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UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
PORTADA
DISEÑO DE UN FILTRO DE CARBÓN ACTIVADO A
BASE DE ESTOPA DE COCO (Cocos Nucífera) PARA LA
ELIMINACIÓN DE ACEITES Y GRASAS EN AGUAS
RESIDUALES AVÍCOLAS TRABAJO EXPERIMENTAL
Trabajo de titulación presentado como requisito para la obtención del título de
INGENIERO AMBIENTAL
AUTOR
MALDONADO MITE DIEGO JOSÉ
TUTOR
OCE. LEILA ZAMBRANO ZAVALA MSC.
GUAYAQUIL – ECUADOR
2020
2
UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
APROBACIÓN DEL TUTOR
Yo, OCE. LEILA ZAMBRANO ZAVALA MSC., docente de la Universidad Agraria del Ecuador, en mi calidad de Tutor, certifico que el presente trabajo de titulación: DISEÑO DE UN FILTRO DE CARBÓN ACTIVADO A BASE DE ESTOPA DE COCO (Cocos Nucífera) PARA LA ELIMINACIÓN DE ACEITES Y GRASAS EN AGUAS RESIDUALES AVÍCOLAS , realizado por el estudiante MALDONADO MITE DIEGO JOSÉ; con cédula de identidad N°092244305-6 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, _________________________________
OCE. LEILA ZAMBRANO ZAVALA MSC. Guayaquil, 27 de Noviembre del 2020
3
UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
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: “DISEÑO DE UN FILTRO DE CARBÓN ACTIVADO A BASE DE ESTOPA DE COCO (Cocos Nucífera) PARA LA ELIMINACIÓN DE ACEITES Y GRASAS EN AGUAS RESIDUALES AVÍCOLAS”, realizado por el estudiante MALDONADO MITE DIEGO JOSÉ, el mismo que cumple con los requisitos exigidos por la Universidad Agraria del Ecuador.
Atentamente,
Ing. Jorge Coronel Quevedo PRESIDENTE
Blgo. Raúl Arizaga Gamboa Ing. Alex Ortega Vélez EXAMINADOR PRINCIPAL EXAMINADOR PRINCIPAL
Oce. Leila Zambrano Zavala EXAMINADOR SUPLENTE
Guayaquil, 16 de Noviembre del 2020
4
Dedicatoria
Para mi Hermana Cristina E. Maldonado Narváez,
siempre estarás conmigo. ¡Lo Logramos!
5
Agradecimiento
En primer orden agradezco a Dios por haberme
puesto en este camino y darme las herramientas para
salir adelante, Agradezco a todos los miembros de mi
familia que siempre me brindaron su apoyo y su
bendición, Agradezco a Jenny Urrutia, quien fue un
apoyo y una motivación para seguir adelante en mi
Carrera Universitaria y decisiones de vida.
A mi Papá por ser ese ángel que siempre me enseño
más y más, porque siempre podré contar con él. A mi
Mamá quien me demostró el sacrificio y lo importante
que es tenerla a mi lado, siempre seremos un gran
equipo.
A mi Tutora de tesis y Docentes de la Universidad
Agraria del Ecuador, fueron una Guía y siempre
estaré en deuda por todo su apoyo.
Autorización de Autoría Intelectual
Yo DIEGO JOSÉ MALDONADO MITE, en calidad de autor del proyecto realizado,
sobre “DISEÑO DE UN FILTRO DE CARBÓN ACTIVADO A BASE DE ESTOPA
DE COCO (Cocos Nucífera) PARA LA ELIMINACIÓN DE ACEITES Y GRASAS EN
AGUAS RESIDUALES AVÍCOLAS” para optar el título de Ingeniería Ambiental, por
la presente autorizo a la UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR, hacer uso de
todos los contenidos que me pertenecen o parte de los que contienen esta obra,
con fines estrictamente académicos o de investigación.
Los derechos que como autor me correspondan, con excepción de la presente
autorización, seguirán vigentes a mi 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, Noviembre 27 del 2020
_____________________________
MALDONADO MITE DIEGO JOSÉ
C.I. 0922443056
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 tablas ........................................................................................................ 10
Índice de figuras ................................................................................................. 11
Resumen ............................................................................................................. 14
Abstract ............................................................................................................... 15
1. Introducción ................................................................................................. 16
1.1 Antecedentes del problema ...................................................................... 16
1.2 Planteamiento y formulación del problema ............................................. 18
1.2.1 Planteamiento del problema .......................................................... 18
1.2.2 Formulación del problema ............................................................. 19
1.3 Justificación de la investigación .............................................................. 19
1.4 Delimitación de la investigación ............................................................... 21
1.5 Objetivo general ......................................................................................... 22
1.6 Objetivos específicos ................................................................................ 22
1.7 Hipótesis ..................................................................................................... 22
2. Marco teórico ............................................................................................... 23
2.1 Estado del arte ........................................................................................... 23
2.2 Bases teóricas ............................................................................................ 25
2.2.1 Aguas residuales ............................................................................ 25
8
2.2.2 Aguas residuales avícolas ............................................................. 25
2.2.3 Parámetros físicos del agua .......................................................... 25
2.2.4 Parámetros químicos del agua ...................................................... 26
2.2.5 Parámetros biológicos del agua .................................................... 28
2.2.6 Materia Orgánica ............................................................................. 30
2.2.7 Carbón Activado ............................................................................. 30
2.2.8 Electrocoagulación ......................................................................... 30
2.2.9 Estopa de Coco ............................................................................... 31
2.3 Marco legal ................................................................................................. 31
2.3.1 Ley de la Constitución de la República del Ecuador ................... 31
2.3.2 Ley de aguas, codificación ............................................................ 32
2.3.3 Coa – Código Orgánico del Ambiente .......................................... 34
3. Materiales y métodos .................................................................................. 38
3.1 Enfoque de la investigación ..................................................................... 38
3.1.1 Tipo de investigación ..................................................................... 38
3.1.2 Diseño de investigación ................................................................. 40
3.2 Metodología ................................................................................................ 41
3.2.1 Variables .......................................................................................... 44
3.2.2 Tratamientos ................................................................................... 44
3.2.3 Diseño experimental ....................................................................... 45
3.2.4 Recolección de datos ..................................................................... 45
3.2.5 Recursos ......................................................................................... 47
3.2.6 Métodos y técnicas ......................................................................... 48
3.2.7 Análisis estadístico ........................................................................ 49
4. Resultados ................................................................................................... 51
4.1 Caracterización del agua residual avícola en los distintos puntos de
contaminación de la avícola. ......................................................................... 51
9
4.2 Análisis de las muestras de agua residual avícola después del
tratamiento con lecho filtrante a base de estopa de coco. ......................... 54
4.3 Diseño del filtro a base de estopa de coco capaz de remover aceites y
grasas incluyendo parámetros físicos y químicos en aguas residuales
avícolas. ........................................................................................................... 56
5. Discusión ...................................................................................................... 68
6. Conclusiones ............................................................................................... 72
7. Recomendaciones ....................................................................................... 73
8. Bibliografía ................................................................................................... 74
9. Anexos .......................................................................................................... 79
10
Índice tablas
Tabla 1. Parámetros iniciales del agua residual avícola. ...................................... 53
Tabla 2. Análisis del agua residual avícola sometida a la electrocoagulación. .... 55
Tabla 3. Composición del biofiltro. ....................................................................... 59
Tabla 4. Frecuencia del tiempo por cada tratamiento durante su filtración. ......... 60
Tabla 5. Análisis del agua tratada con sus diferentes parámetros. ...................... 62
Tabla 6. Porcentaje de los componentes del biofiltro. .......................................... 81
11
Índice de figuras
Figura 1. Comparación de los tratamientos y máximos permisibles. ................... 56
Figura 2. Comparación estadística de cada tratamiento y sus componentes. .... 59
Figura 3. Comparación del tiempo filtrado por cada tratamiento. ........................ 60
Figura 4. Comparación grafica de cada parámetro en el agua tratada. .............. 62
Figura 5. Método de Tukey en PH. ...................................................................... 63
Figura 6. Método de Tukey en DBO. ................................................................... 63
Figura 7. Método de Tukey en DQO. .................................................................. 64
Figura 8. Método de Tukey en Sólidos Totales. .................................................. 64
Figura 9. Método de Tukey en Aceites y Grasas. ................................................ 65
Figura 10. Método de Tukey en Hierro. ............................................................... 66
Figura 11. Método de Tukey en Alcalinidad. ....................................................... 66
Figura 12. Mapa urbano de la Avícola Don Luis. ................................................. 79
Figura 13. Mapa satelital de la Avícola Don Luis. ................................................ 79
Figura 14. Diagrama de flujo del carbón activado de estopa de coco. ................ 80
Figura 15. Porcentaje de componentes de biofiltro en relación estadística. ........ 81
Figura 16. En el lugar del muestreo de agua residual. ........................................ 82
Figura 17. Muestreo del agua residual en el área de faenamiento. ..................... 82
Figura 18. Descarga de aguas residuales directas al SSAA. .............................. 82
Figura 19. Recolección de la segunda muestra para análisis. ............................ 83
Figura 20. Zona completa de recolección de fluidos residuales. ......................... 83
Figura 21. Tiempo de duración de la electrocoagulación. ................................... 83
Figura 22. Proceso de limpiado y secado de la estopa de coco. ......................... 84
Figura 23. Proceso de obtención del Carbón activado. ....................................... 84
Figura 24. Medición de temperatura máxima del horno. ..................................... 85
12
Figura 25. Horno desarrollado específicamente para el proceso de obtención del
carbón activado. ................................................................................................... 85
Figura 26. Proceso de calcinado. ........................................................................ 86
Figura 27. Proceso de secado, luego de la activación. ....................................... 86
Figura 28. Preparación para la activación luego de secado. ............................... 87
Figura 29. Proceso de activación con ácido Nítrico. ............................................ 87
Figura 30. Limpieza de materia orgánica en electrocoagulación. ........................ 88
Figura 31. Proceso de electrocoagulación. ......................................................... 88
Figura 32. Comprobación de voltaje. ................................................................... 89
Figura 33. Comprobación de separación de compuestos. .................................. 89
Figura 34. Limpieza de muestra 2. ...................................................................... 90
Figura 35. Filtración de las primeras replicas. ..................................................... 90
Figura 36. Filtración en todos los tratamientos. ................................................... 91
Figura 37. Comparación de resultados entre las distintas fases y tratamientos del
agua residual Avícola. .......................................................................................... 91
Figura 38. Análisis de réplicas en Laboratorio..................................................... 92
Figura 39. Determinando resultados de los diferentes parámetros. .................... 92
Figura 40. Instrumentos de Análisis de Aguas Residuales. ................................ 93
Figura 41. Análisis ANOVA en PH. ..................................................................... 93
Figura 42. Análisis ANOVA en DBO. ................................................................... 94
Figura 43. Análisis ANOVA en DQO. .................................................................. 94
Figura 44. Análisis ANOVA en SST. ................................................................... 95
Figura 45. Análisis ANOVA en Aceites y Grasas. ............................................... 95
Figura 46. Análisis ANOVA en Hierro. ................................................................. 96
Figura 47. Análisis ANOVA en Alcalinidad. ......................................................... 96
13
Figura 48. Análisis ANOVA en Dureza ................................................................ 97
14
Resumen
El proyecto comprende su desempeño total en el conjunto de varias metodologías
aplicadas para obtener un resultado potencialmente beneficioso para la comunidad
y el ambiente. Parte clave fue los métodos de muestreo del Agua residual de uso
Avícola la cual fue el agente principal de la problemática del proyecto, los cuales
van en conjunto con los respectivos análisis de aceites y grasas, sólidos
suspendidos totales, pH, demanda bioquímica de oxígeno y demanda química de
oxígeno, siendo estos utilizados para la comparación de los diferentes tratamientos
aplicados. La utilización de un pretratamiento como lo fue la electrocoagulación se
convirtió en un factor principal, permitiendo preparar el agua para la filtración y así
demostrar que nuestra hipótesis estaba en lo correcto. Para el ensamblaje de los
distintos Biofiltro se utilizaron distinto componentes tales como la pumita y la
arenisca , y para obtener el principal componente como el carbón activado se lo
realizo mediante la utilización de residuos de la estopa de coco para su respectiva
activación química, en donde tenían procesos con varios puntos de control de
temperatura, peso, tiempo, e instrumentos específicos que se necesitaron de forma
clave para el desarrollo del producto, como fueron el horno de altas temperaturas y
tamiz. Obtener el producto final, como el carbón activado de la estopa de coco estos
sería la parte demostrativa de todo el trabajo que se ha realizó para llegar a obtener
un agua dentro de los valores permisibles en más de 7 parámetros importantes para
la salud humana, ambiental y beneficiosa para avícola don Luis.
Palabras claves: Agua residual avícola, Aceites y grasas, Carbón activado,
Estopa de coco, Filtros.
Abstract
The project comprises its total performance in the set of several methodologies,
applied to obtain a potentially beneficial result for the community and the
environment. An essential part was the sampling methods for Poultry Wastewater,
which was the main agent of the problem of the project, which go together with the
respective analysis of oils and fats, total suspended solids, pH, biochemical oxygen
demand and chemical oxygen demand, these being used for the comparison of the
different treatments applied. The use of a pre-treatment such as electrocoagulation
became a main factor, allowing the water to be prepared for filtration and thus
demonstrating that our hypothesis was correct. For the assembly of the different
Biofilters, different components such as pumice and sandstone were used, and to
obtain the main component, such as activated carbon, it was carried out by using
residues of coconut tow for their respective chemical activation, where they had
processes with several control points of temperature, weight, time, and specific
instruments that were needed in a key way for the development of the product, such
as the high-temperature oven and sieve. Obtain the final product, such as the
activated carbon from the coconut tow, these would be the demonstrative part of all
the work that has been carried out to obtain a water within the permissible values in
more than 7 parameters important for human, environmental health and beneficial
for poultry don Luis.
Keywords: Poultry waste water, Oils and fats, Activated carbon, Coconut tow,
Filters.
16
1. Introducción
1.1 Antecedentes del problema
“De acuerdo al Banco Mundial, más de 300 millones de habitantes de ciudades
en Latinoamérica producen 225,000 toneladas de residuos sólidos cada día”
(Ramalho, 1990).
En Latinoamérica, la contaminación de los sistemas de drenaje de diferente nivel
es afectados, tanto como los que están cerca de zonas urbanas como rurales, esto
se debe a que muchas son utilizadas como sistema de acopio de residuos
domésticos e industriales, a su vez, los medios acuáticos contienen el 40% de las
especies tropicales en flora y fauna del mundo, el 36% de especies cultivadas de
alimentos y derivados para productos industriales. Latinoamérica presenta un gran
interés en la protección y preservación del medio ambiente, añadiendo la
preocupación por la salud humana (Reynold, 2002).
Es difícil generalizar acerca de cualquier condición en Latinoamérica, debido a
la diversidad económica, social y ambiental de la región, tanto entre país y país
como dentro de una misma nación. Una gran inquietud, es la contaminación de ríos
por producción avícola que se produce en áreas urbanas y áreas pobladas en el
campo, que no son adecuadas para el desarrollo (como laderas empinadas de
cerros, pantanos, y planicies propensas a inundaciones).
En Latinoamérica, existe una división marcada entre las poblaciones de escasos
recursos y las de altos ingresos, con respecto al acceso a los servicios de
saneamiento, los procesos de limpieza de aguas residuales son muchas
generalizados sin variar metodologías o recursos en base al tipo de contaminación
que es generada en el cuerpo hídrico (Reynold, 2002).
17
En Ecuador la industria avícola no representa el mayor contaminante de
desechos orgánicos comparada con otras industrias agrícolas, sin embargo, el
manejo inadecuado de descargas con materia orgánica, donde involucra altos
niveles de grasas y aceites, pueden causar significativa contaminación del agua,
suelo y aire (Lozada, 2009).
En las plantas industriales de faenamiento de aves, se generan elevadas
concentraciones de contaminación de sistemas de drenaje debido a la gran
cantidad de agua que el procesamiento demanda, todas las etapas que conforman
el proceso contribuyen al aumento de la carga contaminante en las aguas
residuales. Entre otros incluyendo sangre, menudencias, plumas, carne, tejido
graso, materiales perdidos durante el procesamiento, conservante y detergentes
cáusticos. En el faenamiento de animales, la sangre se identifica como el mayor
generador de aceites y grasas, sobre los residuos sólidos, se podría decir que
podría contribuir como factor contaminante del agua primario.
Otro origen de aguas contaminadas es por limpieza de vehículos transportadores
de productos avícolas, instalaciones de venta y distribución de productos cárnicos
y avícolas, equipos que contienen un valor de solidos suspendidos de gran porción,
dentro de los principales parámetros afectados al medio ambiente son los desechos
generados en el faenamiento, DBO, solidos totales, sustancias grasas, coliformes
fecales, nitrógeno orgánico que se los encuentra en mayor concentración (Lozada,
2009).
18
1.2 Planteamiento y formulación del problema
1.2.1 Planteamiento del problema
Dentro de las aguas residuales generadas por una población, se dividen en
aguas residuales urbanas y de origen industrial (Méndez Novelo et al., 2009), un
alto porcentaje de contaminación en cuerpos hídricos por aguas residuales de
origen industrial, proviene de la industria avícola, en el Ecuador, el procesamiento
de aves genera aguas residuales en gran magnitud, las cuales son vertidas en
cuerpos hídricos con una gran cantidad de materia orgánica, grasas, aceites y otros
componentes que alteran la composición de un ecosistema acuático.
Según CONAVE (Corporación Nacional de Avicultores del Ecuador), se
producen cerca de 220 millones de pollos al año implicando un crecimiento del
400% desde la década de los 90, estimando que la producción de desechos en
aguas producto del incremento en la producción avícola es directamente
proporcional, lo que aumenta el problema de contaminación en los cuerpos hídricos
que pasan por zonas urbanas y rurales, donde son utilizados de drenaje (Lozada,
2009).
En negocios de menor categoría basados en su porcentaje de producción,
comparados a la producción industrial, se estima que tienen un margen de
contaminación menor, el problema se ubica en que existen muchos de estos
negocios en un área residencial o perímetro urbano, lo que representa un
porcentaje significativo de aguas residuales con elevados valores de grasas,
aceites, materia orgánica y desechos sólidos.
19
1.2.2 Formulación del problema
¿Cuál es la eficiencia de los filtros para disminuir parámetros químicos utilizando
carbón activado de la cáscara de coco y otros medios adsorbentes como la pumita
y la arena para aguas residuales avícolas?
1.3 Justificación de la investigación
La presencia de factores contaminantes como lo son el Amonio, grasas, aceites,
materia orgánica sólida, entre otros, son identificadas como desechos que son
vertidos en sistemas de drenaje y cuerpos hídricos de menor caudal.
Un indicador de este tipo de contaminación es el desarrollo de algas las cuales
agotan el Oxígeno en el cuerpo hídrico, lo que promueve el desarrollo de demás
especies de flora y fauna, concluyendo en una eutrofización severa y
degenerándose en procesos rápidos de sedimentación y disminución del caudal o
incluso estancamientos de las aguas.
Por su parte los aceites son perjudiciales para los peces y los invertebrados
acuáticos. De igual forma, se produce la contaminación de mantos acuíferos por la
actividad avícola, debido a la presencia de sólidos suspendidos, coliformes y
nitrógeno, aldehídos diluidos, o aceites y grasas mezclados con materia orgánica,
entre otros, sobre todo en ríos de baja profundidad y de meandros que disminuirán
su recorrido, lo que podría terminar modificando la red de drenajes de cierto nivel.
“El aceite procedente de limpieza, faenamiento de aves, procesamiento de aves
que se vierten por fregaderos, inodoros, provoca múltiples problemas, el aceite
mezclado con agua y otros componentes varias veces genera toxinas que
perjudican seriamente nuestra salud (Moronta, Loaiza, & Bermúdez, 2007).
20
Se solidifica y adhiere a las paredes de las cañerías de los domicilios y en la red
general del municipio, provocando atascos, alimentando y reproducción de
roedores, la proliferación de bacterias, incidiendo grave y directamente en nuestra
salud además afecta a las depuradoras, dificultando su funcionamiento y
disminuyendo la vida media de este tipo de instalaciones. Repercute negativamente
en el ciclo del agua y en el desarrollo de la vida en los ríos y mares. “El aceite se
adhiere a las agallas de los peces y crea una capa en la superficie del agua que
impide su correcta oxigenación, en definitiva, altera el ecosistema” (Zúñiga , Buelna
, & Moelle, 2012).
La utilidad de esta investigación será demostrar la viabilidad y eficacia de un
lecho filtrante en la disminución de contaminación por aguas residuales de uso
avícola, de tal manera que las sustancias grasas no representen un impacto
negativo al ser consideradas desechos.
Dentro de la demostración de la eficacia de este tratamiento de aguas residuales
es primordial tener un tratamiento previo a la filtración, en este caso se tomó en
cuenta la Electrocoagulación a fin de encontrar soluciones más amigables con el
medio Ambiente, sin químicos y abusos de recursos de mayor importancia (Arango
Ruíz & Garcés Giraldo, 2009).
Como pretratamiento para una correcta gestión de aguas residuales, se utiliza la
electrocoagulación, de tal forma que es una vía de eliminación de solidos con alta
densidad o gran tamaño que dificultaría el proceso de filtración o biodigestión en
procesos secundarios o terciarios.
El propósito de la utilización de una electrocoagulación previa a un tratamiento
de filtración es la separar contaminantes que se encuentren, suspendidos,
21
emulsionados o disueltos, en el caso de materia orgánica, aceites, grasas y sangre,
son separados en estado disuelto (Arango Ruíz & Garcés Giraldo, 2009).
El carbón activado de coco está compuesto entre 70 a 80 % de carbono, es
prácticamente puro y el contenido de cenizas varía entre un 5 a 10%, las múltiples
micro grietas y porosidades mantienen el carbón activado como uno de los filtros
más potentes de la naturaleza. (Alkanatur, 2019)
La estopa de coco que será utilizada para formular el carbón activado, juega un
papel importante debido a sus propiedades como desecho sólido, es considerado
un desecho al utilizar el coco, su estructura molecular permite que la pulverización,
horneado y tamizado sean más efectivo al procesar la materia orgánica.
1.4 Delimitación de la investigación
Esta investigación tiene el siguiente alcance: lugar donde se realizó la
experimentación dirigida a la población afectada, con el periodo de tiempo
empleado, desarrollo de toma de muestras de agua y sus análisis respectivos,
antes y después de los tratamientos.
Espacio: Avícola Don Luis- Al sur de la ciudad de Guayaquil, los Esteros,
Fertiza Coop. Santiaguito de Roldós Mz 61, solar, 1076. Coordenadas:
2°15'10ˮ S 79°54'15ˮ O (Ver anexo figura 12 y 13).
• Tiempo: El periodo de realización de la tesis experimental tomo un total de
6 meses.
• Población: 20 casas ubicadas alrededor de la Avícola Don Luis, donde se
encuentran familias, trabajadores, y personal de la misma Avícola, y a la vez
ayudó alrededor de 60 personas relacionas con la problemática.
22
1.5 Objetivo general
Diseñar un filtro de carbón activado a base de estopa de coco para la eliminación
de aceites y grasas en aguas residuales avícolas, demostrando su eficacia con
análisis de aguas y diferentes tratamientos.
1.6 Objetivos específicos
• Caracterizar el agua residual avícola en los distintos puntos de
contaminación de la avícola.
• Analizar las muestras de agua residual avícola después del tratamiento con
lecho filtrante a base de estopa de coco.
• Diseñar un filtro a base de estopa de coco capaz de remover aceites y grasas
incluyendo parámetros físicos y químicos en aguas residuales generadas
por actividades de faenamiento y procesamiento de productos avícolas.
1.7 Hipótesis
La utilización de lechos filtrantes a base de estopa de coco, disminuirá la
concentración de sustancias grasas en aguas residuales generadas por actividades
de faenamiento y procesamiento de productos avícola.
2. Marco teórico
2.1 Estado del arte
Cáceres (2017) determinó en sus diseños de tratamientos de un efluente
proveniente de una industria avícola, que la caracterización del agua residual
avícola analizadas obtuvieron resultados con los siguientes parámetros tales como
Aceites y Grasas 1830mg/L, pH 7, Demanda Química de Oxigeno 6750mg/L,
Demanda Bioquímica de Oxigeno 2880 mg/L, Sólidos Suspendidos Totales
1910mg/L, excediendo las normas del límite máximo permisible de descarga al
sistema de alcantarillado público.
Serkan , Yalçın, Alper y Şahset (2011) en su artículo para el tratamiento de
agua residual de mataderos de aves mediante el método de electrocoagulación,
realizaron un reactor electroquímico incluyendo cinco placas anódicas y cinco
cátodos con un espacio de 5mm, conectados a una fuente de alimentación de
corriente continua teniendo como valores para densidad de corriente de 0,5
mA/cm2 y 1,0 mA/cm2 y los valores de velocidad de agitación se tomaron como
100, 150 y 250 rpm, donde obtuvieron la mayor eficiencia de eliminación
alcanzando a 150 rpm para cada densidad de corriente, removiendo porcentajes
de 69 a 85%.
Mittal (2012) determina en la caracterización de aguas residuales de diferentes
mataderos tomando muestras para ser analizadas en laboratorios y así obtener
resultado con los siguientes parámetros, donde el pH tuvo un 6.98, Aceites y
Grasas de 1302mg/L, Sólidos Totales 6344mg/L, Demanda Bioquímica de Oxigeno
4635mg/L, Demanda Química de oxígeno 11588 mg/L excediendo los máximos
permisibles de efluentes.
24
Turoti y Gimba (2006) mediante su artículo titulado eficiencia de adsorción en
carbones activados de la cáscara de coco para remover color, oxígeno disuelto,
aceites y grasas relacionados a efluentes de aguas residuales industriales,
realizaron pruebas con distintos agentes activantes de los cuales utilizaron cloruro
de hierro FeCl3, cloruro de calcio CaCl2 , carbonato de potasio K2CO3, cloruro de
zinc ZnCl2, donde analizaron por medio del método de gravimetría grasas y aceites
obteniendo como resultados que los carbones activados con FeCl3 fue más efectivo
en adsorbe 94.3% de aceite / grasa, 46.2% de oxígeno disuelto, 71.9% de DBO,
72.1% de DQO y 96% de sólidos disueltos (DS), sólidos suspendidos (SS) y sólidos
totales (TS), mientras que el carbón activado con ZnCl2 adsorbió más
efectivamente solo el 92.2% del color.
Saad, Jamil, Odli & Izhar (2016) realizó un estudio de tratamiento de aguas
residuales mediante la filtración con arena y adsorbentes como carbón activado de
coco en donde se analizaron en base a parámetros tales como demanda química
de oxígeno, demanda bioquímica de oxígeno y sólidos suspendidos donde tiene
como resultado que con la utilización de los filtros con arena y carbón activado,
indica que elimina más del 80% de la materia orgánica.
Solorzano (2019) realizó la evaluación de efluentes residuales, en una destilería
de alcohol utilizando filtros con pumita explica que la utilización de materiales o
minerales del suelo como material base para un lecho filtrante, ayuda a disminuir
las características fisicoquímicas del agua residual, donde la pumita es un producto
triturado de la piedra pómez que puede ser obtenida como resultado de actividades
mineras y realizar filtraciones de aguas residuales tiene como porcentaje de
adsorción entre 35 y 40%, donde la disminución de materia orgánica, DBO, DQO,
son positivos debido a que la piedra pómez tiene un alto porcentaje de
25
permeabilidad lo que favorece en un período corto de tiempo a la volatilización del
agua.
2.2 Bases teóricas
2.2.1 Aguas residuales
Las aguas residuales son aquellos líquidos procedentes de las actividades
desarrollados por el ser humano, caracterizadas por presentar una fracción de agua
y un elevado porcentaje de residuos contaminantes, debido a que han sido
modificadas por diversos usos domésticas, industriales o comunitarias (López &
Calderón, 2017).
2.2.2 Aguas residuales avícolas
El proceso de matanza de aves, el agua es usada principalmente para el
escaldado, lavado antes y después del eviscerado, enfriamiento, limpieza y
saneamiento de equipos e instalaciones, reportado que el consumo específico de
agua puede estar entre 8 y 15 L/ave sacrificada, estas aguas residuales de
mataderos son altamente contaminantes debido a su elevada demanda bioquímica
de oxígeno, altas concentraciones de materia orgánica biodegradable, materia
coloidal y suspendida, tales como grasas, proteínas y celulosa, por lo que provocan
un alto impacto ambiental en cuerpos receptores (Caldera , Gutiérrez , & Luengo ,
2010).
2.2.3 Parámetros físicos del agua
2.2.3.1 Turbidez
Define como turbidez de una muestra de agua a la pérdida de su transparencia,
ocasionado por el material particulado o en suspensión que arrastra la corriente de
agua, dentro de este puede constituir arcillas, limos, algas, impidiendo la
26
transmisión de la luz solar, para la medición de este parámetro se lo realiza
mediante el instrumento turbidímetro (Delgadillo, Camacho, Pérez , & Andrade,
2010).
2.2.3.2 Conductividad
La conductividad eléctrica es la medida de la capacidad del agua para conducir
la electricidad siendo transportada por iones en una solución por lo tanto esto
aumenta la concentración de iones provoca un aumento en la conductividad está
es usada como un parámetro sustituto de la concentración de sólidos disueltos
totales ( Villarreal Morales, 2000).
2.2.3.3 Temperatura
La temperatura es un factor limitante que influye en el rendimiento de dichos
procesos sobre sus propiedades físicas, como se los relaciona a la viscosidad,
solubilidad, pH y cinética de algunas reacciones durante los proceso de
tratamientos, la disminución de la temperatura en aguas residuales sufren a los
movimientos brownianos y disminuye la probabilidad de colisión (Aguilar, 2002).
2.2.4 Parámetros químicos del agua
2.2.4.1 Potencial Hidrogenado
El pH potencial de hidrógeno trata de demostrar las acumulaciones o
concentraciones de hidrógeno potencializada 10 veces más de lo normal, el pH
puede variar de acuerdo a la temperatura, concentraciones de metales e ionización
del agua (Peña Díaz, 2002).
2.2.4.2 Dureza
La dureza en aguas es producida por sales de calcio y magnesio y en menor
proporción por el hierro, aluminio y otros metales, esto se debe a los bicarbonatos
27
y carbonatos de calcio y magnesio se puede eliminarse por ebullición al mismo
tiempo es conocida como dureza no carbónica o permanente, las aguas que
poseen esta dureza pueden ablandarse añadiendo carbonato de calcio y calcio
filtrándolas a través de zeolitas naturales o artificiales que absorben los iones
metálicos que producen la dureza y liberan espacios de sodio en el agua los
detergentes contienen ciertos agentes separadores que inactivan las sustancias
causantes de la dureza en el agua (Sanz, López, & Esteban, 2013).
2.2.4.3 Coloides
Indica que los coloides son partículas con un tamaño lo suficientemente grande
como para que sea una buena aproximación a esperar efectos cuánticos y por tanto
sea posible simplificar o ignorar su estructura interna molecular los coloides son
fáciles de modelizar, así como mencionar en su potencial en dureza (Girón-Calle,
2005).
2.2.4.4 Sólidos disueltos
Los sólidos disueltos son aquellos que contribuyen a la carga de los sólidos en
el agua se clasifican de acuerdo a su tamaño y estado en suspensión de sólidos
coloidales y sólidos perennes, dentro de las características químicas que se toman
en cuenta es la volatilidad de los sonidos y la temperatura que alcanza o tolera para
hacer volatilizable, la división en cuanto al tamaño en un fraccionamiento
convencional basada a través del papel filtro con poco tamaño definido aquel sólido
que pase el papel filtro será considerado sólido disuelto (Pérez G. , 2003).
2.2.4.5 Sólidos en suspensión
Los sólidos suspendidos están compuestos tanto de material orgánico como
inorgánico éstos incrementan la turbiedad, debido a que depende del tamaño y la
28
distribución de las partículas involucradas siendo los sólidos sedimentables solo
una fracción de los sólidos suspendidos totales y representa el material que
sedimenta en 45 minutos a través del cono de IMHOFF al dejar reposar el agua,
estos sólidos se los pueden retener por medio de un filtro (Jiménez, 2001).
2.2.4.6 Sólidos totales
Los sólidos totales o material orgánico, de las aguas residuales son por
definición los residuos que quedan una vez que la parte líquida se evapora dos y el
remanente se ha secado a peso constante a 103 grados centígrados, se hace la
diferencia entre sólidos disueltos y sólidos no disueltos entre las dos muestras
cuando se indica que son secadas a cierta temperatura los sólidos que dan en
suspensión a fin de clasificar mejor los residuos (Glynn & Heinke, 1999).
2.2.5 Parámetros biológicos del agua
2.2.5.1 Demanda Bioquímica de Oxígeno
La demanda bioquímica de oxígeno es una medida de la cantidad de oxígeno
consumido en la degradación bioquímica de la materia orgánica mediante procesos
biológicos aerobios, representando por tanto una medida directa de la
concentración de la materia orgánica e inorgánica degradable o transformable
biológicamente, cuando estos niveles de demanda bioquímica son altos los niveles
de oxígeno disueltos serán bajos (Sánchez G. , 2007).
2.2.5.2 Demanda Química de Oxígeno
Es un parámetro analítico de contaminación que mide el contenido de materia
orgánica en una muestra de agua mediante oxidación química, representa el
contenido de la materia orgánica total de la muestra, oxidable por cromato de
potasio en solución ácida (Pérez & Ramírez, 2008).
29
2.2.5.3 Oxígeno disuelto
El oxígeno disuelto que es uno de los indicadores más importantes de la calidad
del agua los valores normales varían entre 7 y 8 la fuente principal de oxígeno en
el aire la cual difunde rápidamente en el agua por la turbulencia en los ríos y por el
viento en los lagos la fotosíntesis de la fuente más importante de oxígeno y su
medición se usa para determinar la productividad primaria y en cierta medida
deducir el estado de eutrofización (Pérez G. , 2003).
2.2.5.4 Grasas y Aceites
La grasa animal y los aceites son ésteres compuestos de alcohol o glicerol y
ácidos grasos. Los ésteres de ácidos grasos, que son líquidos en las temperaturas
ordinarias se llaman aceites, y los que son sólidos se llaman grasas. Ambos son
químicamente muy semejantes ya que se componen de carbono, hidrógeno y
oxígeno, en diversas proporciones las grasas son de los compuestos orgánicos
más estables y no se descomponen fácilmente por la acción de las bacterias (Días,
2018).
Sin embargo, los ácidos minerales y el hidróxido de sodio las atacan dando
como resultado la formación de glicerina y ácido graso o sus sales alcalinas. Si la
grasa no se elimina antes de la descarga del agua residual puede interferir con la
vida biológica acuática y crear películas y materiales en flotación imperceptibles.
Los límites de 15 a 20 mg de contenido de grasa por litro y la ausencia de capas de
aceite iridiscentes son dos ejemplos de sustancias de normas establecidas (Días,
2018).
30
2.2.6 Materia Orgánica
La materia orgánica es un indicador con el cual se conoce el estado de salud de
un cuerpo hídrico, la materia orgánica representa una pequeña fracción de la masa
de la mayor parte de los suelos en general entre el 1 al 6% y decrece en profundidad
está compuesta por sustancias carbonadas orgánicas desde materias vegetales
frescos sin descomponer hasta cadenas carbonadas muy transformadas y estables
como los ácidos húmicos (Ghisolfi, 2011).
2.2.7 Carbón Activado
Es un adsorbente preparado a partir de materiales carbonosos que se
caracteriza por poseer una alta superficie interna, variedad de grupos funcionales
y una buena distribución de poros, propiedades que le permiten atrapar una gran
diversidad de moléculas. La preparación de este tipo de material se lleva a cabo a
través de procesos físicos o químicos, mediante la interacción con gases o la
adición de químicos, respectivamente. Los carbones activados son utilizados
generalmente en procesos de descontaminación de aguas, recuperación de
solventes, control de emisiones, decoloración de líquidos, eliminación de olores,
soportes catalíticos, entre otros procesos (Bastidas, Buelvas, & Márquez, 2010).
2.2.8 Electrocoagulación
La electrocoagulación es un proceso que utiliza la electricidad para eliminar
contaminantes en el agua que se encuentran suspendidos, disueltos o
emulsificador. La técnica consiste en inducir corriente eléctrica en el agua residual
a través de placas metálicas paralelas de diversos materia-les, dentro de los más
comúnmente utilizados están el hierro y el aluminio (Ruiz, 2005).
31
2.2.9 Estopa de Coco
La palabra coco proviene del portugués “cocu” con referencia al fruto, que
sugiere una cara de mono. Cocos nucífera. se distribuye en regiones tropicales y
subtropicales de África, el Caribe y América del Sur. De esta especie no se conocen
individuos silvestres. Su mayor variabilidad se presenta en el sureste asiático y en
segundo lugar en el Caribe (Sánchez G. , 2007).
2.3 Marco legal
2.3.1 Ley de la Constitución de la República del Ecuador Capítulo segundo
Derechos del buen vivir
Sección primera
Agua y alimentación
Art. 12.- El derecho humano al agua es fundamental e irrenunciable. El agua constituye patrimonio nacional estratégico de uso público, inalienable, imprescriptible, inembargable y esencial para la vida.
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.
Sección cuarta
Cultura y ciencia
Art. 25.- Las personas tienen derecho a gozar de los beneficios y aplicaciones del progreso científico y de los saberes ancestrales.
Art. 318.- El agua es patrimonio nacional estratégico de uso público, dominio inalienable e imprescriptible del Estado, y constituye un elemento vital para la naturaleza y para la existencia de los seres humanos. Se prohíbe toda forma de privatización del agua. La gestión del agua será exclusivamente pública o comunitaria. El servicio público de saneamiento, el abastecimiento de agua potable y el riego serán prestados únicamente por personas jurídicas estatales o comunitarias.
32
Capítulo segundo
Biodiversidad y recursos naturales
Sección primera
Naturaleza y ambiente
Art. 395.- La Constitución reconoce los siguientes principios ambientales:
1. El Estado garantizará un modelo sustentable de desarrollo, ambientalmente equilibrado y respetuoso de la diversidad cultural, que conserve la biodiversidad y la capacidad de regeneración natural de los ecosistemas, y asegure la satisfacción de las necesidades de las generaciones presentes y futuras.
2. Las políticas de gestión ambiental se aplicarán de manera transversal y serán de obligatorio cumplimiento por parte del Estado en todos sus niveles y por todas las personas naturales o jurídicas en el territorio nacional.
3. El Estado garantizará la participación activa y permanente de las personas, comunidades, pueblos y nacionalidades afectadas, en la planificación, ejecución y control de toda actividad que genere impactos ambientales.
4. En caso de duda sobre el alcance de las disposiciones legales en materia ambiental, éstas se aplicarán en el sentido más favorable a la protección de la naturaleza.
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.
Sección séptima
Biósfera, ecología urbana y energías alternativas
Art. 413.- El Estado promoverá la eficiencia energética, el desarrollo y uso de prácticas y tecnologías ambientalmente limpias y sanas, así como de energías renovables, diversificadas, de bajo impacto y que no pongan en riesgo la soberanía alimentaria, el equilibrio ecológico de los ecosistemas ni el derecho al agua.
2.3.2 Ley de aguas, codificación
Codificación 16, Registro Oficial 339 de 20 de Mayo del 2004.
H. Congreso Nacional
La comisión de legislación y codificación
Resuelve:
Expedir la siguiente codificación de la ley de aguas
33
Art. 12.- El Estado garantiza a los particulares el uso de las aguas, con la limitación necesaria para su eficiente aprovechamiento en favor de la producción.
Título II
De la conservación y contaminación de las aguas
Capítulo I,
De la conservación
Art. 21.- El usuario de un derecho de aprovechamiento, utilizará las aguas con la mayor eficiencia y economía, debiendo contribuir a la conservación y mantenimiento de las obras e instalaciones de que dispone para su ejercicio.
Capítulo II
De la contaminación
Art. 22.- Prohíbese toda contaminación de las aguas que afecte a la salud humana o al desarrollo de la flora o de la fauna.
El Consejo Nacional de Recursos Hídricos, en colaboración con el Ministerio de Salud Pública y las demás entidades estatales, aplicará la política que permita el cumplimiento de esta disposición.
Se concede acción popular para denunciar los hechos que se relacionan con contaminación de agua. La denuncia se presentará en la Defensoría del Pueblo.
Título V
De las concesiones del derecho de aprovechamiento
De aguas para uso doméstico y de saneamiento
Art. 39.- Las concesiones de agua para consumo humano, usos domésticos y saneamientos de poblaciones, se otorgarán a los Municipios, Consejos Provinciales, Organismos de Derecho Público o Privado y particulares, de acuerdo a las disposiciones de esta Ley.
Autonomía descentralización
Registro Oficial Suplemento 303 de 19-oct-2010
Estado: vigente
Título III
Gobiernos Autónomos Descentralizados
Capítulo III
Gobierno Autónomo Descentralizado Municipal
Sección Primera
Naturaleza Jurídica, Sede y Funciones
34
Art. 54.- Funciones.- Son funciones del gobierno autónomo descentralizado municipal las siguientes:
k) Regular, prevenir y controlar la contaminación ambiental en el territorio cantonal de manera articulada con las políticas ambientales nacionales
l) Prestar servicios que satisfagan necesidades colectivas respecto de los que no exista una explícita reserva legal a favor de otros niveles de gobierno, así como la elaboración, manejo y expendio de víveres; servicios de faenamiento, plazas de mercado y cementerios;
Art. 55.- Competencias exclusivas del gobierno autónomo descentralizado municipal.- Los gobiernos autónomos descentralizados municipales tendrán las siguientes competencias exclusivas sin perjuicio de otras que determine la ley;
d) 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.
Capítulo II
Dirección de saneamiento y gestión ambiental
Sección I
Artículo 2.- Son fines de la Dirección de Saneamiento y Gestión Ambiental:
1. La protección del medio ambiente del cantón, y especialmente de los recursos de agua, aire y suelo;
2. Buscar los mecanismos para evitar la contaminación de las cuencas hidráulicas, preservando la calidad del agua;
3. Promover el aprovechamiento racional y sustentable de los recursos naturales con que cuenta el Cantón;
4. Colaborar en el mejoramiento y optimización ambiental de las zonas urbanas del cantón, como parques y jardines, con Instituciones Nacionales y Departamentos Municipales;
5. Controlar las actividades productivas que se desarrollan en el cantón y en especial la contaminación por fuentes fijas y móviles; y,
6. Recuperación de los ríos contaminados.
2.3.3 Coa – Código Orgánico del Ambiente
Registro Oficial Suplemento 983 de 12-abr.-2017
Estado: Vigente
Nota general:
Este Código entrará en vigencia luego de transcurridos doce meses, contados a partir de su publicación en el Registro Oficial. Dado por Disposición Final Única de Ley No. 0, publicada en registro Oficial Suplemento 983 de 12 de abril del 2017.
Presidencia de la república
35
Oficio No. T.4700-SGJ-17-0182
Quito. 6 de abril del 2017
Que, el artículo 12 de la Constitución de la República del Ecuador dispone que el agua es un derecho humano fundamental e irrenunciable, que constituye patrimonio nacional estratégico de uso público, inalienable, imprescriptible, inembargable y que por lo tanto es esencial para la vida
Capítulo II
De las facultades ambientales de los gobiernos autónomos descentralizado.
Art. 26.- Facultades de los Gobiernos Autónomos Descentralizados Provinciales en materia ambiental. En el marco de sus competencias ambientales exclusivas y concurrentes corresponde a los Gobiernos Autónomos Descentralizados Provinciales las siguientes facultades, que ejercerán en las áreas rurales de su respectiva circunscripción territorial, en concordancia con las políticas y normas emitidas por la Autoridad Ambiental Nacional:
1. Definir la política pública provincial ambiental.
2. Elaborar planes, programas y proyectos de incidencia provincial para la protección, manejo, restauración, fomento, investigación, industrialización y comercialización del recurso forestal y vida silvestre, así como para la forestación y reforestación con fines de conservación.
3. Promover la formación de viveros, huertos semilleros, acopio, conservación y suministro de semillas certificadas.
4. Elaborar planes, programas y proyectos para prevenir incendios forestales y riesgos que afectan a bosques y vegetación natural o bosques plantados.
5. Prevenir y erradicar plagas y enfermedades que afectan a bosques y vegetación natural.
6. Generar normas y procedimientos para prevenir, evitar, reparar, controlar y sancionar la contaminación y daños ambientales, una vez que el Gobierno Autónomo Descentralizado se haya acreditado ante el Sistema Único de Manejo Ambiental.
7. Establecer tasas vinculadas a la obtención de recursos destinados a la gestión ambiental, en los términos establecidos por la ley.
8. Controlar el cumplimiento de los parámetros ambientales y la aplicación de normas técnicas de los componentes agua, suelo, aire y ruido.
9. Controlar las autorizaciones administrativas otorgadas.
10. Desarrollar programas de difusión y educación sobre los problemas de cambio climático.
11. Incorporar criterios de cambio climático en los planes de desarrollo y ordenamiento territorial y demás instrumentos de planificación provincial.
36
12. Establecer incentivos ambientales de incidencia provincial para las actividades productivas sostenibles que se enmarquen en la conservación y protección del ambiente.
Título I
De la conservación de la biodiversidad
Art. 29.- Regulación de la biodiversidad. El presente título regula la conservación de la biodiversidad, el uso sostenible de sus componentes. Asimismo, regula la identificación, el acceso y la valoración de los bienes y los servicios ambientales. La biodiversidad es un recurso estratégico del Estado, que deberá incluirse en la planificación territorial nacional y de los gobiernos autónomos descentralizados como un elemento esencial para garantizar un desarrollo equitativo, solidario y con responsabilidad intergeneracional en los territorios.
Capítulo IV
Gestión sostenible de paisajes naturales y seminaturales
Art. 62.- Gestión sostenible de paisajes naturales y seminaturales. La gestión sostenible de paisajes naturales y seminaturales procurará la consolidación del Sistema Nacional de Áreas Protegidas, el Patrimonio Forestal Nacional y las áreas especiales para la conservación de la biodiversidad, bajo criterios de representatividad ecosistémica, bioseguridad, conectividad biológica e integridad de paisajes terrestres, marinos y marino-costeros.
Art. 63.- De los criterios para la gestión sostenible de paisajes naturales y seminaturales. La gestión sostenible de paisajes naturales y seminaturales incluye los siguientes criterios ambientales:
1. Integración de paisajes naturales y seminaturales.
2. Representatividad ecosistémica.
3. Bioseguridad.
4. Conectividad biológica.
5. Integridad de paisajes terrestres, marinos y marino-costeros. La Autoridad Nacional Ambiental regulará los criterios para la gestión sostenible de paisajes naturales y seminaturales.
Capítulo V
Calidad de los componentes abióticos y estado de los componentes bióticos
Art. 191.- Del monitoreo de la calidad del aire, agua y suelo. La Autoridad Ambiental Nacional o el Gobierno Autónomo Descentralizado competente, en coordinación con las demás autoridades competentes, según corresponda, realizarán el monitoreo y seguimiento de la calidad del aire, agua y suelo, de conformidad con las normas reglamentarias y técnicas que se expidan para el efecto.
Se dictarán y actualizarán periódicamente las normas técnicas, de conformidad con las reglas establecidas en este Código.
37
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 competentes en la materia.
Título III
Control y seguimiento ambiental
Capítulo IV
Monitoreo y seguimiento
Art. 208.- Obligatoriedad del monitoreo. El operador será el responsable del monitoreo de sus emisiones, descargas y vertidos, con la finalidad de que estas cumplan con el parámetro definido en la normativa ambiental. La Autoridad Ambiental Competente, efectuará el seguimiento respectivo y solicitará al operador el monitoreo de las descargas, emisiones y vertidos, o de la calidad de un recurso que pueda verse afectado por su actividad. Los costos del monitoreo serán asumidos por el operador. La normativa secundaria establecerá, según la actividad, el procedimiento y plazo para la entrega, revisión y aprobación de dicho monitoreo.
La información generada, procesada y sistematizada de monitoreo será de carácter público y se deberá incorporar al Sistema Único de Información Ambiental y al sistema de información que administre la Autoridad Única del Agua en lo que corresponda.
3. Materiales y métodos
3.1 Enfoque de la investigación
3.1.1 Tipo de investigación
• Investigación documental:
Mediante la obtención de los datos, actividades e información recopilada se trata
de dar resultados en la investigación que se realizó con propósitos científicos y de
beneficios académicos, ambientales y sociales.
El estudio sobre el área de trabajo donde se tomó las muestras del agua residual
avícola fue caracterizado, a fin de determinar los focos de contaminación más
principales o negativos en su función, obteniendo características organolépticas
como olor, color del agua que se genera en el lugar, estado del área de trabajo y
evidencias de contaminación constante que se puedan identificar en el lugar.
La forma de documentación de este proyecto dentro de todas sus fases es de
carácter académico a fin de obtener, mediante fotos, documentos y escritos, el
resultado de análisis, muestreo, análisis in situ, y metodologías aplicadas, toma de
muestras después de la realización de todo el proyecto.
Se especifica que dicho proyecto no tiene fines de lucro, ni provecho económico
de ningún tipo o relación indirecto o directa.
• Investigación de laboratorio:
Es importante para determinar las variables contaminantes, su concentración,
composición y características físicas y químicas específicas.
En esta fase se desarrolló mediante las muestras obtenidas en campo, antes del
tratamiento y después de este con el fin de obtener datos sobre las características
39
de las aguas residuales, qué valores están fuera de parámetros y qué otros deben
ser regularizados, como DBO, DQO, SST, cantidad de aceites y grasas y PH.
Para realizar la estandarización de estos parámetros se utilizaron procesos
estándares y de fácil realización como:
• Demanda Química De Oxígeno: Se llevará a cabo siguiendo el método de
reflujo cerrado/colorimetría.
• Demanda Bioquímica De Oxígeno a 5 Días (Dbo5): Se llevo a cabo
siguiendo el método potenciométrico (incubación a 5 días).
• Sólidos Suspendidos Totales (Sst): Se llevo a cabo siguiendo el método
gravimétrico.
El método a utilizar para la obtención de datos sobre la composición de aceites
y grasas en el agua muestreada será utilizó el método de partición gravimétrica, a
través de un equipo de determinación de grasas y aceites modelo Xenosep.
En la medición de PH se realizó a través de un equipo Multiparámetro ELICROM
calibrado, a fin de agregar datos como conductividad y temperatura de la muestra
a analizar.
• Investigación de campo:
Dentro de las investigaciones de campo se tomó en cuenta esta fase como la
fase de experimentación, donde se demuestra todas las metodologías planteadas
y los distintos protocolos de muestreo y tratamientos de aguas Residuales.
Aquí se detalla el desarrollo del biofiltro como su diseño, su desarrollo como
ensamblar los componentes y las formas de armado.
40
La obtención de los componentes como la obtención del carbón activado a base
de estopa de coco, la obtención de la materia prima, el ácido nítrico, la zona de
quemado y tamizado.
3.1.2 Diseño de investigación
Esta investigación es experimental debido a que se probó el desarrollo,
funcionabilidad, eficacia de un lecho filtrante a base de carbón activado de estopa
de coco, implementados en las aguas residuales que son vertidas en sistema de
alcantarillado público en la zona sur de la ciudad de Guayaquil.
Los pasos que se realizaron en distintas fases ordenadas fueron:
1. Caracterización del área de trabajo.
2. Muestreo de las aguas residuales sin filtrar.
3. Diseño y desarrollo del biofiltro.
4. Muestreo de aguas residuales filtradas.
5. Documentación de los resultados de los análisis de laboratorio realizados.
• Investigación experimental:
Dentro de esta fase se tomaron en cuenta los 7 distintos tratamientos que se
realizaron en la parte de filtración para obtener distintos resultados como podrían
darse en las características organolépticas y en los análisis de la toma de muestras
de aguas residuales de uso avícola, esta metodología va acompañada del correcto
equipo de protección personal para evitar contaminación cruzada o de algún otro
tipo dentro de la muestra o al momento del muestreo de las aguas residuales
avícolas (Ver en Anexos, Figura 16 y 17).
Detallando el proceso a realizar, los puntos de tratamientos estimados serán
tres:
41
6. Línea de descarga directa al sistema de alcantarillado público de Aguas
servidas.
7. Zona de transición en la trampa de grasa de la avícola.
8. Línea de vertido de aguas residuales previo a pasar por la trampa de grasa.
Dentro de este proceso se tomaron muestreos antes de realizar la filtración y
posterior a su uso, donde estas muestras serán analizadas en laboratorio para la
estandarización de los parámetros requeridos en esta investigación.
3.2 Metodología
El correcto desarrollo de los objetivos específicos enunciados en el trabajo de
anteproyecto, dependerá de la metodología aplicada, utilizando métodos y técnicas
fundamentales para la realización de los objetivos definidos en el texto, de tal modo
que se brindará, una excelente presentación de los mismos.
• Diseñar y utilizar un filtro a base de estopa de coco capaz de remover aceites
y grasas incluyendo parámetros como turbidez, olor, PH, DBO, DQO y SST
en aguas residuales generadas por actividades de faenamiento y
procesamiento de productos avícola.
Para identificar las características físicas, químicas y biológicas del agua
residual de uso avícola antes y después de la biofiltración, mediante análisis
respectivo de cada característica detallas:
• Método De Reflujo Cerrado/Colorimetría.
• Método Potenciométrico
• Método Gravimétrico
• Método de Partición Gravimétrica
• Medición con Multiparámetro
42
Se estima realizar 7 tipos de tratamientos, que se diferenciarán en la
composición y desarrollo del biofiltro, para esto se tomará en cuenta las
concentraciones de los materiales a usar, su composición y concentración del
carbón activado.
Los 7 tipos de tratamientos serán aplicados en los 2 diferentes puntos
seleccionados para realizar la filtración:
1) Línea de descarga directa al sistema de alcantarillado público de Aguas
servidas.
2) Zona de faenamiento, donde se procesa las especies vivas para prepararlas
a través de limpieza y corte, donde se generan todo tipo de residuos
orgánicos que son mezclados con agua hirviendo o agua fría y vertidos en
el drenaje.
Dentro del diseño (a escala laboratorio) del lecho filtrante para el tratamiento de
aguas residuales de uso avícola.
Para la realización del biofiltro se necesitó materiales como tapas de sellado de
tuberías plásticas, membranas de caucho, papel filtro y otros componentes como
tanques de agua de 30 litros.
Se recolectaron los estratos orgánicos (estopa de coco, piedra pómez,
arenisca), una vez adquirido el material filtrante, se procedió a preparar la estopa
de coco para convertirla en carbón activado a través del proceso de carbonificación
detallado en el siguiente diagrama de flujo. (Ver anexo figura 14).
En el ensamblaje del biofiltro se aplicó un diseño tubular dividido en el interior
por cámaras, para que el proceso de filtración sea paso a paso dentro del sistema
del lecho filtrante, estas cámaras estarán divididas por las tapas de sellado de
43
tuberías y la membrana de caucho, alimentadas cada cámara por una tubería
interna donde pasará el líquido filtrado de cámara en cámara.
• Evaluar la eficiencia de la biofiltración para depurar el agua residual que
desecha la avícola mediante reducción del contenido de sólidos.
El cumplimiento de estos objetivos 2 y 3, se realizó bajo el análisis de los
resultados obtenidos en cada uno de los parámetros determinados en el texto
(aceites, grasas, materia orgánica) la reducción de estos parámetros afectará en la
densidad, turbidez, PH, DBO, DQO, SST y caudal del alcantarillado público.
A medida que se iba avanzando la experimentación se estimó realizar cambios
para mejorar el diseño y los resultados positivos del lecho filtrante, para demostrar
la eficacia en cualquiera de los tratamientos T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7, con esto
después de una correcta filtración se dejará actuar la descarga de aguas residuales
de manera segura, obteniendo agua tratada de excelente calidad, con valores
permisibles de descarga hacia los cuerpos hídricos receptores.
A través de un tratamiento previo a la filtración, en este caso se utilizó
electrocoagulación para obtener mejores niveles de depuración, por los altos
niveles de materia orgánica, sustancias orgánicas, desechos sólidos, suspendidos
y sedimentados.
La electrocoagulación se la utilizó de manera previa al uso del biofiltro
desarrollado con estopa de coco, se toma este orden de procesos debido a su
factibilidad tanto del proceso 1, como del proceso 2, eliminando desechos sólidos
que perjudicarían la filtración y afectarían su efectividad por mucho más tiempo.
Cabe recalcar que la electrocoagulación no es clasificada como un proceso, es un
44
subproceso adyacente a la filtración, que es tomado en cuenta como una
preparación del área de trabajo para la utilización del lecho filtrante.
Con esto se busca obtener información en datos que se puedan expresar como
resultados, como la eliminación del DBO y DQO en mayor porcentaje, eliminación
de color en gran porcentaje y regularización del PH en mayor nivel, se tomará una
muestra con propósito de análisis de laboratorio a fin obtener más datos previos al
tratamiento y posterior como resultado de todo lo aplicado y a fin de que sean estos
resultados los que respalden la efectividad que se tiene como meta a demostrar en
esta investigación, estos datos serán tomados en cuenta como una nueva
adquisición de desarrollo investigativo.
3.2.1 Variables
3.2.1.1 Variable independiente
Diseño de filtro con estopa de coco
3.2.1.2 Variable dependiente
Remoción de aceites, grasas, materia orgánica, entre otros residuos ya sean
biológicos o sólidos.
Parámetros: SST, PH, DBO, DQO.
3.2.2 Tratamientos
La ubicación de los puntos de muestreo para su uso realizó en 3 lugares:
• En la tubería de aguas servidas justo antes de pasar por la trampa de grasa.
• Dentro de la trampa de grasa (inhabilitado).
• En la cañería que descarga directo al alcantarillado público.
45
Dentro del biofiltro se dividirá en tres cámaras donde la primera cámara tendrá
piedra pómez o pumita; la segunda cámara constará de carbón activado producido
de la estopa de coco; la tercera y última cámara tendrá arenisca y papel filtro.
3.2.3 Diseño experimental
Se utilizó el método estadístico Análisis de varianza – Diseño Completo al Azar
(D.C.A) y Test de Tukey, el cual analizará y cuantificará los valores que se
extrajeron de los tratamientos a usar como experimentación (T1, T2, T3, T4, T5,
T6, T7), en el proyecto de limpieza de sustancias grasas a las aguas residuales de
uso avícola.
En el proyecto, se analizó tres muestras que será tomada antes del proceso
(testigo absoluto) y tres muestras después de la utilización del biofiltro en cada uno
de los tratamientos (T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7). Tanto las muestras antes del uso
del biofiltro como las tomadas después de su uso, serán tomadas en los mismos
lugares los cuales en estratégicos, ubicados los tres puntos de muestreo en el área
de descarga de aguas residuales al sistema de alcantarillado público, los puntos
son:
• Aguas obtenidas de la limpieza del lugar.
• Agua acumulada dentro de la trampa de grasa.
• Agua de la descarga directa al alcantarillado.
3.2.4 Recolección de datos
El trabajo se llevó a cabo en la ciudad de Guayaquil en el establecimiento
particular, Avícola Don Luis ubicado en Los Esteros, Fertiza Coop. Santiaguito de
Roldós, manzana 1211, solar 12.; se entrevistó al personal que labora en el camal,
se recolecto agua residual e información durante el tiempo que dure el proceso de
46
los tratamientos que se realizaron (T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7), se tomaron datos
mediante la medición de los parámetros definidos en la variable dependiente (olor,
color, turbidez, DBO, DQO, aceites y grasas).
Mediante este trabajo experimental, se definió todas las ventajas y desventajas,
que otorga la evaluación del biofiltro aplicado en las aguas residuales que desecha
los diferentes procesos en una avícola.
Se empleó la investigación documental referente al uso de biofiltros en aguas
residuales para disponer de formas de mantenimiento técnico que con anterioridad
estos sistemas de biofiltración han sido implementados con éxitos en otras
investigaciones.
Se incorporó el tratamiento previo a la filtración, en el cual se empleó el reactor
electrolítico, que será desarrollado de manera experimental y con las debidas
pruebas de investigación y desarrollo de su funcionalidad, a fin de remover materia
orgánica y demás componentes previos a la filtración, siguiendo la metodología
referencial obtenida de manera científica y con fines educativos.
Dentro de la fase de muestreo, antes y después del desarrollo del biofiltro. Se
realizaron dichas actividades en un período de tiempo específico entre cada
muestreo con un horario, con el fin de identificar las horas más frecuentes de
actividad laboral en el lugar y a su vez determinar los horarios de mayor producción
de aguas residuales y las horas de menor generación de desechos durante el
periodo de funcionamiento o jornada laboral en la Avícola Don Luis.
47
3.2.5 Recursos
Dentro de los gastos que se realizaron entre la compra de equipos, materiales,
herramientas, movilización, y demás gastos externos que surjan durante la
realización de la investigación, se realizó un gasto aproximado de $ 500 dólares.
Los materiales, herramientas y equipos que se necesitaran son:
• Botellas
• Tapas de plástico para tuberías
• Manguera de agua
• Membranas de caucho
• Mandil
• Guantes de latex
• Herramientas de plomería(llave inglesa, alicates, playos, martillo)
• Rollos de teflón
• Tanque de 60 galones metálico
• Molino
• Ácido sulfúrico
• Estopa de coco
• Pumita
• Arenisca
• Rollos de papel filtro
• Recipientes de agua de 30 litros
• Bomba de agua
• Botellas de muestreo
• Hielera
48
• Gafas de protección
• Equipo de informática
• Recipiente transparente de plástico de 20 a 30 litros
• 5 metros de cable de corriente de 2,5 mm tipo alambre 16
• Tubos de cobre 2 metros
• Tubos de aluminio 3 metros
• Fuente de poder de 3 amperios y 13 voltios
• Papel filtro
• Gafas de seguridad
• Alicates
• Desarmador plano
• Cautil
• Estaño en alambre
• Pasta de soldar
3.2.6 Métodos y técnicas
Para la presente investigación se utilizaron los siguientes métodos:
• Método de medición, el mismo que permitió observar parámetros físicos y
químicos como turbidez, densidad, PH, SST, DBO y DQO.
Otros parámetros organolépticos que podrán ser apreciados serán olor y color.
Los olores en el agua generalmente hacen referencia a sustancias de tipo orgánico,
aunque algunos metales como hierro pueden conferirle aroma al agua estos olores
suelen a sentarse cuando se eleva la temperatura de la muestra.
49
El color está asociado a compuestos orgánicos como a minerales de manera que
no necesariamente es un indicador de contaminación industrias como el papel,
avícolas y textiles suelen generar efluentes coloreados en cuanto al aspecto del
agua puede verse afectado por otros componentes no contaminantes.
Otros métodos de evaluación de parámetros como la medición de la turbidez a
través del cono de Imhoff son relevantes debido a que su muestra y su análisis son
in situ.
Mediante tiras de reactivo químico se realizó la medición de la turbidez para
indicar el grado de sedimentación que se encuentra en el agua, al realizar un
muestreo en un volumen de agua limitado se utilizara un disco desarrollado a menor
escala pero con una medición porcentual.
La medición del PH será a través de papel indicador que se realiza mediante
análisis in situ para medir el índice de alcalinidad o de acidez que tiene el agua
analizar.
• Método de análisis, el mismo que permitirá analizar, caracterizar y observar
el comportamiento de trabajo de los biofiltros en sus diferentes tratamientos
(T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7).
• Método matemático, servirá para registrar el proceso en la toma de
información y la tabulación de datos que se obtuvo durante la investigación
aplicada.
3.2.7 Análisis estadístico
El estudio se compuesto de 7 tratamientos con 2 repeticiones cada uno, y en
base a la tabulación de datos y la obtención de resultados se diagnosticará la
magnitud del problema, los mismos que serán ordenados, tabulados y graficados.
50
Para este proceso detallado se implementará métodos estadísticos que se detallan
a continuación.
• D.A.C (Diseño Completo al Azar)
• Análisis de varianza ANOVA
• Análisis medios test de tukey
El método de D.C.A es el más sencillo de todo. Permitirá comparar el número
de repeticiones a realizar en cada tratamiento, que se realicen en la prueba
experimental.
Para complementar, y poder examinar datos, se usa el test de tukey, que
permitirá comparar las medianas, con un riesgo del 0,5% de los tratamientos en
prueba, verificará si se acepta la hipótesis nula (tratamientos iguales), o rechaza y
acepta la hipótesis alternativa definiendo que, sin duda, por lo menos uno de los
tratamientos es diferente a los otros.
51
4. Resultados
4.1 Caracterización del agua residual avícola en los distintos puntos de
contaminación de la avícola.
Para el desarrollo de este objetivo se tomó en cuenta la identificación de los
puntos de muestreo y toma de agua residual, se visitó el área de trabajo a fin de
conocer todos los procedimientos y procesamientos de los productos avícolas que
generen agua residual, Avícola Don Luis es un local con capacidad para manipular
diariamente entre 400 a 500 aves las cuales son los siguientes tipos:
• Gallina
• Pavo
• Pollo
• Gallina Mole
• Pato
• Gallineta
Los puntos de muestreo que se identificó en el lugar de trabajo fueron 2:
• Zona de acumulación de vertidos y residuos orgánicos al sistema de aguas
servidas.
• Zona de faenamiento de las distintas especies avícolas y preparación de
productos para la venta.
El agua que se obtendrá será a través de un muestreo puntual, para esto se
necesitó los siguientes materiales:
• Mandil
• Guantes de nitrilo
• Mascarilla
52
• 3 recipientes de galón estériles
• Un recipiente de 20 litros(caneca) estéril
• Papel y cinta para rotular.
Los datos que se tomó en cuenta al momento del muestreo fueron:
• Fecha del muestreo
• Hora del muestreo
• Temperatura del agua
• PH
• Se detalló el lugar del muestreo
• Numero de muestra
Los datos obtenidos como el pH y la temperatura se obtuvieron a través del
papel PH y un multímetro.
Las muestras fueron almacenadas en los distintos recipientes estériles y
transportadas en un cooler para evitar el cambio de temperatura o afectación solar,
se tomó estas medidas en cuenta debido a que dichas muestras poseen una alta
carga de materia orgánica la cual podría variar su tiempo de descomposición de
acuerdo a la temperatura y la incidencia solar a la que sea sometida.
Para realizar el análisis de las muestras de agua residual avícola antes del
tratamiento con lecho filtrante a base de estopa de coco, con el fin de conocer las
características y datos sobre los parámetros que posee el agua residual sin recibir
ningún tipo de tratamiento para limpiar, purificar o depurar el agua.
53
Este análisis previo fue realizado en los laboratorios de la universidad estatal de
Guayaquil, donde se analizaron los siguientes parámetros: Demanda bioquímica
de oxígeno, demanda química de oxígeno, sólidos disueltos, aceites y grasas.
Para el correcto análisis de laboratorio se necesitó el equipo correspondiente de
seguridad personal: guantes, mandil, y un galón del Agua residual Avícola.
Para el análisis de estos parámetros en laboratorio se utilizó la siguiente
metodología por medio del método de reflujo Cerrado/Colorimetría, método
potenciométrico, método Gravimétrico, método de Partición Gravimétrica
En estas muestras se realizó la medición de temperatura, PH, Hierro,
Alcalinidad, Dureza in situ para complementar estos datos.
Es propósito de obtener estos datos es conocer el grado de contaminación que
posee el agua residual de uso avícola en distintos parámetros sometidos a distintas
condiciones físicas y químicas.
Tabla 1. Parámetros iniciales del agua residual avícola.
Parámetros Unidades Resultados Límites permisibles
pH ------------ 8 7-8
DBO Mg/L 960 100
DQO Mg/L 1783 200
Sólidos totales suspendidos
Mg/L 2300 -----------
Aceites y grasas Mg/L 110 30
Temperatura C° 113 30-80
Hierro ppm 0.5 0 – 0,3
Alcalinidad ppm 80 80 – 120
Dureza ppm 425 MUY DURA
Maldonado, 2020.
54
Otros datos organolépticos que se pudo evidenciar en el agua fue su olor,
notablemente la materia orgánica en estado de descomposición, indicando un
grado alto de saturación.
El color fue otro dato que se evidenciaba, con alto grado de turbidez debido a la
pruebo de resistencia al paso de luz en ella, esto corrobora el grado de saturación
que posee el agua.
4.2 Análisis de las muestras de agua residual avícola después del tratamiento
con lecho filtrante a base de estopa de coco.
La obtención del agua residual completamente filtrada y lista para analizar,
conlleva varios procesos los cuales son realizados en orden y con una estricta
metodología, con el propósito de no alterar las muestras, su integridad, con alguna
forma de contaminación cruzada o descuido al momento de ser manipulas, ya sean
en el tratamiento o en la filtración.
Antes de la filtración el agua es preparada con un tratamiento para eliminar
sólidos y materia orgánica que no esté diluida o mezclada en su mayoría con el
agua, estos componentes podrían afectar o saturar la capacidad de filtración de
cada tratamiento a emplearse.
La preparación del agua residual consiste en una electro coagulación, previa a
la filtración en los distintos tratamientos, para esto se necesitó:
• Recipiente de 30 litros transparente
• Agua residual Avícola, 25 litros
• Celdas de conductividad
• Cables de electricidad
• Fuente de energía
55
• Cronómetro
• Mandil
• Guantes
La electro coagulación tuvo una duración total de 4 horas 43 minutos, con un
voltaje constante de 13, 06 voltios a 14.07 voltios, sometidos a un amperaje
constante de 65.
Luego de esto se eliminó el material que se separó del agua mediante una
remisión cuidadosa con colador, teniendo en cuenta la bioseguridad de la persona
y de la muestra de agua a fin de no alterar su integridad. Esta agua previa a la
filtración también fue analizada, consiguiendo los siguientes datos realizando la
metodología y los protocolos de seguridad adecuados para su correcta
manipulación del equipo y de las muestras protegiendo los datos y su veracidad en
los datos, una contaminación por mala manipulación podría cambiar
considerablemente los resultados:
Tabla 2. Análisis del agua residual avícola sometida a la electrocoagulación.
Parámetros Unidades Resultados Límites permisibles
pH ------------ 7 7-8
DBO Mg/l 470 100
DQO Mg/l 980 200
Solidos totales suspendidos
Mg/l 1500 -----------
Aceites y grasas Mg/l 80 30
Temperatura C° 35 30-80
Hierro ppm 0 0 – 0,3
Alcalinidad ppm 120 80 – 120
Dureza ppm 25 Agua blanda
Maldonado, 2020
56
Figura 1. Comparación de los tratamientos y máximos permisibles.
Maldonado, 2020
Se puede evidenciar que el rango de contaminación es mucho menor en los
análisis del agua tratada, pero se determina que sigue siendo un agua altamente
contaminada, pero que en ciertos parámetros como hierro y alcalinidad. Alcanzaron
niveles óptimos.
Para estos análisis se aplicó la misma metodología que en el análisis anterior.
4.3 Diseño del filtro a base de estopa de coco capaz de remover aceites y
grasas incluyendo parámetros físicos y químicos en aguas residuales
avícolas.
En la realización del lecho filtrante se tomó en cuenta la composición de cada
uno de los tres componentes en sí, el componente primario fue el Carbón activado,
secundario la Pumita y terciario, la arenisca.
La obtención de la arenisca y la pumita fue de manera remota, adquirida
particularmente en venta de materiales de construcción, obteniendo bloques de
pumita y utilizando moledora se lo redujo al tamaño necesario, la arenisca fue más
compleja debido a que se la sometió a un lavado y un control de tamaño y tipo de
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
RESULTADOS MAXIMOSPERMISIBLES
Mg/
cm3
, pp
mAGUA SIN TRATAR
PH
DBO
DQO
SST
ACEITES YGRASASTEMPERATURAHIERRO
ALCALINIDADDUREZA
57
grano. Para la creación del carbón activado de estopa de coco se necesitó los
siguientes componentes:
• Estopa de coco.30 kilos
• Ácido nítrico al 90% de concentración
• Termómetro de alto espectro y rango calórico
• Horno de doble fase resistente a los 600°C
• 10 galones de agua destilada
• Tamiz
• Recipientes resistentes al acido, metálicos
Para la realización del carbón se tomó en cuenta la metodología ya detallada,
la cual se realizó con estrictas normas de seguridad y de seguimiento a fin de no
alterar la metodología y con eso dañar los resultados o el producto.
Para la preparación de la materia prima (estopa de coco) se realizó un lavado
con agua destilada a fin de eliminar impurezas, insectos y algún contaminante
inorgánico que este posea debido a que la procedencia era de residuos obtenidos
en el mercado Sauces nueve, para lo cual se realizó una recolección de 5 días. (ver
anexo figura 22).
Se dejó secar al sol en recipientes estériles durante 36 horas de sol.
Para la obtención de una cantidad de 1.78 kilogramos de Carbón activado de tomo
un tiempo de alrededor de 72 horas de trabajo, y la utilización de los componentes
ya detallados.
58
Los controles de temperatura se realizaron con más detalle debido a que fue
realizado con un horno desarrollado para la síntesis del carbón y no una mufla de
laboratorio.
Las dimensiones del horno fueron de 1m ancho X 1m profundidad X 70cm alto.
Se instaló un termómetro de mercurio con un medidor integrado para control
periódico y regulación de temperatura. (ver anexo figura 24).
Se añadió un termómetro digital remoto de alto espectro con el propósito de
medir de manera exacta los grados y el tiempo de secado y carbonificación y
calcinación. (ver anexo figura 26)
El horno posee un rango calórico mínimo de 45°C y un alcance máximo de
637°C, después de su temperatura máxima se ve comprometida la integridad del
horno y de la persona que lo manipula.
Se utilizó un tamiz de medida de 1/8 para darle al carbón una medida uniforme,
se añade que se lo sometió a un molido ya que se obtuvo partículas grandes,
Luego de que obtuvo el Carbón Activado, la pumita y la arenisca, se utilizó para
separar los componentes, una fibra de algodón utilizada en acuarios la cual no
detiene, ni filtra agua, solo es de utilidad para separar cada componente dentro del
filtro.
Los recipientes utilizados tienen un volumen de 1000ml, los cuales fueron
divididos en porcentajes de cada tratamiento.
Los tratamientos fueron:
59
Tabla 3. Composición del biofiltro.
Tratamientos PESO TOTAL
(GRAMOS)
% DE PUMITA
% DE CARBON
ACTIVADO
% DE ARENISCA
T1 700 30 60 10
T2 750 33 33 33
T3 775 10 60 30
T4 700 10 80 10
T5 500 0 100 0
T6 800 100 0 0
T7 900 0 0 100
Composición de cada filtro según porcentajes con el mismo volumen. Maldonado, 2020
Figura 2. Composición de cada tratamiento. Maldonado, 2020.
Se añadió dos tratamientos adicionales, los cuales son al 100% y de un solo
componente, con el propósito de evaluar la eficacia del carbón activado de la estopa
de coco y el rango de saturación de cada uno.
Se tomó 2 réplicas de cada filtro con el propósito de evaluar y compara
resultados entre cada tratamiento, en total se dieron 14 muestras de los
tratamientos.
30 33
10 10 0
100
0
60
33
60
80
100
0 010
33 30
10 0 0
100
0
20
40
60
80
100
120
T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 T 7
PO
RC
ENTA
JE %
% DE PUMITA % DE CARBON ACTIVADO % DE ARENISCA
60
A cada muestro se almaceno en recipientes estériles de 300ml, se los rotulo
respectivamente y almacenos en un lugar sin sol ni temperatura mayor al ambiente,
por el motivo de que podían alterar la muestra en cualquiera de sus características,
como color, olor o quizás pase a una oxidación causada por descomposición.
Los tiempos de filtración se documentaron a fin de comparar más datos en la
efectividad del filtrado en cada combinación fueron:
Tabla 4. Frecuencia del tiempo por cada tratamiento durante su filtración.
Tratamientos Replica 1 Replica 2
T1 1h13min 1h05min
T 2 1h10min 1h
T 3 52min 52min
T 4 1h 1h
T5 1h 23min 1h 28min
T 6 2h 56min 3h 47min
T7 36min 41min
Maldonado, 2020
Figura 3. Comparación del tiempo filtrado por cada tratamiento.
Maldonado, 2020.
736570
6052 52
60 60
83 88
186
227
36 41
0
50
100
150
200
250
REPLICA 1 REPLICA 2
MIN
UTO
S
T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
61
Posteriormente se realizó el análisis de cada muestra de agua obtenida por
cada tratamiento
Conociendo que los componentes de cada filtro son:
• Carbón activado
• Pumita
• Arenisca
Se efectuó 7 tratamientos distintos con dos replicas en cada uno, la
diferenciación de cada tratamiento es la concentración de sus componentes.
El resultado de cada tratamiento y cada replica fue debidamente envasado en
contenedores estériles y rotulado con el fin de transportarlos y realizar el análisis
de los parámetros solicitados.
La representación de los resultados de la Hipótesis fue representada por la
metodología y gráficos de ANOVA y TUKEY, con el propósito de que se demuestre
la correcta aplicabilidad de los resultados y los datos obtenidos entre cada
parámetro tomado, se tomó en cuenta 8 parámetros, de los cuales se graficó 7
debido a que el parámetro de Dureza poseía parámetros muy similares sin mucho
rango de variabilidad en sus resultados.
62
Tabla 5. Análisis del agua tratada con sus diferentes parámetros.
Tratamiento Ph DBO DQO Sólidos
totales
Aceites y
grasas
Hierro Alcalinidad Dureza
1.1 8 80 110 19 9 0 100 125
1.2 7.5 76 107 19 11 0 100 125
2.1 8 82 125 16 13 0.3 120 125
2.2 7.5 76 127 16 13 0.3 100 125
3.1 7.5 68 134 24 10 0 80 50
3.2 7 65 134 24 11 0 80 50
4.1 7 70 90 21 17 0 80 125
4.2 7.5 70 90 21 15 0 80 125
5.1 6.5 68 115 23 8 0 40 50
5.2 7 63 115 23 7 0 40 50
6.1 7.5 120 180 130 11 0 120 125
6.2 7.5 120 180 134 11 0 120 125
7.1 8.5 145 210 200 36 0 120 125
7.2 8 150 210 200 33 0 120 125
Maldonado, 2020
Figura 4. Comparación de los parámetros en el agua tratada. Maldonado, 2020.
0
50
100
150
200
250
1.1 1.2 2.1 2..2 3.1 3.2 4.1 4.2 5.1 5.2 6.1 6.2 7.1 7.2
ALC
AN
CE
GEN
ERA
L
PH
DBO
DQO
SOLITOSTOTALES
ACEITES YGRASAS
HIERRO
ALCALINIDAD
DUREZA
63
Figura 5. Método de Tukey en PH.
Maldonado, 2020
Según los resultados obtenidos a través del análisis de varianza ANOVA se
determinó en el parámetro PH:
El P-valor obtenido en este resultado fue de 0 999 el cual es mayor al nivel de
significancia, el cual determina que al ser superior al margen de error que es 0,05,
la hipótesis es aceptada, en este caso es aceptada en el parámetro de PH.
Figura 6. Método de Tukey en DBO. Maldonado, 2020
Según los resultados obtenidos a través del análisis de varianza ANOVA se
determinó en el parámetro DBO:
64
El P-valor obtenido en este resultado fue de 0 2441 el cual es mayor al nivel de
significancia, el cual determina que al ser superior al margen de error que es 0,05,
la hipótesis es aceptada, en este caso es aceptada en el parámetro de DBO.
Figura 7. Método de Tukey en DQO. Maldonado, 2020
Según los resultados obtenidos a través del análisis de varianza ANOVA se
determinó en el parámetro DQO:
El P-valor obtenido en este resultado fue de 0 8049 el cual es mayor al nivel de
significancia, el cual determina que al ser superior al margen de error que es 0,05,
la hipótesis es aceptada, en este caso es aceptada en el parámetro de DQO.
Figura 8. Método de Tukey en Sólidos Totales. Maldonado, 2020
65
Según los resultados obtenidos a través del análisis de varianza ANOVA se
determinó en el parámetro Solidos Totales:
El P-valor obtenido en este resultado fue de 0 3559 el cual es mayor al nivel de
significancia, el cual determina que al ser superior al margen de error que es 0,05,
la hipótesis es aceptada, en este caso es aceptada en el parámetro de Solidos
Totales.
Figura 9. Método de Tukey en Aceites y Grasas. Maldonado, 2020.
Según los resultados obtenidos a través del análisis de varianza ANOVA se
determinó en el parámetro Aceites y Grasas:
El P-valor obtenido en este resultado fue de 0 5338 el cual es mayor al nivel de
significancia, el cual determina que al ser superior al margen de error que es 0,05,
la hipótesis es aceptada, en este caso es aceptada en el parámetro de Aceites y
Grasas.
66
Figura 10. Método de Tukey en Hierro. Maldonado, 2020.
Según los resultados obtenidos a través del análisis de varianza ANOVA se
determinó en el parámetro Hierro:
El P-valor obtenido en este resultado fue de 0 3559 el cual es mayor al nivel de
significancia, el cual determina que al ser superior al margen de error que es 0,05,
la hipótesis es aceptada, en este caso es aceptada en el parámetro de Hierro.
Figura 11. Método de Tukey en Alcalinidad. Maldonado, 2020
Según los resultados obtenidos a través del análisis de varianza ANOVA se
determinó en el parámetro Alcalinidad:
67
El P-valor obtenido en este resultado fue de 0 3559 el cual es mayor al nivel de
significancia, el cual determina que al ser superior al margen de error que es 0,05,
la hipótesis es aceptada, en este caso es aceptada en el parámetro de Alcalinidad.
Se demostró que la hipótesis es aceptada en 7 parámetros realizados en el
proyecto para lo cual ratificamos que el desarrollo de cada tratamiento fue con
resultados exitosos.
68
5. Discusión
El efecto de la velocidad de agitación y la densidad de corriente por método de
electrocoagulación para ver la eficiencia del tratamiento en aguas residuales de
matadero, según Serkan , Şevki Yıldız , & Alper (2011), en su estudio realizado da
a conocer que los mataderos de aves de corral producen importantes volúmenes
de aguas residuales durante el proceso de sacrificio y el lavado periódico de
residuos partículas, que tienen diferente composición según el proceso industrial y
la demanda de agua en donde estas agua de mataderos de aves contienen altos
niveles de orgánicos como la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) y productos
químicos demanda de oxígeno (DQO), nitrógeno y fósforo debido a la presencia de
materiales orgánicos como sangre, grasas, grasas y proteínas.
El estudio indica que los métodos de electrocoagulación es una tecnología para
el sistema de tratamientos de aguas residuales eficaces para remover componente
orgánicos e inorgánicos incluyendo los patógenos; en donde es un sistema de fácil
operación y automatización en donde ayuda a la desestabilización de los
contaminantes suspendidos o disueltos en las aguas residuales de diferentes
industrias.
También indica que el sistema que contiene el tratamiento con
electrocoagulación requiere la utilización de ánodos como electrodos como por
ejemplo los ánodos de aluminio.
Analizando estos procesos con el presente proyecto de tesis se pudo observar
que el proceso de electrocoagulación si realiza el tratamiento de desestabilización
de los contaminantes presentes en el agua residual pero discrepando con estos
resultados podemos indicar que estos procesos de electrocoagulación van a
69
requerir siempre un sistema de filtración para que estos solidos suspendidos o
sedimentados que se encuentran en el agua después de la electrocoagulación
estos sean separados y obtener una agua trastada removido por completo todo
contaminante.
También estos sistemas de tratamientos utilizando la electrocoagulación deben
tener un control de sus electricidades debido a que estos pueden provocar una
saturación del agua aumentando otros tipos de contaminantes.
Evaluación de carga orgánica para efluentes residuales en la destilería de
alcohol con el filtro percolador aérobico utilizando pumita. El autor (Solorzano
Vargas, 2019) en el estudio realizado explica que los sistemas de filtración no
retienen por completo los contaminantes presentes en las aguas residuales debido
a que si estos procesos de filtraciones solo lo utilizan directamente el filtro puede
llegar a su saturación perdiendo la capacidad de retención de los contaminantes
también que estos filtros percoladores deben contener solidos de tamaños
diferentes como medios absorbentes que permitan la retención de solidos
generados como resultado del tratamiento del agua residual.
En el proyecto se va utilizando estos medios absorbentes como la pumita
obtuvieron resultados en donde carga orgánica redujo 13388,00 mgO2/L para la
DBO5 y 12246,03 para la DQO durante la filtración.
Discrepando con los resultados obtenidos en el proyecto de estudio de Solorsano
indican que mientras mayor sea el tamaño del material filtrante tendrá una mayor
absorción para la remoción de contaminantes, esto indica que al poner la pumita
con mayor tamaño en el filtro esto va hacer que los contaminantes en el agua a
tratar no se retengan si no que pasen directamente durante filtración; y que los
70
resultados obtenidos mediante la utilización de pumita y el carbón activado de coco
obtuvieron resultados de remoción donde la demanda bioquímica de oxígeno redujo
a 120, y la demanda bioquímica de oxígeno tuvo valores de 180, dando como
resultados que mientras menos tamaño tenga los medios absorbentes se lograra
reducir mayor porcentaje de contaminantes en las aguas residuales avícolas.
Lo que corrobora que en el estudio de filtración de arena comparada con otros
absorbentes de la cascara de coco como carbón activado elaborado por (Saad,
Jamil, & Odril, 2016) indican lo siguiente que la utilización de la cascara de coco
como carbón activado es uno de los medios absorbentes más eficaz debido a que
tiene propiedades porosas que pueden retener contaminantes de diferentes
compuestos ya sean orgánicos e inorgánicos.
Las aguas residuales tanto de origen de matanza de aves que utilizan enormes
cantidades de agua y la limpieza de pescado, debido a estos los mercados deberían
aplicar un tratamiento en su local antes de verter sus aguas residuales y que sean
fácil de usar.
Según los resultados del estudio realizado por el autor Saad, Jamil, & Odril
(2016), el indica que las filtraciones con otros medios absorbentes estos tienen
resultados de remoción altos al ser combinados con otros medios porosos como el
carbón activado de la estopa de coco y la arena teniendo remociones de turbidez
de DBO, DQO, SS, AN, turbidez y pH se redujeron hasta 86%, 84%, 63%, 88%,
73%, respectivamente, mientras que el pH fue casi neutro con 6.83.
Comparando estos resultados con el proyecto presente se puede determinar que
la utilización solo de arenisca no remueve por completo la turbidez del agua residual
avícola que esta se debe por la sangre que se genera durante el proceso de
71
matanza si no que al combinar otros medios absorbentes y poroso como el carbón
activado de la estopa de coco se puede decir con los resultados obtenidos que la
remoción es mayor en cuanto a todos sus parámetros siendo estos valores
permisibles por las normas establecidas.
72
6. Conclusiones
A través de la realización del primer objetivo específico y la obtención de sus
resultados se obtuvo datos importantes y primarios para la comparación de
parámetros en las siguientes fases del desarrollo del proyecto, la caracterización
del agua residual de uso avícola es importante, debido a que sin los datos primarios
no podríamos realizar una comparación exitosa del alcance del biofiltro.
Se considera la realización del segundo objetivo específico como uno de los
factores más importantes para la veracidad y determinación a través de cada
parámetro el alcance del biofiltro y su margen de error.
Se determinó que dentro de un laboratorio se debe controlar el factor de
contaminación cruzada debido que un agente externo podría cambiar
significativamente el resultado del agua tratada.
El desarrollo del carbón activado mediante la correcta metodología y el uso de
este mismo en un biofiltro con control de porcentaje en sus componentes
determinan que de manera exitosa se limpia y se disminuye la contaminación
presente en el agua residual avícola proceso el cual comprendió en el desarrollo
del carbón activado y el ensamblaje de un biofiltro.
El conjunto desarrollo de los tres objetivos específicos, utilizando la correcta
metodología del carbón activado y el respeto a los tiempos estipulados en el
cronograma actividades dan resultados positivos y la capacidad de demostrar que
la hipótesis sea aceptada a través del marco estadístico.
73
7. Recomendaciones
Se recomienda darle otro uso su aplicabilidad al agua residual de uso habitual
ya que, dentro de los resultados en los análisis de laboratorio, se determinó que
son ricas en materia orgánica y en sodio, ya que podrían utilizarse como medio
fertilizante líquido debido a que no poseen mayor porcentaje de metales pesados o
algún componente tóxico para el desarrollo de la vida.
La metodología empleada para el desarrollo de carbón activado a base de estopa
de coco, fue cuidadosamente gestionada y gracias a esto se pudo estipular una
metodología de base para la formación del carbón activado procedente de alguna
fibra vegetal.
El uso del carbón activado, la pumita y la arenisca, determinan que la
aplicabilidad de estos productos en conjunto, y con la correcta concentración de
cada uno, abre una línea de investigación, donde se podrían comprobar elementos
y componentes con características similares ya sean físicas o químicas en el rango
de absorción y limpieza de aguas residuales.
El alcance positivo del biofiltro en aguas residuales se podría potenciar de tal
forma que se extendería a su alcance en la recolección o remoción de materia
orgánica en aguas residuales, como la reutilización de aguas residuales, aguas
servidas, aguas lluvias y misceláneas, en aplicaciones como riego, sistemas de
enfriamiento, utilización de energías renovables, sistemas contra incendios.
74
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79
9. Anexos
Figura 12. Mapa urbano de la Avícola Don Luis. Maldonado, 2020.
Figura 13. Mapa satelital de la Avícola Don Luis. Maldonado, 2020.
80
Figura 14. Diagrama de flujo del carbón activado de estopa de coco. Maldonado, 2019.
81
Tabla 6. Porcentaje de los componentes del biofiltro.
Tratamie
ntos
% DE PUMITA % DE CARBON
ACTIVADO
% DE
ARENISCA
T 1 30 60 10
T 2 33 33 33
T 3 10 60 30
T 4 10 80 10
T 5 0 100 0
T6 100 0 0
T7 0 0 100
Maldonado, 2019.
Figura 15. Porcentaje de componentes de biofiltro en relación estadística.
Maldonado, 2020.
30 33
10
10
0
10
0
0
60
33
60
80
10
0
0 0
10
33
30
10
0 0
10
0
0
20
40
60
80
100
120
Relacion de componentes en biofiltro
% DE PUMITA % DE CARBON ACTIVADO % DE ARENISCA
82
Figura 16. En el lugar del muestreo de agua residual.
Maldonado, 2020.
Figura 17. Muestreo del agua residual en el área de faenamiento.
Maldonado, 2020.
Figura 18. Descarga de aguas residuales directas al SSAA. Maldonado, 2020.
83
Figura 19. Recolección de la segunda muestra para análisis. Maldonado, 2020.
Figura 20. Zona completa de recolección de fluidos residuales. Maldonado, 2020.
Figura 21. Tiempo de duración de la electrocoagulación. Maldonado, 2020.
84
Figura 22. Proceso de limpiado y secado de la estopa de coco. Maldonado, 2020.
Figura 23. Proceso de obtención del Carbón activado. Maldonado, 2020.
85
Figura 24. Medición de temperatura máxima del horno. Maldonado, 2020.
Figura 25. Horno desarrollado específicamente para el proceso de obtención del carbón activado. Maldonado, 2020.
86
Figura 26. Proceso de calcinado. Maldonado, 2020.
Figura 27. Proceso de secado, luego de la activación. Maldonado, 2020.
87
Figura 28. Preparación para la activación luego de secado. Maldonado, 2020.
Figura 29. Proceso de activación con ácido Nítrico. Maldonado, 2020.
88
Figura 30. Limpieza de materia orgánica en electrocoagulación.
Maldonado, 2020.
Figura 31. Proceso de electrocoagulación. Maldonado, 2020.
89
Figura 32. Comprobación de voltaje. Maldonado, 2020.
Figura 33. Comprobación de separación de compuestos. Maldonado, 2020.
90
Figura 34. Limpieza de muestra 2. Maldonado, 2020.
Figura 35. Filtración de las primeras replicas. Maldonado, 2020.
91
Figura 36. Filtración en todos los tratamientos. Maldonado, 2020.
Figura 37. Comparación de resultados entre las distintas fases y tratamientos del agua residual Avícola. Maldonado, 2020.
92
Figura 38. Análisis de réplicas en Laboratorio. Maldonado, 2020.
Figura 39. Determinando resultados de los diferentes parámetros. Maldonado, 2020.
93
Figura 40. Instrumentos de Análisis de Aguas Residuales. Maldonado, 2020.
Figura 41. Análisis ANOVA en PH.
Maldonado, 2020.
94
Figura 42. Análisis ANOVA en DBO.
Maldonado, 2020.
Figura 43. Análisis ANOVA en DQO. Maldonado, 2020.
95
Figura 44. Análisis ANOVA en SST. Maldonado, 2020.
Figura 45. Análisis ANOVA en Aceites y Grasas. Maldonado, 2020.
96
Figura 46. Análisis ANOVA en Hierro. Maldonado, 2020.
Figura 47. Análisis ANOVA en Alcalinidad.
Maldonado, 2020.
97
Figura 48. Análisis ANOVA en Dureza Maldonado, 2020.
