 describe la comparación de los valores resultantes del tratamiento

3 con la unión de las dos macrófitas Jacinto de agua (Eichhornia crassipes) y el

Papiro (Cyperus papyrus), con 8 y 10 plantas respectivamente. Al igual que el

tratamiento anterior, el tratamiento 3 indica que existen diferencias significativas

en la turbidez y sólidos disueltos totales dado que el valor P < 0.05 a un nivel de

confianza al 95%. Además, dado que el valor P ˃ 0.05 la media de los parámetros

antes (pH y conductividad eléctrica) son iguales a la media después del

tratamiento, es decir que no existen diferencias significativas a un nivel de

confianza del 95%. Sin embargo, se puede observar que existe un mayor

porcentaje de remoción (85%) de turbidez en el tratamiento 3.




DIFERENCIA PORCENTAJE

DE REMOCIÓN

VALOR P

Turbidez NTU 688,33 91,947 596,39 85% 0,003

pH - 7,69 7,463 0,22 3% 0,496


mg/L 529,40 7,463 521,94 37% 0,040


µs/cm 1364,80 1055,200 309,60 19% 0,130

Nitritos (NO2-) mg/L 0,20 0,20 0,00 0% -

Nitratos (NO3-) mg/L 2,00 2,00 0,00 0% -


4.5.6 Prueba Anova

Se realizó una prueba Anova al porcentaje de remoción de los tratamientos

para verificar si existen diferencias en las medias de los tratamientos. Se detalla

los parámetros evaluados en la columna 1, además del promedio del porcentaje

de reducción de los parámetros en cada uno de los tratamientos, y en la columna

5 se indica el valor P de la prueba Anova.

109

La Tabla 50 muestra los valores promedios del porcentaje de remoción de los

tratamientos. Dado que el valor P ˃ 0.05 la media de los porcentajes de remoción

es igual en los 3 tratamientos a un nivel de confianza del 95%.

Tabla 50. Prueba Anova al porcentaje de remoción de los tratamientos

PARAMETROS TRATAMIENTO

1 TRATAMIENTO

2 TRATAMIENTO

3 VALOR P

Turbidez 79% 74% 85% 0,39

pH 1% 2% 3% 0,962


29% 45% 37% 0,633


21% 32% 19% 0,768


Figura 25. Comparación de los parámetros analizados entre los tratamientos Basilio y Vega, 2021 4.6 Comparación de los parámetros analizados con los límites máximos

permisibles establecidos en el Acuerdo Ministerial 097-A anexo 1.

Para este objetivo, se realizó una prueba con el estadístico T-student para

contrastar si los valores resultantes de los tratamientos cumplen los límites

máximos permisibles de descarga a un cuerpo de agua dulce (ver anexo 3 Tabla

68) en turbidez y pH; y con los criterios de calidad admisibles para la

preservación de la vida acuática y silvestre en aguas dulces, marinas y de

estuarios para nitritos y nitratos (ver anexo 3 Tabla 67). En la columna 1 señala

0% 20% 40% 60% 80% 100%

TURBIDEZ

PH



NITRITOS

NITRATOS

TRATAMIENTO 3 TRATAMIENTO 2 TRATAMIENTO 1

110

los parámetros evaluados, en la columna 2 el promedio de las 5 muestras de

cada uno de los tratamientos, la columna 3 indica la unidad en que se expresa,

la columna 4 señala los límites permisibles del AM. 097 - A, la columna 5 muestra

el valor P de la prueba T-student y la última columna señala si cumple o no la

normativa.

La Tabla 51 indica una comparación de los valores resultantes del tratamiento

con 20 plantas de Jacinto de agua (Eichhornia crassipes). Para la turbidez y

nitritos, dado que el valor P ˃ 0.05, se acepta la H0, la media es igual a la

normativa, entonces no cumple con la norma. En el caso del pH, dado que tiene

que cumplir entre un rango de 5-9, se establece que es de buena calidad si es

mayor a 6,5; entonces dado que el valor P < 0.05 se rechaza la H0, por lo tanto,

la media es mayor a 6,5 confirmando el cumplimiento de este parámetro. Así

mismo, en los nitratos dado que el valor P < 0.05, la media de los nitratos es

menor a la normativa, entonces si cumple con la norma con un nivel de confianza

del 95%

Tabla 51. Prueba T-student del primer tratamiento con el AM. 097A

PARAMETROS PROMEDIO UNIDAD Lim. Max

Permisible AM 097- A

VALOR P

CUMPLIMIENTO

Turbidez 139,97 NTU 100 0,282 NO

pH 7,56 - 6 - 9 0,000 SI

Nitritos (NO2-) 0,20 mg/L 0,2 1,000 NO

Nitratos (NO3-) 2,00 mg/L 13 0,005 SI


La Tabla 52 nos indica el cumplimiento de la norma en el tratamiento 2. En la

turbidez y nitritos, el valor P ˃ 0.05 por lo tanto la media es igual a la norma, no

cumple con la normativa. En el caso del pH, dado que tiene que cumplir entre un

rango de 5-9, se establece que es de buena calidad si es mayor a 6,5; entonces

111

dado que el valor P < 0.05 se rechaza la H0, por lo tanto, la media es mayor a

6,5 confirmando el cumplimiento de este parámetro. Así mismo, en los nitratos

dado que el valor P < 0.05, la media de los nitratos es menor a la normativa,

entonces si cumple con la norma con un nivel de confianza del 95%

Tabla 52. Prueba T-student del segundo tratamiento con el AM. 097A



VALOR P

CUMPLIMIENTO

Turbidez 192,13 NTU 100 0,241 NO

pH 7,52 - 6 y 9 0,000 SI




En la Tabla 53, el tratamiento 3 logró que todos los parámetros evaluados

cumplan con la normativa. Dado que el valor P < 0.05 la media de los parámetros

es menor a la normativa, por lo tanto, cumple con la norma a un nivel de

confianza del 95%. De la misma manera que en los otros tratamientos, la media

del pH es mayor a 6.5, el cual cumple con la norma dado que el valor P < 0.05.

Los nitritos dado que el valor P < 0.05, la media de los nitratos es igual a la

normativa, entonces no cumple con la norma con un nivel de confianza del 95%

Tabla 53. Prueba T-student del tercer tratamiento con el AM. 097A



VALOR P

CUMPLIMIENTO

Turbidez 91,947 NTU 100 0,040 SI

pH 7,463 - 6 y 9 0,001 SI




112

4.6.1 Turbidez

Figura 26. Comparación de la turbidez de los tratamientos con los límites máximos permisibles de descarga a un cuerpo de agua dulce Basilio y Vega, 2021

4.6.2 pH

Figura 27. Comparación del pH de los tratamientos con los rangos permisibles de descarga a un cuerpo de agua dulce Basilio y Vega, 2021

683,27

139,97192,13

91,95100

0,00

100,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

700,00

800,00

AGUAS GRISES TRATAMIENTO 1 TRATAMIENTO 2 TRATAMIENTO 3

NT

U

PROMEDIO LIMITE MAXIMO PERMISIBLE

7,69 7,56 7,52 7,466

9

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

AGUAS GRISES TRATAMIENTO 1TRATAMIENTO 2TRATAMIENTO 3

pH

PROMEDIO RANGO PERMISIBLE

113

Nitritos

Figura 28. Comparación de los nitritos de los tratamientos con los criterios de calidad admisibles para la preservación de la vida acuática y silvestre en aguas dulces, marinas y de estuarios Basilio y Vega, 2021

Nitratos

Figura 29. Comparación de los nitratos de los tratamientos con los criterios de calidad admisibles para la preservación de la vida acuática y silvestre en aguas dulces, marinas y de estuarios Basilio y Vega, 2021

0,2

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25



0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00



114

4.6.3 DBO5, DQO, coliformes totales, aceites y grasas

Para los parámetros de DBO5, DQO, aceites y grasas y coliformes totales se

evaluó solo al mejor tratamiento en la última semana, mostrando los siguientes

resultados:

Tabla 54. Comparación de los valores resultantes del mejor tratamiento con los límites de descarga a un cuerpo de agua dulce

ENSAYO UNIDAD RESULTADO LÍMITE MÁXIMO

PERMISIBLE

Demanda Química de Oxígeno

mg/L 644 200

Demanda Bioquímica de Oxigeno

mg/L 330 100

Aceites y grasas mg/L 8,8 30

Coliformes totales NMP/100 ml 30 -

Autor, 2021

Figura 30. Comparación de DQO del tratamiento 3 con los límites de descarga a un cuerpo de agua dulce Basilio y Vega, 2021

0 100 200 300 400 500 600 700

TRATAMIENTO 3

LIMITE MAXIMO PERMISIBLE

115

La muestra en la semana 5 del tercer tratamiento fue de 644 mg/L lo cual no

cumple con lo normativa, dentro de los 200 mg/L de DQO que establece los

límites de descarga a un cuerpo de agua dulce.

Figura 31. Comparación de DBO5 del tratamiento 3 con los límites de descarga a un cuerpo de agua dulce Basilio y Vega, 2021

La muestra en la semana 5 del tercer tratamiento fue de 330 mg/L lo cual no

cumple con lo normativa, dentro de los 100 mg/L de DBO5 que establece los

límites de descarga a un cuerpo de agua dulce.

0 50 100 150 200 250 300 350

TRATAMIENTO 3


116

Figura 32. Comparación de aceites y grasas del tratamiento 3 con los límites de descarga a un cuerpo de agua dulce Basilio y Vega, 2021

La muestra en la semana 5 del tercer tratamiento fue de 8,3 mg/L lo cual

cumple con la normativa, dentro de los 30 mg/L de aceites y grasas que

establece los límites de descarga a un cuerpo de agua dulce.

4.7 Socialización de la implementación de un eco-sistema de biofiltración

y humedal mediante encuestas para el tratamiento de aguas grises.

Para la socialización, por motivo de la pandemia e incremento de casos en el

lugar, se procedió a conversar sobre la composición de las aguas residuales, las

enfermedades que podría causar la contaminación del recurso agua y sobre la

implementación de un sistema para tratar las aguas grises, posteriormente se

procedió a realizar la encuesta a cada uno de los habitantes del Recinto “La

Cabuya”.

0 5 10 15 20 25 30 35

TRATAMIENTO 3


117

4.7.1 Encuestas a la comunidad del Recinto “La Cabuya”

Se encuestó a un total de 43 personas del Recinto “La Cabuya”.

Tabla 55. Sexo encuestado CATEGORÍAS CANTIDAD PORCENTAJE

Femenino 20 47% Masculino 23 53%

Total 43 100% Basilio y Vega, 2021

De acuerdo a la Tabla 55 el 47% de la población encuestada son del sexo

femenino mientras que el 53% son del sexo masculino.

Pregunta No 1 Conoce usted ¿Qué son las aguas grises?

Tabla 56. Conocimiento acerca de las aguas grises CATEGORÍAS CANTIDAD PORCENTAJE

No 14 33% Si 29 67%


De acuerdo a la Tabla 56 la población encuestada del Recinto “La Cabuya”

respondió acerca del conocimiento que tenían sobre las aguas grises, el 67%

afirmó tener conocimiento sobre el tema mientras que el 33% lo negó.

Pregunta No 2 ¿Cuál es su principal fuente de abastecimiento de agua para

uso doméstico?

Tabla 57. Fuente de abastecimiento de agua para uso doméstico CATEGORÍAS CANTIDAD PORCENTAJE

Pozo 43 100% Total 43 100%



respondió que el 100% utiliza el pozo como principal fuente de abastecimiento

de agua para uso doméstico además de otras actividades, aseguran que en la

actualidad todos tienen pozo.

Pregunta No 3 ¿Dónde son destinadas al descargar sus aguas residuales?

118

Tabla 58. Destino de descarga de aguas residuales CATEGORÍAS CANTIDAD PORCENTAJE

Estero 24 56% Pozos sépticos 19 44%



respondió que descargan sus aguas residuales al estero y los pozos sépticos,

el 24% descarga al estero y el 19% en pozos sépticos.

Pregunta No 4 ¿Ha notado un cambio en los últimos años en la calidad del

agua del estero y del río?

Tabla 59. Cambios que ha notado la población, con respecto a la calidad del agua del estero y del río

CATEGORÍAS CANTIDAD PORCENTAJE Muy visible 38 89% Poco Visible 1 2%

Visible 4 9% Total 43 100%



respondió que ha notado cambios durante estos últimos años con respecto a la

calidad del agua del estero y del río, el 89% ha notado cambios muy visibles, el

9% visibles y el 2% poco visibles. La población aseguraba que estos cambios se

debían a la construcción de la Represa Dauvin, además mencionaban que antes

el agua del río se veía más clara e incluso la consumían.

Pregunta No 5 ¿Conoce usted a que enfermedades por la contaminación del

agua está expuesto?

Tabla 60. Conocimiento por parte de la población, sobre las enfermedades que están expuestos por la contaminación del agua

CATEGORÍAS CANTIDAD PORCENTAJE No 2 5% Si 41 95%


119

De acuerdo a la Tabla 60 la población encuestada del recinto “La Cabuya”

respondió acerca del conocimiento sobre las enfermedades a las que podrían

estar expuestos por la contaminación del agua e incluso las mencionaron, el 95%

si tenía conocimiento mientras que el 5% no.

Pregunta No 6 ¿Con que frecuencia se ha enfermado por problemas

estomacales en los últimos 3 meses?

Tabla 61. Frecuencia con la que se ha enfermado la población, por problemas estomacales en los últimos 3 meses

CATEGORÍAS CANTIDAD PORCENTAJE 1 – 5 Veces 5 12%

Ninguna 38 88% Total 43 100%



respondió sobre la frecuencia con la que se han enfermado por problemas

estomacales, el 12% afirmó haber presentado dolores estomacales de 1 – 5

veces durante los últimos 3 meses y 88% restante afirma no haber presentado

ningún problema.

Pregunta No 7 ¿Ha presentado problemas dermatológicos (piel)

últimamente?

Tabla 62. Problemas dermatológicos presentados en la población últimamente

CATEGORÍAS CANTIDAD PORCENTAJE No 35 81%

Si (Alergias) 8 19% Total 43 100%



respondió acerca de si habrían presentado problemas dermatológicos

últimamente, el 19% presentó estos problemas como alergias además

120

mencionaban que los niños que se bañaban en el río presentaban picor y

erupciones en la piel, mientras que el 81% no presentó ningún problema.

Pregunta No 8 ¿Quiénes cree usted que están más expuestos a estos

problemas?

Tabla 63. Población más expuesta a presentar problemas estomacales y dermatológicos

CATEGORÍAS CANTIDAD PORCENTAJE Niños 4 9% Todos 39 91% Total 43 100%



respondió sobre quienes estaban más expuestos a presentar problemas en la

salud por la contaminación del recurso agua, el 9% respondió que los niños y el

91% respondieron que todos estaban expuestos.

Pregunta No 9 ¿Cree usted que es necesario aplicar un sistema de

tratamiento de aguas grises antes de ser vertidas?

Tabla 64. Necesidad de aplicar un sistema de tratamiento de aguas grises antes de ser vertidas




respondió sobre la necesidad de aplicar un sistema de tratamiento de aguas

antes de ser vertidas, el 95% menciono que, si era necesario, mientras que el

5% mencionó que no era necesario.

121

Pregunta No 10 ¿Le gustaría reutilizar las aguas grises en actividades no

potables como lavado de carro, lavado de herramientas, regadío de jardines,

aguas para retretes, entre otros?

Tabla 65. Afinidad de la población en reutilizar las aguas grises en actividades no potables, luego de ser tratadas




respondió sobre si les gustaría reutilizar las aguas grises en actividad no

potables, luego de ser tratadas, al 81% si les gustaría mientras que el 19%

mencionaron que no les gustaría.

Pregunta No 11 ¿Con que frecuencia acuden al río para actividades

recreativas?

Tabla 66. Frecuencia con la que acuden al río para actividades recreativas CATEGORÍAS CANTIDAD PORCENTAJE

Diariamente 5 12% Fines de semana 8 19%

Nunca 19 44% Una vez al mes 11 25%



respondió sobre la frecuencia con la que acuden al río para actividades

recreativas, el 44% nunca acude, el 25% acude una vez al mes, el 19% acude

los fines de semana y el 12% lo hace diariamente. El 44% mencionaba que no

acudían debido a que luego de bañarse en el río sentía picor o alergias en el

cuerpo, incluso aseguraban que estaba contaminado debido a que en ocasiones

veían como de aguas arriba llegaba basura y animales muertos como vacas o

cerdos.

122

5. Discusión

Los tratamientos tuvieron variabilidades en los valores de los parámetros. El

tratamiento 1 con Eichhornia crassipes tuvo poca variabilidad en sus datos, el

tratamiento 2 con Cyperus papyrus tuvo gran variabilidad, mientras que el

tratamiento 3 tuvo valores regulares. Sin embargo, el tratamiento 2 y 3 fueron los

que obtuvieron mayor rendimiento de remoción.

El tratamiento 2 con Cyperus papyrus obtuvo niveles promedios de remoción

de 72% de turbidez, 45% de solidos disueltos totales y 32% de conductividad

eléctrica. Así mismo, Núñez (2016) implementó tratamientos con Cyperus

papyrus y obtuvo remoción del 96% de turbidez y 55% de conductividad eléctrica

y solidos disueltos totales. De la misma manera, el tratamiento 3 con Eichhornia

crassipes y Cyperus papyrus tuvo una remoción regular con respecto al

tratamiento 2 presentando una remoción promedio del 85% turbidez, 37%

solidos totales disueltos y 19% conductividad eléctrica; presentando valores

similares que Núñez (2016).

Los tres tratamientos presentaron valores de pH entre 7 – 8 (ver Figura 27),

el cual muestra reducciones hasta 7,56 y 7,46. Así mismo, Rodríguez y García

(2011) obtuvieron resultados similares de entrada y salida con poca variabilidad

entre 7 – 8 de pH.

Los tres tratamientos presentaron valores de nitritos y nitratos de 1 y 10 mg/L

únicamente en la primera semana antes y después de ingresar al sistema, es

decir que no hubo remoción o reducción. Así mismo desde la semana 2 hasta la

semana 5 se presentaron valores de nitritos y nitratos de 0 mg/L tanto de entrada

como de salida. Según Moncada (2011) afirma que en el desarrollo de

123

humedales artificiales las condiciones anaerobias del proceso limitan la

nitrificación.

Por otra parte, según Carhua y Huancas (2020) en su trabajo documental

afirma que el Cyperus papyrus muestra una gran cantidad de raíces logrando

una mayor eficiencia de remoción con respecto a la especie Eichhornia

crassipes. El mismo fue comprobado en el presente trabajo, dado que el Cyperus

papyrus tuvo remociones de 74% turbidez, 45% SDT y 32% conductividad

eléctrica, mientras que Eichhornia crassipes tuvo reducciones de 79% turbidez,

29% SDT y 21% conductividad eléctrica. Las remociones en turbidez fueron

similares. Sin embargo, en la unión de ambas especies se pudo comprobar que

hubo reducciones 85% de turbidez.

Núñez (2016) mencionó que dentro de su investigación trabajó con la especie

Cyperus papyrus debido a su alta eficiencia en la remoción de contaminantes.

Así mismo dentro del estudio de Rezania et al. (2015) se evaluó que la especie

Eichhornia crassipes (jacinto de agua) permite tratar de manera óptima

diferentes tipos de aguas residuales. Además, según Cantuña (2019) la

implementación de esta especie en humedales presenta costos accesibles a

diferencia de otras tecnologías para tratar aguas residuales. Por lo tanto, la

implementación de humedales artificiales en el recinto “La Cabuya” con las

especies antes mencionadas, resultan óptimas por sus bajos costos y fácil

operación.

124

6. Conclusiones

De acuerdo a la información bibliográfica recopilada en general, la

implementación de un biofiltro de lecho orgánico con algarrobo (Prosopis pallida)

y tabachín (Caesalpina pulcherrima) permite tratar eficazmente las aguas

residuales. Así mismo, el uso de papiro (Cyperus papyrus) y Jacinto de agua

(Eichhornia crassipes) en humedales artificiales permite remociones

considerables de contaminación. Ya que, en los humedales se degrada gran

porcentaje de la materia disuelta que no es removida del biofiltro y de esa manera

se tiene como resultado un adecuado tratamiento para las aguas grises

domésticas y mejor calidad para ser reutilizadas o vertidas.

Por lo tanto, proponer un diseño combinado de un biolfiltro con un humedal

artificial es factible para comunidades rurales como el recinto “La Cabuya” que

no cuentan con un adecuado saneamiento.

Por otro lado, los sistemas mantienen un pH optimo del agua entre 7-8, y los

nitritos y nitratos no fueron relevantes ya que solo hubo valores de 1 y 25 mg/L

en la primera semana respectivamente, mientras que en el resto fue de 0 mg/L.

Además, los valores tomados al mejor tratamiento resultante en la última

semana no fueron positivos con respecto a la norma, excepto los niveles de

aceites y grasas.

En general, los tratamientos evaluados permiten tratar eficientemente las

aguas grises generadas en el Recinto “La Cabuya”, dado que no hay diferencias

significativas entre los tratamientos. Sin embargo, el tratamiento 3 y el

tratamiento 2 tuvieron mayor remoción. El tratamiento 3 tuvo un 85% de

remoción en turbiedad, a diferencias del tratamiento 2 que tuvo solo 74% de

reducción.

125

El tratamiento 2 con Cyperus papyrus tuvo mejor remoción en sólidos

disueltos totales y conductividad eléctrica, sin embargo, tuvo valores con gran

variabilidad. En cambio, el tratamiento 3 con ambas especies logro grandes

reducciones en turbidez; y lo resultados de los demás parámetros fueron

regulares.

Con respecto a la normativa solo el tratamiento con ambas especies cumple

con la mayoría de los parámetros. Por lo tanto, se concluye que el sistema

obtiene mayor remoción con más diversidad de macrófitas.

Por otra parte, con respecto a los resultados de las encuestas realizadas, se

concluyó que población del recinto “La Cabuya” vierte sus aguas residuales sin

ningún tratamiento previo a los cuerpos hídricos más cercanos, de tal manera

que los cambios han sido visibles durante los últimos años, por lo tanto, creen

necesario aplicar un sistema de tratamiento de aguas antes de ser vertidas,

incluso para poder reutilizarlas en fines no potables.

En conclusión de acuerdo a la hipótesis planteada en la investigación, los tres

tratamientos con Eichhornia crassipes y Cyperus papyrus permiten tratar

eficientemente las aguas grises generadas en el Recinto “La Cabuya”.

126

7. Recomendaciones

Investigar nuevos diseños de biofiltros y humedales aptos para comunidades

rurales.

Se recomienda presentar a la alcaldía del Cantón “Balzar” propuestas

ecológicas y sostenibles de sistemas de manejo de aguas residuales para los

sectores rurales, con la finalidad de mejorar la calidad del agua de los cuerpos

hídricos receptores.

Con respecto al eco-sistema de biofiltración y humedal, se sugiere instalarlo

bajo techado para evitar la exposición a las fuertes lluvias e inundaciones. Antes

de empezar a operar el eco-sistema para tratar las aguas grises, se debe esperar

que las macrófitas se adapten y se enraícen en los humedales.

Es recomendable analizar DBO5, DQO, SST, Ntot, PT, entre otros parámetros

semanalmente para contrastar la remoción de los mismos.

Además, se recomienda considerar la implementación de una capa de carbón

activado por sus propiedades como material filtrante en el biofiltro, para reducir

la presencia de color y sobre todo olor, así poder tener una mayor eficiencia al

implementar el eco-sistema de tratamiento. Así mismo, implementar una

recirculación desde los humedales hacia el biofiltro para mejorar la eficiencia del

sistema.

Considerar comparar con normas internacionales para la reutilización de las

aguas que exijan menores valores en los parámetros a analizar.

Se recomienda que a futuro para poder dar continuidad a la investigación en

el recinto “La Cabuya”, se proceda a caracterizar los cuerpos hídricos receptores

como el estero “La Cabuya” y el Río Daule, para determinar las condiciones en

las que se encuentran y analizar si cumplen con los parámetros de acuerdo a la

127

normativa. De la misma forma se recomienda caracterizar los pozos de agua del

recinto “La Cabuya”, para determinar la calidad de las aguas con la que se

abastecen para uso doméstico, de esta manera se podrá definir otro tipo de

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142

9. Anexos

9.1 Anexo 1. Recinto la Cabuya

Figura 33. Recinto “La Cabuya” Google Maps, 2021

Figura 34. Mapa geográfico del Recinto "La Cabuya", Cantón Balzar, Ecuador Basilio y Vega, 2021

Balzar

La Cabuya

143

Figura 35. En el Recinto "La Cabuya" las viviendas no cuentan con servicio de saneamiento adecuado. Basilio y Vega, 2021

Figura 36. Los habitantes de Recinto "La Cabuya" construyen canales para verter directamente las aguas residuales. Basilio y Vega, 2021

Figura 37. Las aguas residuales sin ser tratadas llegan finalmente a uno de los esteros del Recinto "La Cabuya" Basilio y Vega, 2021

144

9.2 Anexo 2. Tratamientos aguas grises

Figura 38. Composición de aguas servidas según su origen Franco, 2007

Figura 39. Composición de aguas grises según su origen Franco, 2007

Figura 40. Esquema de clasificación de los sistemas de depuración con macrófitas. Delgadillo, et al., 2010

145

Figura 41. Humedal Artificial de Flujo Superficial Tilley et al., 2018

Figura 42. Humedal de flujo subsuperficial horizontal Tilley et al., 2018

Figura 43. Humedales de flujo subsuperficial vertical Tilley et al., 2018

146

Figura 44. Cortes longitudinales de Humedales Artificiales de Flujo Subsuperficial Horizontal y Vertical Ortega et al., 2010 9.3 Anexo 3. Normativa

El acuerdo ministerial 097 A, del TULSMA libro VI Anexo1, agrega los

siguientes límites permisibles en calidad agua.

Tabla 67. Tabla 2. Criterios de calidad admisibles para la preservación de la vida acuática y silvestre en aguas dulces, marinas y de estuarios

Parámetros Expresado como Unidad

Criterio de calidad

Agua dulce Agua marina y

de estuario

Aluminio (1) Al mg/l 0,1 1,5 Amoniaco Total (2)

NH3 mg/l - 0,4

Arsénico As mg/l 0,05 0,05 Bario Ba mg/l 1,0 1,0 Berilio Be mg/l 0,1 1,5 Bifenilos Policlorados

Concentración de PCBs totales

µg/l 1,0 1,0

Boro B mg/l 0,75 5,0 Cadmio Cd mg/l 0,001 0,005 Cianuros CN- mg/l 0,01 0,01 Cinc Zn mg/l 0,03 0,015 Cloro residual total

CL2 mg/l 0,01 0,01

Clorofenoles(3) mg/l 0,05 0,05 Cobalto Co mg/l 0,2 0,2

147

Parámetros Expresado como Unidad

Criterio de calidad

Agua dulce Agua marina y

de estuario

Cobre Cu mg/l 0,005 0,005 Cromo total Cr mg/l 0,032 0,05 Estaño Sn mg/l 2,00 Fenoles monohídricos

Expresado como fenoles

mg/l 0,001 0,001

Aceites y grasas

Sustancias solubles en

hexano mg/l 0,3 0,3

Hidrocarburos Totales de Petróleo

TPH mg/l 0,5 0,5

Hierro Fe mg/l 0,3 0,3

Manganeso Mn mg/l 0,1 0,1 Materia flotante de origen antrópico

visible Ausencia Ausencia

Mercurio Hg mg/l 0,0002 0,0001

Níquel Ni mg/l 0,025 0,1 Oxígeno Disuelto

OD % de

saturación > 80 > 60

Piretroides Concentración de piretroides totales

mg/l 0,05 0,05

Plaguicidas organoclorados totales

Organoclorados totales

mg/l 10,0 10,0

Plaguicidas organofosforados totales

Organofosforados totales

mg/l 10,0 10,0

Plata Ag mg/l 0,01 0,005

Plomo Pb mg/l 0,001 0,001 Potencial de Hidrógeno

pH unidades

de pH 6,5 – 9 6,5 – 9,5

Selenio Se mg/l 0,001 0,001

Tensoactivos Sustancias activas al azul de metileno

mg/l 0,5 0,5

Nitritos NO2 mg/l 0,2

Nitratos NO3 mg/l 13 200

DQO DQO mg/l 40 -

DBO5 DBO5 mg/l 20 -

Sólidos Suspendidos Totales

SST mg/l

max incremento

de 10% de la condicion

natura

-

(1) Aluminio: Si el pH es menor a 6,5 el criterio de calidad será 0,005mg/l (2) Aplicar la Tabla 2a como criterio de calidad para agua dulce (3) Si sobrepasa el criterio de calidad se debe analizar el diclorofenol cuyo criterio de calidad es 0,2 ug/l

TULSMA LIBRO VI ANEXO 1 , 2015

148

Tabla 68. Tabla 9. Límites de descarga a un cuerpo de agua dulce

Parámetros Expresado

como Unidad Límite máximo

permisible Aceites y Grasas. Sustancias

solubles en hexano

mg/l 30

Alkil mercurio mg/l No detectable Aluminio Al mg/l 5,0 Arsénico total As mg/l 0,1 Bario Ba mg/l 2,0 Boro total B mg/l 2,0 Cadmio Cd mg/l 0,02 Cianuro total CN- mg/l 0,1 Cinc Zn mg/l 5,0 Cloro Activo Cl mg/l 0,5 Cloroformo Extracto carbón

cloroformo ECC mg/l 0,1

Cloruros Cl- mg/l 1 000 Cobre Cu mg/l 1,0 Cobalto Co mg/l 0,5 Coliformes Fecales NMP NMP/100

ml

1Remoción > al 99,9 %

Color real Color real unidades de color

* Inapreciable en dilución: 1/20

Compuestos fenólicos

Fenol mg/l 0,2

Cromo hexavalente Cr+6 mg/l 0,5 Demanda Bioquímica de Oxígeno (5 días)

DBO5 mg/l 100

Demanda Química de Oxígeno

DQO mg/l 200

Estaño Sn mg/l 5,0 Fluoruros F mg/l 5,0 Fósforo Total P mg/l 10,0 Hierro total Fe mg/l 10,0 Hidrocarburos Totales de Petróleo

TPH mg/l 20,0

Manganeso total Mn mg/l 2,0 Materia flotante Visibles Ausencia Mercurio total Hg mg/l 0,005 Níquel Ni mg/l 2,0 Nitrógeno amoniacal N mg/l 30,0

Continua...

Continuación...

Parámetros Expresado como

Unidad Límite máximo permisible

Nitrógeno Total Kjeldahl

N mg/l 50

Compuestos Organoclorados

Organoclorados totales

mg/l 0,05

Compuestos Organofosforados

Organofosforados totales.

mg/l 0,1

Plata Ag mg/l 0,1

1 Aquellos regulados con descargas de coliformes fecales menores o iguales a 3 000, quedan exentos de tratamiento.

149

Parámetros Expresado como

Unidad Límite máximo permisible

Plomo Pb mg/l 0,2 Potencial de hidrógeno

pH 6-9

Selenio Se mg/l 0,1 Sólidos Suspendidos Totales

SST mg/l 130

Sólidos totales ST mg/l 1 600 Sulfatos SO4

= mg/l 1000 Sulfuros S mg/l 0,5 Temperatura oC Condición natural

±3 Tensoactivos Sustancias

activas al azul de metileno

mg/l 0,5

Tetracloruro de carbono

Tetracloruro de carbono

mg/l 1,0

TULSMA LIBRO VI ANEXO 1 , 2015

150

9.4 Anexo 4. Diagrama

Figura 45. Diagrama Basilio y Vega, 2021

Inicio

Implementación del eco-sistema

Recolección de aguas grises

Ingreso al eco-sistema

Recolección de las muestras

Análisis físico-químico

Análisis estadístico - descriptivo

Análisis II físico-químico y microbiológico

Cálculo de eficiencia

Contraste con el AM N° 097 A

Socialización del proyecto/encuestas

Fin

Generación de una línea base

Análisis estadístico - inferencial

151

9.5 Anexo 5. Diseño experimental

Figura 46. Eco-sistema de biofiltración y humedal Basilio y Vega, 2021

Figura 47. Tanque de homogenización o recepción de aguas grises Basilio y Vega, 2021

152

Figura 48. Biofiltro de lecho orgánico Basilio y Vega, 2021

Figura 49. Tratamiento 1, implementación de Eichhornia crassipes Basilio y Vega, 2021

Figura 50. Tratamiento 2, implementación de Cyperus papyrus. Basilio y Vega, 2021

153

Figura 51. Tratamiento 3, implementación de Eichhornia crassipes y Cyperus papyrus Basilio y Vega, 2021 9.6 Anexo 6. Materiales del eco-sistema de biofiltración y humedal

Figura 52. Grava y arena gruesa, materiales implementados en el biofiltro y humedal. Basilio y Vega, 2021

Figura 53. Limpieza de material pétreo, previo al su implementación en el eco-sistema Basilio y Vega, 2021

154

Figura 54. Astillas de madera de Tabachín y Algarrobo, para empacar el biofiltro Basilio y Vega, 2021

Figura 55. Macrófitas implementadas en los humedales Basilio y Vega, 2021 9.7 Anexo 7. Evaluación de los parámetros

Figura 56. Análisis de turbidez caracterización Basilio y Vega, 2021

155

Figura 57. Análisis de SDT caracterización Basilio y Vega, 2021

Figura 58. Análisis de nitritos y nitratos Basilio y Vega, 2021

Figura 59. Análisis de coliformes totales Basilio y Vega, 2021

156

Figura 60. Informe de laboratorio acreditado, análisis de los parámetros DBO, DQO, aceites y grasas al mejor tratamiento resultante Labcestta, 2021

157

9.8 Anexo 8. Contaminantes aguas residuales y grises

Tabla 69: Clasificación de las aguas residuales Tipos Origen

Aguas residuales domésticas Provienen de actividades que se llevan a

cabo únicamente en el ámbito doméstico

Aguas residuales industriales Provienen de actividades comerciales e

industriales

Aguas residuales urbanas

Provienen de actividades domésticas,

comerciales e industriales, también incluyen

aguas de origen pluvial

Basilio y Vega, 2021 Tabla 70. Comparación de valores de aguas grises con residuales

PARÁMETROS Valor orientativo

AGUAS GRISES

Valor típico AGUAS

RESIDUALES

PARÁMETROS

FISICO-QUÍMICOS

Sólidos en

suspensión 45-330 mg/l 450 mg/l

DBO5 90-290 mg/l 400 mg/l

N Kjeldahl 2,1-31,5 mg/l 50-60 mg/l

Turbidez 22-200 NTU ---

PARÁMETROS

MICROBIOLÓGICOS

Coliformes totales 10 1 -10 6

UFC/100ml. 10 6 -10 7 UFC/100 m

Escherechia coli 10 1 -10 5

UFC/100ml. 10 5 -10 6 UFC/100 ml

Aqua España, 2018 Tabla 71. Características operacionales de sistemas de biofiltración con lechos inorgánicos

Características de diseño Baja tasa Media tasa Alta tasa

Medio Filtrante Roca Roca Plástico Roca

Carga hidráulica (m3/m2*d) 1 - 4 4 - 10 10 - 40 10 - 75

Carga orgánica (KgDBO/m3*d1) 0.07 - 0.22 0.24 - 0.48 0.4 - 2.4 0.6 - 3.2

Relación de recirculación 0 0 - 1 1 - 2 1 - 2

Profundidad (m) 1.8 - 2.4 1.8 - 2.4 1.8 - 2.4 3 - 12.2

Eficiencia de remoción de la DBO (%)

80 - 90 50 - 80 50 - 90 60 - 90

Cóndor, 2019

158

Tabla 72. Contaminantes importantes de interés en el tratamiento de las aguas residuales

Contaminantes Importancia

Sólidos suspendidos

Los sólidos suspendidos pueden llevar al desarrollo de depósitos de

lodo y condiciones anaerobias, cuando los residuos no trataos son

lanzados al ambiente acuático.

Materia orgánica

biodegradable

Compuesto principalmente por proteínas, carbohidratos y grasas. Por

lo general, se mide en términos de DBP y DQO. Si es descargada

son tratamiento al medio ambiente, su estabilización biológica puede

llevar al consumo de las fuentes de oxígeno natural y al desarrollo de

condiciones sépticas.

Microrganismos

patógenos Pueden trasmitir enfermedades

Nutrientes

Cuando son lanzados al ambiente acuático. Pueden llevar al

crecimiento de vida acuática indeseable. Cuando son aplicados al

suelo en cantidades excesivas, pueden contaminar también el agua

subterránea.

Compuestos tóxicos

Compuestos orgánicos e inorgánicos seleccionados en función de su

conocimiento o sospecha de carcinogenicidad, mutagenicidad,

teratogenicidad o elevada toxicidad. Muchos de esos compuestos se

encuentran en las aguas residuales.

Materia orgánica

refractaria

Esta materia orgánica tiende a resistir los métodos convencionales de

tratamiento de aguas residuales. Ejemplos incluyen detergentes,

fenoles y pesticidas agrícolas.

Metales pesados

Son normalmente adicionados mediante actividades humanas.

Tienen una alta persistencia en el ambiente, lo que incremente su

posibilidad de acumulación y toxicidad.

Solios inorgánicos

disueltos

Compuestos inorgánicos, como calcio, sodio y sulfato, deben ser

removidos si se va a usar nuevamente el agua residual, por ser

potencialmente degradadores del suelo.

Delgadillo et al., 2010

159

9.9 Anexo 9. Mecanismos de remoción

Tabla 73. Mecanismos de remoción en humedales artificiales Parámetro evaluado Mecanismos de remoción

Sólidos Suspendidos • Sedimentación/filtración

DBO

• Degradación microbiana (aeróbica y

anaeróbica).

• Sedimentación (Acumulación de materia

orgánica/lodo en la superficie del

sedimento).

Nitrógeno Amoniacal

• Amonificación seguida por nitrificación y

desnitrificación amoniacal.

• Captado por la planta.

Patógenos

• Sedimentación/filtración.

• Declinación.

• Radiación ultravioleta.

• Excreción de antibióticos por las raíces

de las macrófitas.

Vinueza, 2014 Tabla 74. Valores típicos de sustratos de humedales construidos, *d10 es el diámetro de una partícula en una distribución del peso de las partículas que es más pequeña que todo salvo 10% de las partículas

Tipo de sustrato Tamaño efectivo d10 * mm Porosidad efectiva 𝒏

Arena media 1 0.3

Arena gruesa 2 0.32

Mezcla arena-grava 8 0.35

Grava gruesa 32 0.4

Grava media 128 0.45

Crites, Ronlad y Tchobanoglous, 1998

160

9.10 Anexo 10. Taxonomía

Tabla 75. Taxonomía de Ficus benjamina

Reino: Plantae

División: Magnoliophyta

Clase: Equisetopsida

Orden: Rosales

Familia: Moraceae

Género: Ficus

Especie: F. benjamina

Guerra, Valdez, Orozco y Fuentes, 2016 Tabla 76. Taxonomía de Prosopis laevigata

Reino: Plantae


Clase: Magnoliopsida

Orden: Fabales

Familia: Fabaceae

Género: Prosopis

Especie: Prosopis laevigata

Comisión nacional para el conocimiento y uso de la biodiversidad, 2020; Rodríguez et al, 2014 Tabla 77. Taxonomía de Agave americana

Reino: Plantae


Clase: Liliopsida

Orden: Liliales

Familia: Agavaceae

Género: Agave

Especie: A. americana

Instituto nacional de investigaciones forestales, agrícolas y pecuarias, 2018; Verduzco, Predo y Mercado, 2008; Reynoso et al., 2012

https://es.wikipedia.org/wiki/Plantae

https://es.wikipedia.org/wiki/Magnoliophyta

https://es.wikipedia.org/wiki/Orden_(biolog%C3%ADa)

https://es.wikipedia.org/wiki/Familia_(biolog%C3%ADa)

https://es.wikipedia.org/wiki/G%C3%A9nero_(biolog%C3%ADa)

https://es.wikipedia.org/wiki/Especie













161

Tabla 78. Taxonomía de Jaracanda mimosifolia

Reino: Plantae


Clase: Equisetopsida

Orden: Lamiales

Familia: Bignoniaceae

Género: Jaracanda

Especie: J. mimosifolia

Guerra et al., 2016 Tabla 79. Taxonomía de Caesalpina pucherrima

Reino: Plantae


Clase: Magnoliopsida

Orden: Fabales

Familia: Caesalpinaceae

Género: Caesalpina

Especie: C. pulcherrima

Fundación Charles Darwin, 2020 Tabla 80. Taxonomía de Saccharum officiarum

Reino: Plantae


Clase: Liliopsida

Orden: Poales

Familia: Poaceae

Género: Saccharum

Especie: S. officiarum

Instituto nacional de biodiversidad, 2020



















162

Tabla 81. Taxonomía de Cyperus papyrus

Reino: Plantae


Clase: Lipiopsida

Orden: Poales

Familia: Cyperaceae

Género: Cyperus

Especie: C. papyrus

Sistema de información de biodiversidad de Colombia, 2020 Tabla 82. Taxonomía de Canna hybrids

Reino: Plantae


Clase: Monocotyledoneae

Orden: Commelinidae

Familia: Zingiberales

Género: Cannaceae

Especie: C. hybrids

Sistema de información sobre biodiversidad de Colombia , 2020 Tabla 83. Taxonomía de Strelitzia reginae

Reino: Plantae


Clase Liliopsida

Orden Zingiberales

Familia Strelitziaceae

Género Strelitzia

Especie S. reginae

Fundación Charles Darwin, 2020







https://es.wikipedia.org/wiki/Monocotyledoneae


https://es.wikipedia.org/wiki/Commelinidae


https://es.wikipedia.org/wiki/Zingiberales



163

Tabla 84. Taxonomía de Typha latifolia

Reino: Plantae

Dominio: Tracheophyta

Clase: Lipiopsida

Orden: Poales

Familia: Typhaceae

Género: Typha

Especie: T. latifolia

Sistema de información sobre biodiversidad de Colombia , 2020 9.11 Anexo 11. Encuesta

Figura 61. Población encuestada en el Recinto "La Cabuya" Basilio y Vega, 2021

164

165

Figura 62. Encuesta realizada a la comunidad rural del Recinto "La Cabuya" Basilio y Vega, 2021

166

Figura 63. Carta de autorización, para publicar los datos recolectados de la zona de estudio en el presente proyecto Basilio y Vega, 2021

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EVALUACIÓN DE UN ECO-SISTEMA DE BIOFILTRACIÓN Y …