1 n 1 4 U N 1 V E R S 1 DA D "'"' o,.. • ' ;¡ ,.. CIENTÍFICA i p'><_ § DEL SUR .,.~ '· ~" a. l N 11 FACULTAD DE CIENCIAS AMBIENTALES ESCUELA DE INGENIERIA AMBIENTAL "EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DE LA REMOCIÓN DE NUTRIENTES DEL EFLUENTE DE LA PTAR DE LA EMPRESA ESMERALDA CORP S.A.C. MEDIANTE EL USO DE HUMEDALES ARTIFICIALES, EMPLEANDO LA ESPECIE Typha domingensis Pers. (TOTORA)" Tesis para Optar el Título Profesional de: Ingeniero Ambiental Bach. ALICIA DEL CARMEN EDUARDO PAREJA LIMA, PERÚ 2015 DEDICATORIA A Dios por permitirme desarrollar esta investigación a plenitud. A mi mamá Rebeca, papá Antonio, mis hermanos Andrea y Renato y mi mama Sofía, por su apoyo incondicional y sus sabios consejos cuando más lo necesitaba, que me dieron las fuerzas para seguir adelante y concluir con esta investigación. A mi angelito en el cielo, mi papa Batito, que fue mi motivación día a día para cumplir con esta meta. Asimismo, quisiera dedicar mi investigación a muchas personas más, pero faltarían hojas en el mundo para poder expresar todo lo que han hecho por mí y todo el amor que siento por ellas (lo cual podría impactar a la diversidad de árboles), a ellas se los dedico también. AGRADECIMIENTO A mi facultad de Ingeniería y Gestión Ambiental de la Universidad Científica del Sur (UCSUR) por la formación recibida durante los cinco años de carrera, y a mis magníficos profesores por las grandiosas clases dictadas. A Esmeralda Corp SAC, en especial a Maria Luisa, Lidia, Honorato, Carlos y Henry por su financiamiento y cooperación en el desarrollo de mi investigación. A mi asesora, lng. Betty Peña, por su apoyo, confianza y colaboración durante el desarrollo de mi investigación. IN DICE l. RESUMEN .............. ...... .............. ...... ....... ... .. ... ....... ... ..... ...... ...... ......... ....... ......... . 6 11. ABSTRACT .... .... .. ...... .... ..... ..... .... ....... .... ...... .... ..... .. ... .... .. .. .............. ..... ......... ...... 8 111. INTRODUCCIÓN .. ..... ......... ..... ..... .. .. ... ...... ............... ... ............. .. ............ ...... ... 10 IV. REVISIÓN DE LITERATURA Y MARCO TEÓRICO ... .. ... ....... ..... .... ... ..... ........ 12 4.1. MARCO CONCEPTUAL.. .... .............. ........... .... .. ........... ...... ..... .... ..... ..... ..... .... 12 4.1.1. Agua residual .. .... ....... .... .............. .. ...... ..... ........ .. .... ........... ......... ... ... .... 12 4.1 .2. Humedal Artificial. ..... .. .................... .. ................. .. .... ... .. ............. .. ....... .. . 12 4.1.3. Componentes de los Humedales Artificiales ....... ............ .... ...... ..... ...... .. 14 4.1.4. Tipos de humedales artificiales ... ............... ...... ..... .... ...... ...... .. ... .... ... ..... 19 4.1 .5. Mecanismos de remoción de nutrientes en HAFSS .... .. .... .. ... .... .......... .. 24 4.1 .6. Typha domingensis Pers. (totora) .. ......... .... ..... .. .... .. ......... .. ...... .... ...... ... 28 4.2. MARCO ESPACIAL .... .. ...... .... ..... .... .. .. .. .. ..... ...... ........ .. ... ... ... .. ... .... .. ..... ....... .. 37 4.3. MARCO TEMPORAL .... ............ ........ ... ...... ..... ... .. ......... ..... ..... ..... .... ....... ..... ... 41 4.4. MARCO HISTÓRICO ......... ... .... ........ ... ......... ....... ..... .. ............ ......... .. .... ... .. .... 41 Trabajos de investigación previos ... .................. ..... .............. .. ... ....... ....... .. ... .. ...... 42 4.5. MARCO LEGAL .. .. .. ... ......... .......... .. ....... ... ..... ... ... ... .. ..... ..... ..... ....... ... ... ........ .. 52 V. MATERIALES Y MÉTODOS ..... .. ... .... ....... .......... .... ........... .. ... ...... ..... ..... ..... ..... ... 56 5.1. MATERIALES Y EQUIPOS ... ..... ............. ...... ...... ................ .. .. ... .... .... ........ ..... 56 5.2. MÉTODO .. .......... ....... ..... ........... ........ ... .. .. ....... ........... ..... ..... ....... ... .. .... ... .. ..... 57 5.2.1 . POBLACIÓN Y MUESTRA .... .............. .... .. .. ... .......... ..... ...... ........ .. .. ... ... 57 5.2.2. DISEÑO EXPERIMENTAL .... .... ..... ...... ... ....... ... .. ..... ... .. .. .. .. .. ... ..... ... ..... 57 5.2.3. TÉCNICAS EXPERIMENTALES .. ................. ..... .. ... ..... .. ... .. ..... ........ ... .. 58 a. Caracterización inicial del agua residual ... ... .......... .... .. ..... ..... .... .... ..... ........ .. 58 b. Diseño del Humedal Artificial de Flujo Subsuperficial (HAFSS) .... .. .. .... ...... .. 60 c. Construcción del Humedal Artificial de Flujo Subsuperficial (HAFSS) .. ......... 65 d. Funcionamiento del Humedal Artificial de Flujo Subsuperficial (HAFSS) ...... 69 e. Monitoreo del Humedal Artificial de Flujo Subsuperficial (HAFSS) .. ........... .. 70 VI. RESULTADOS ........... .... ..... ..... ... .... ..... ..... ...... ..... .. .. .... ....... ...... .... .... .. ..... ..... ... 71 6.1. PARÁMETROS COMPLEMENTARIOS .... .......... ........ ... ... ..... ........... ....... .... ... 71 6.1 .1. pH ...... ... ........ ... ..... ... .......... ............ ..... ............ .... ... .. .... .... ......... ........ .. .. 71 6.1 .2. TURBIEDAD ... ........... ..... .. .. ...... ....... .. ... .... .. ........ ... .... .............. .... ... ..... .. 72 6.1 .3. TEMPERATURA ... ... .... .. ... .. ...... ...... .... ...... .. ... ..... ........ ........ ..... ..... ........ 73 6.2. PARÁMETROS PRINCIPALES ..... .. .. ... ...... .. ... ..... ... .. .. ..... .. ......... ... .. ....... ....... . 74 6.2.1. NITRÓGENO TOTAL (N1) ... ............. .. ... . ... .... ......................................... 7 4 2 6.2.2. NITRÓGENO AMONIACAL (N-NH/) ........... ...... .......... .... .. ... ...... ......... . 77 6.2.3. NITRATOS (N-N03") . . .............. . .. . .... . .. . ..... . ....• •.... . .. ... ............. . .... . ........ . 80 6.2.4. FÓSFORO TOTAL (Pt) .. ............... ...... .... ........... ..... .......... ..... .......... ..... . 83 6.2.5. ORTOFOSFATOS (P0 34 ") . ......... . . . ..... . ................ . ... . .... . ......... . .... . ......... 85 6.2.6. ANHIDRIDO FOSFÓRICO (P20 5) . ..... . ..•.••.... . •.. .. ... . .............. . ......... . .... . 87 6.3. EVOLUCIÓN DE LA TOTORA EN FUNCIÓN DEL RENDIMIENTO DEL HAFFS ................. .................................... .......... ...... ........... ..... .... ...... ..... .... ...... .... ..... . 89 VIl. DISCUSIÓN DE RESULTADOS .......................... .... ......... ................ ..... ......... . 91 7.1. PARÁMETROS COMPLEMENTARIOS ................. ..... ..... ..... ..... ..... .. ........ ..... . 91 7.1.1. pH .. ........ ..... ... ............... ........ ............. ..... .. .... ..... ..... ..... .......... ..... .......... 91 7.1.2. TURBIEDAD ... ............... ........... ......... ..... ....... .... ..... ..... ........... ..... ..... .... . 92 7.2. PARÁMETROS PRINCIPALES .................... ..... .. .... ......... .. .... ......................... 94 7.2.1. NITRÓGENO TOTAL (Nt) ............. .. ... .. ... .. ... ..... ............................... .. ... 94 7.2.2. NITRÓGENO AMONIACAL (N-NH/) .... ... .. .. ......................................... 96 7.2.3. NITRATOS {N-No3·) ...... .. ........................ .. ............. .. ... .. .... .. .... .... .. ... .. ... 99 7.2.4. FÓSFORO TOTAL (Pt) ................... ... .. .... .. .... .. ........ .. ............. .. ... ... .. .. . 101 7.2.5. ORTOFOSFATOS {P0 34 -) ........................ . ......................... . .... . ......... . . 103 7.2.6. ANHIDRIDO FOSFÓRICO (P20 5) .. . .. ... .... . .... . .. ... ... .. .... .. .... . .... . ....... .. .. 104 7.3. EVOLUCIÓN DE LA TOTORA EN FUNCIÓN DEL RENDIMIENTO DEL HAFFS ...... ........... ..................................... ..... ...... .... .. ... ...... .................... ...... .... ..... ... 106 VIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........... .. ......... ..... .................. ... .. 107 IX. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... .. ......... ..... ...... .......... ..... ..... ..... .. .... .... .. . 109 X. GLOSARIO .......................................................... ..... .... ..... .............. ...... ......... .. . 115 a. Aerénquima ............. ........... ..... ..... .. .... ............... ..... ........... .... ...... ...... ..... .... ... 115 b. Afluente ................................... ........ .. .. .. ....... ..... .......................... ..... .. .... ..... .. 115 c. Alcalinidad .. .. .. ......... ..... ... .. .... ... ... .. ..... .... ...... ..... ..... .......... ...... ..... ............... ... 115 d. Androceo ...... ................................................ ..... .. .................. ...... .. ... .. ........ .. . 115 e. Bacterias aerobias .............. .......................... ..... ..... ..... ..... ...... ..... .......... ..... ... 115 f. Brácteolas ......................................... .. ... ................ ........... ..... ..... .... .... .. .. ... .. . 115 g. Bacterias anaerobias .......... .. ... ........................... .... ..... ................. ..... .... ..... .. . 115 h. Carga hidráulica ............................................. ... ...... .................... ..... ..... ..... ... 115 i. Coliformes fecales ......................... .. ............. ...... .. .. .. ......... ..... .. ... .... .... .. .... .... 115 j. Demanda química ambiental {DQO) ......... ... .. .... ..... ........... ..... ..... ..... ..... ..... ... 115 k. Demanda bioquímica de oxígeno (DBO) .......... ....... ......... ............ ..... ............ 116 l. Efluente .................. ............ ..... ..... ...... ..... ..... ..... ..... ........... ..... ..... .. .... .... ..... .. . 116 m. Estigmas ....... .. ............................................................... ........ .. ... ... ... .. .......... 116 3 n. Eutrofización ......... ........ .. ......... .. .. .. ..... ........ .. ......... .............. ..... .... ...... ... ... .... 116 o. Ginóforo ...... ..... ............ ......... ..... .. ... ... .. .... .· . .... .... .. ............ .... ..... ................ .... 116 p. Glumilla ...... ... ................ ..... .. ... ..... ...... .......... .. .. .... ... ....... .... .. .. .. ... ...... .. ... ...... . 116 q. Inflorescencia .... .......... .. .... ........ ... .. .. ... .. ... ... .. ........ .. .. ... ... .. .. ..... ...... ..... ...... .... 116 r. Macrófita .......... .. .. .. ...... .. ... .. ... .... .. ...... .... .......... .. ... .. ....... ... .. ..... .......... .. ..... .. .. 116 s. Metahemoglobinemia ............ ... ... ....... .. .. ............... 00 ........ 00 00.00 00 . .... 00 .. ............ 117 t. Nitrato (N03") ...... oo . ... oo . .. oo.oo ooO oooo O Ooo O O O O OO OOoo ... .. ... .. ... .. ... .. ... oo ....... .. ... . . ... .. . .. .. .. .. . 117 u. Nitrito (N02°) .... ....... .. .. ... .. ..... ......... ... .. ... .. .. .. ... .... ....... ..... ..... .......... .. .... ..... ..... 117 v. Nitrógeno amoniacal (NHi NH/) ...... ....... ...... ... .. ..................... .. .. .. ........ .. .. .. . 117 w. Nitrógeno orgánico ....................... o.. .... ............ ............... ......... .... .................. 117 x. Nitrógeno Total Kjeldhal (NTK) ......... .. .. .. ...... .... .......... .. .. ...... ...... .. .. .. .. .. .. ....... 117 y. Nutrientes ......... ....... ......... ..... ........ .. ........... ..... ..... .... OO •• • •• • • •• •••• ••••• • • • •••• • ••• • ••• • • 118 z. Ortofosfatos ................ ..... ..... 00 . ... ... . . . .. .. ...... .. ... .. .... 00 00 . ..... .. .. . .... ...... .. .. . .. .. ..... . 118 aao Perigonio .. ...... ............. ... ...... o.. .. .. .... ..... ..... ..... ...... .. ... ...... .. .. ... ... .. ... .. .... ... 00 .... 118 bb. Sépalo .. .. ........ .. ... ..... .......... .. .... ... .. ................. ............... .......... ...... ....... 00 o.. .. .. 118 ce. Sistemas de pre-tratamiento .. .. ........ .... .. .. .... 00 . oo .... .. .. .. . oo 00 00 00 00 00 .......... . .. .... .... 118 dd. Sistemas de tratamiento primario 00 00 .. 00 00 .... 00 .... .... 00 .. ...... 00 .. .. ........ .. 00 00 .......... 00 118 ee. Sólidos suspendidos totales (SST) ..... .. ..... .... .... .. .. .. .. ... .... ... ............. ... .. ........ 118 ff. Sólidos suspendidos volátiles (SSV) .. .. ..... ... OO .............. ...... 00 .. .... .. 00 .. .. .. .... ..... 118 gg. Tiempo de retención hidraúlico (TRH) ...... 00 00 .. .. .... .. ........ .. .. .. .. .... .. .... .. .. ......... 118 hh. Umbela .... ............ .. ....... ... ........ ... .... .............. .. ... ... .. ... ............ .... ..... ....... .. ..... . 119 ii. Verticilo .. .................. ........ ... ...... .......... ........... ..... ..... ..... ..... ...... ..... ..... .. .. ...... . 119 XI. ANEXOS ... .. .. ............. .... .... .. ... .. ..... ...... .. .. ....... ..... .. .. ............. .... .... ...... ... .. ..... . 120 4 Lista de Cuadros Cuadro IV-1 Procesos naturales en un Humedal Artificial. .. ..... .. ... ...... ........... ........ 13 Cuadro IV-2 Características medias del sustrato en Humedales de Flujo Subsuperficial de Flujo Horizontal (HASSFH) .. .. .......... .. .................... 16 Cuadro IV-3 Propiedades de las plantas en los Humedales Artificiales .......... ...... .. 18 Cuadro IV-4 Oxígeno disponible por vegetación emergente de un humedal ... ..... .. 19 Cuadro IV-5 Ecuación 1: Cálculo de NTO para el subsistema FV (formulada por Cooper, 1999) .......... .. .. ................. ............... ..... ........ ... .. .................... 48 Cuadro IV-6 Ecuación 2: Cálculo de ATS del subsistema FV .. ....... .. .. .... ... ........ .. ... 49 Cuadro IV-7 Ecuación 3: Cálculo de No de subsistemas FV requeridos ..... ......... .. . 49 Cuadro IV-8 Estándares Nacionales de Calidad Ambiental para Agua de la Categoría 4: Conservación del ambiente acuático (lagunas y lagos). 53 Cuadro IV-9 Valores guía de la OMS para el reuso de aguas residuales en la acuicultura .. .. .. ..... ........... ........ .. .... ..... ......... .. ... ....... ..... ....... .... ........... 54 Cuadro V-1 Listado de materiales y equipos utilizados .. .. ... .... ... ... .. ..... ... .. ..... ..... .. 56 Cuadro V-2 Resultados de los parámetros evaluados en la caracterización del agua residual y métodos asociados .... .......... .. ...... ............... .... .. ....... . 59 Cuadro V-3 Tipos de recipientes y preservantes relacionados a cada tipo de análisis ......... .. .... ........................... ...... ... ...... .................... ... ... ... .. ..... .. 60 Cuadro V-4 Parámetros de diseño del HAFSS .... ............ ......................... .... ... ..... . 65 Cuadro Vl-1 Cuadro comparativo de las características de la planta y la remoción de nutrientes ..... .. ..... ..... .......... ... .. .. .... ... .. .... .. ... .... .. ................. .... ... ... . 89 Lista de Figuras Figura IV-1 Estructuras vegetativas de la especie Typha spp ........ .. .... .......... .. .. ... 17 Figura IV-2 Humedal Artificial de Flujo Superficial (HAFS) .. ........... ..... .. ...... .. ....... 20 Figura IV-3 Sección transversal de un HAFSSH ......... .... ..... .... .... ........ .......... ..... .. 22 Figura IV-4 Esquema en corte de un HASSFV ...... ... .. ... .... ... .. ....... ...... .......... ..... .. 23 Figura IV-5 Esquema de la sección transversal de un HASSFV ... ..... ........... ..... ... 24 Figura IV-6 Características morfológicas de la Typha domingensis Pers ..... .. ... .... 30 Figura IV-7 Estructuras vegetativas de la totora (Typha domingensis Pers.) .. .. .. .. 34 Figura IV-8 Mecanismos de remoción de nutrientes de la totora ..... ... ...... ... ...... ... 36 Figura IV-9 Imagen satelital de la ubicación y vista de la empresa Esmeralda Corp S.A.C. (Chorrillos) ......... ..................... .................. .. ......... .. .... ...... ..... .. 39 Figura IV-1 O Ubicación y vista de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) de la empresa Esmeralda Corp S.A.C ... .. ...................... ........ 40 Figura V-1 Vista de perfil del HAFSS .................. ................. ........................ ........ 68 Figura V-2 Vista de planta del HAFSS ........... ...................... .. ...... .. ... ...... ..... ........ 68 5 l. RESUMEN La presente investigación consiste en la implementación de un Humedal Artificial o Wetland de Flujo Subsuperficial (HAFSS) en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) de Esmeralda Corp S.A.C., empleando como vegetación emergente a la especie Typha domingensis Pers.(totora); con la finalidad de reducir los niveles de nutrientes - nitrógeno y fósforo- del efluente de la PTAR, mejorando así su calidad y minimizando los potenciales impactos ambientales negativos que se pudieran originar por el reuso de dicho efluente. El HAFSS presentó las siguientes dimensiones: 3 m de largo, 1 m de ancho, 0.8 de profundidad efectiva y pendiente de 1%. Conformado por dos (02) sustratos, el primer sustrato fue de arena gruesa y el segundo de confitillo 3/8", ambos de 0.3 m de profundidad; y por último, en la parte superior se sembró plantones de totora. El agua residual a ser tratada (afluente) en el HAFSS fue captada del tanque final donde se almacena el efluente de la PTAR, a través de un sistema de distribución conformado por una manguera y un tanque de almacenamiento. El caudal de tratamiento fue de 170 Ud con un tiempo de retención hidráulica de seis (06) días. El funcionamiento del HAFSS se realizó en dos etapas: (i) período de arranque, durante tres (03) meses (diciembre del 2013 a febrero del 2014) con el objetivo de lograr la adaptación de las totoras y (ii) período de funcionamiento estándar, durante seis (06) meses (marzo hasta agosto del 2014), donde se inició el tratamiento a través del HAFSS. En el período de arranque se evaluaron parámetros físicos como pH, turbiedad y temperatura, en cambio, en el período de funcionamiento estándar se evaluaron parámetros principales y complementarios, tanto en el afluente como en el efluente. Entre los parámetros principales se encuentran: nitrógeno total (N-total), nitrógeno amoniacal (N-amoniacal), nitratos (N-nitratos), fósforo total (P- total), ortofosfatos y anhídrido fosfórico, mientras que los parámetros complementarios fueron: pH, turbiedad y temperatura. Se reportó una remoción final de 87.8% de N-total, 90% de N-amoniacal y 99.6% de N- nitrato; con relación al fósforo, se registró 94.5% de P-total, 99.4% de ortofosfatos y 94.3% de anhídrido fosfórico de remoción final. Estos valores ·reflejan una alta eficiencia del HAFSS en la remoción de nutrientes como el nitrógeno y fósforo. Asimismo, se evaluó la viabilidad del reuso del efluente del HAFSS en la acuicultura comparando los valores registrados en dicho efluente con los estándares nacionales (Categoría 4 del ECA-Agua) y con estándares internacionales (valores guía de la EPA de los estados de Florida, Carolina del Norte y Washington para reuso en ambientes naturales), concluyéndose que se requiere un tratamiento adicional para poder reusarlo en la acuicultura. 6 Finalmente, debido a la alta eficiencia, bajos costos, facilidad de operación y mantenimiento, y la semejanza de la calidad del afluente con un agua residual doméstica, el HAFSS podría ser utilizado en zonas rurales que carezcan de redes de alcantarillado público. Palabras clave: humedal artificial de flujo subsuperficial, Typha domingensis Pers., totora, afluente, efluente, nitrógeno total, nitrógeno amoniacal, nitratos, fósforo total, ortofosfatos, anhídrido fosfórico, acuicultura. 7 11. ABSTRACT The present investigation involves the implementation of Constructed Wetland of Subsurface Flow (CWSF) in the Wastewater Treatment Plant (WTP) of Esmeralda Corp S.A.C., using Typha domingensis Pers. (bulrushes) as emergent vegetation specie, in order to reduce levels of nutrients -nitrogen and phosphorus- in the effluent of the WTP, improving their quality and minimizing potential negative environmental impacts, that m ay be result of the reuse of the effluent. The CWSF had the following dimensions: 3 m long, 1 m wide, 0.8 effective depth and slope of 1%. Consisting of two (02) substrates, the first was coarse sand and the second was confitillo 3/8", both have 0.3 m of depth; finally, at the top was planted seedlings of bulrushes. The wastewater to be treated in the CWSF (influent) was captured from the final tank, where the effluent of the WTP is stored, through a distribution system consisting in hoses and a storage tank. The treatment flow was 170 Ud with a hydraulic retention time of six (06) days. The operation of CWSF was carried out in two (02) stages: period of start-up, during three (03) months (December of 2013 to February 2014) with the aim of achieving the adaptation of bulrushes in the CWSF, and (ii) period of standard use, during six (06) months (March to August 2014) where treatment was initiated by CWSF. In the period of start-up, sorne physical parameters were evaluated, such as: pH, turbidity, and temperatura; on the other hand, in the period of standard use were evaluated main and complementary parameters, in the influent as the effluent. The main parameters are: total nitrogen (N-total), ammoniacal nitrogen (N-ammonia), nitrates (N-nitrate), total phosphorus (P-total), orthophosphate and phosphorus pentoxide, while the complementary parameters were: pH, turbidity and temperatura. lt was reported a final removal of 87.8% of N-total, 90% of N-ammonia and 99.6% of N-nitrate; in relation of phosphorus, 94.5% of P-total, 99.4% of orthophosphate and 94.3% of phosphorus pentoxide was recorded. These values indicate a high efficiency of CWSF on removal of nutrients such as nitrogen and phosphorus. Also, the feasibility of reuse of the effluent of the CWSF in aquaculture was evaluated, comparing the values recorded in this effluent with the national standards (ECA, category 4) and international standards (EPA guidelines of Florida, North Carolina and Washington for environmental reuse), concluding that is required an additional treatment in order to reuse it in aquaculture. Finally, due to the high efficiency, low cost, ease of operation and maintenance, and the similarity of influent quality with the domestic 8 wastewater, the CWSF could be used in rural areas where public sewerage networks could be lacked. Keywords: constructed wetland of subsuñace flow, Typha domingensis Pers., bulrushes, influent, effluent, total nitrogen, ammoniacal nitrogen, nitrates, total phosphorus, orthophospate, phosphorus pentoxide, aquaculture. 9 111. INTRODUCCIÓN La descarga de las aguas residuales a cuerpos de agua como los ríos o mares ha sido una práctica común desarrollada a lo largo del tiempo por las diferentes poblaciones. El vertido indiscriminado de las aguas residuales sin tratamiento - proveniente de diferentes actividades socioeconómicas- se ha ido incrementando con el pasar de los años y con el crecimiento poblacional acentuando el impacto ambiental generado en los cuerpos de agua, de manera que, el nivel de resiliencia de estos cuerpos ha ido disminuyendo gradualmente. Esto obligó a que se desarrollaran alternativas de tratamiento de aguas residuales que sean ambiental, social y económicamente viables. Entre las soluciones más atractivas, se encuentran los tratamientos que simulan los fenómenos que ocurren espontáneamente en la naturaleza. Estos sistemas se denominan Tratamientos Naturales de Aguas Residuales, entre ellos tenemos: el Uso de Lagunajes, de Sistemas de Infiltración, de Humedales Artificiales, etc. Actualmente, el sistema de tratamiento de Humedales Artificiales es cada vez más aceptado a nivel mundial y ha sido utilizado con más frecuencia en muchos pafses desarrollados (ej. Alemania, Inglaterra, Francia, Dinamarca, Polonia, Italia, entre otros). Esto se debe al bajo costo de operación y mantenimiento, al mismo tiempo, que producen efluentes tratados de buena calidad (Arias & Brix, 2003; Gaboutloeloe et al., 2008). El uso de Humedales Artificiales para tratar aguas residuales industriales y domésticas se ha incrementado en los últimos veinte años, siendo una opción reconocida y recomendada para el tratamiento de aguas residuales. Cabe resaltar que este sistema se utiliza como tratamiento secundario, ya que, requiere de un afluente pre-tratado. Entre sus beneficios encontramos: mejorar la calidad ambiental, es decir, reducen la materia orgánica, transforman y asimilan nutrientes, y retienen y/o eliminan sustancias tóxicas presentes en el agua residual. Crean y restauran nichos ecológicos, contribuyen a mejorar el paisaje y en la generación de zonas de amortiguamiento de crecidas de río y avenidas. Además, son fuente de agua en procesos de reutilización de aguas residuales para riego y crianza de peces, y aportan ventajas en otras actividades de carácter turístico y económico. La Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) de la empresa Esmeralda Corp SAC, ubicada en el distrito de Chorrillos en la zona de amortiguamiento del Refugio de Vida Silvestre "Pantanos de Villa" (RVSPV), viene funcionando desde los primeros meses del año 2011. Se encarga de tratar efluentes industriales provenientes, principalmente, de las industrias alimentarias establecidas dentro de sus instalaciones. 10 Esta planta cuenta con diferentes unidades de tratamiento para garantizar una calidad adecuada del efluente final. Sin embargo, los niveles de nutrientes como el nitrógeno y fósforo se encuentran en concentraciones mayores a las establecidas según normativa nacional. Pudiendo ocasionar impactos significativos en el ambiente como la contaminación del agua subterránea y eutrofización de los espejos de agua encontrados en sus instalaciones, así como, efectos negativos sobre la salud de la población cercana. En ese sentido, el presente proyecto consiste en la implementación de un Humedal Artificial de Flujo Subsuperficial (HAFSS) en la PTAR de Esmeralda Corp SAC, empleando como vegetación emergente a la especie Typha domingensis Pers. (totora); con la finalidad de reducir los niveles nitrógeno y fósforo del efluente de la PTAR. Específicamente, en el HAFSS se pretende evaluar: (i) el % de remoción del nitrógeno en términos de nitrógeno total (Nt), nitrógeno amoniacal (N-NH4 +) y nitratos (N-N03-), (ii) el % de remoción de fósforo en términos de fósforo total (Pt), fosfatos (P0 34- ) y anhídrido fosfórico (P20 5) y (iii) la viabilidad del reuso del efluente tratado por el HAFSS en la acuicultura según lo establecido en los Estándares Nacionales de Calidad Ambiental (ECA) para conservación del ambiente acuático (Categoría 4), como también en las Directrices Sanitarias sobre el uso de aguas residuales en agricultura y acuicultura de la Organización Mundial de la Salud (OMS) u otra norma internacional afín. De esa manera, se planteó como hipótesis general que el tratamiento mediante HAFSS es una tecnología efectiva para la reducción de los niveles de nutrientes del efluente de la PTAR, en términos de nitrógeno y fósforo total. Además, específicamente se planteó que (i) el uso de la totora en el HAFSS ayuda a la remoción de nutrientes, (ii) el tratamiento de aguas residuales mediante el HAFSS es eficiente para la remoción de nitrógeno amoniacal, nitratos y fosfatos, y (iii) el efluente tratado por el HASS cumple con los parámetros de los ECA para agua en función a su reuso para la conservación del ambiente acuático y con las directrices sanitarias es viable según la normativa nacional e internacional para su reuso en la acuicultura. 11 IV. REVISIÓN DE LITERATURA Y MARCO TEÓRICO 4.1. MARCO CONCEPTUAL 4.1.1. Agua residual Aquellas aguas cuyas características originales han sido modificadas por actividades antropogénicas, que tengan que ser vertidas a un cuerpo natural de agua o ser reusadas y que por sus características requieran un tratamiento previo (ANA, 2013). De acuerdo a su origen, las aguas residuales pueden ser clasificadas como: • Aguas residuales domésticas: Procedentes de residencias como las que provienen de banos, lavandería, cocinas, entre otros. • Aguas residuales comerciales: Provienen de establecimientos comerciales, públicos y similares. • Aguas residuales industriales: Provienen de vertidos industriales, poseen características específicas dependiendo de la industria de origen. • Infiltraciones v aportaciones incontroladas: Las aguas de infiltración penetran en el sistema de alcantarillado, a través de empalmes de tuberías, paredes de tuberías defectuosas, tuberías de inspección y limpieza, etc. Las aportaciones incontroladas corresponden a aguas pluviales que se descargan en la red por medio de pozos de registro, bajantes de edificios, entre otros. 4.1.2. Humedal Artificial Sistema de fitodepuración de aguas residuales de profundidad variable (0.5 - 1.7cm) construido por el hombre. Consiste en la construcción de un humedal o pantano donde se desarrolla un cultivo de macrófitas enraizadas sobre un lecho de sustrato (grava, arena o piedra) impermeabilizado, que se encuentra alimentado por el agua residual a tratar (Osnaya, 2012). Los procesos llevados a cabo en el humedal (ver Cuadro IV-1) por la acción conjunta de las macrófitas, el sustrato y los microorganismos propios del agua residual remueven los contaminantes presentes en ella, como los sólidos suspendidos, demanda bioquímica de oxígeno (080), nutrientes, metales y patógenos. Asi, su funcionamiento se fundamenta en tres principios básicos: la actividad bioquímica de los microorganismos, el aporte de oxígeno a las especies vegetales durante el día y el apoyo físico del lecho inerte como soporte para el enraizamiento de las especies vegetales, además de servir como un medio filtrante (Delgadillo, Camacho, Perez & Andrade; 201 O). 12 Según Lara (1999), los humedales artificiales tienen tres principales funciones: ./ Fijar físicamente los contaminantes insolubles en la superficie del sustrato . ./ Utilizar y transformar los elementos contaminantes por medio de los microorganismos y de la biomasa vegetal. ./ Lograr niveles de tratamiento consistentes con un bajo consumo de energía y de mantenimiento. Cuadro IV-1 Procesos naturales en un Humedal Artificial FASE PROCESO Conversión y transformación de contaminantes. En la transformación aerobia de los residuos orgánicos se consume oxigeno. También se realizan transformaciones de productos orgánicos tóxicos. Siempre se reduce DBO. Si la lámina liquida del humedal no está en saturación de Absorción de oxígeno oxígeno disuelto, lo toma de la atmósfera, en una aireación natural. Deserción de oxígeno Es la situación contraria a la absorción de oxigeno. Se debe al movimiento lento del afluente, que hace que los sólidos en suspensión se depositen en el fondo. En ciertos casos se produce una floculación. En otros se producen turbulencias (en la entrada) que hacen que estos sólidos se distribuyan uniformemente por todo el humedal. La supervivencia de muchos organismos tiene un plazo limitado, por lo que, gran parte de ellos muere pasado un periodo de Degradación natural tiempo en el humedal. Por otra parte, la acción fotoquimica provoca la oxidación de muchos componentes orgánicos. Muchos contaminantes químicos tienden a unirse por adsorción con diversos sólidos, lo que dependerá, en gran parte, de la Adsorción cantidad y composición de estos presentes en suspensión en el agua residual. Los contaminantes volátiles presentes en el liquido se transfieren 1 Volatilización a la atmósfera. Aparte de las reacciones fotoqufmicas que ya se han indicado en Reacciones la degradación natural, en el humedal existen fenómenos de hidrólisis, oxidaciones diversas, reducciones, etc. Aparte de la volatilización y la deserción de oxigeno, muchos gases que se pueden aportar con el afluente se pueden Evaporación evaporar, y lo mismo ocurre con parte de la masa del humedal, 1 que puede ver reducido asi su volumen. Fuente: Seoánez (2004) 13 4.1.3. Componentes de los Humedales Artificiales Los humedales artificiales están conformados por tres componentes: a. Sustrato El sustrato puede estar conformado por arena, grava, roca, sedimentos y restos de vegetación que se acumula en el humedal. Su característica principal es tener la permeabilidad suficiente para permitir el paso de agua a través de él. Lo que obliga a utilizar materiales de tipo granular, principalmente la grava con un diámetro de aproximadamente 5 mm y poros finos (Delgadillo et al., 2010). Entre sus funciones más importantes se presentan: ./Actúan como barrera primaria de filtración . ./ Sirve como soporte para el crecimiento de la vegetación y colonias microorganismos (biopelicula) que biodegradan la materia orgánica . ./ Ayuda a eliminar ciertas sustancias mediante interacciones físicas y químicas . ./ Influye en el movimiento del afluente a través del humedal por su permeabilidad. Según Miglio (2003), las propiedades del sustrato son: ./ Hidráulicas: La estructura del sustrato define las propiedades hidráulicas del humedal. Así, Arias (2004) indica que el tamaño del sustrato afecta directamente al flujo hidráulico del humedal, y por consiguiente, al caudal del afluente a tratar. Menciona por ejemplo, si el lecho granular está constituido por elevadas cantidades de arcilla y limo, se consigue una mayor capacidad de absorción y filtración, ya que el diámetro de los poros son pequeños; sin embargo, presenta una elevada resistencia hidráulica y requiere velocidades de flujo muy bajas, limitando así el caudal a tratar. Lo contrario sucedería si el sustrato estaría compuesto por grava y arena fina. Los problemas que se encuentran con mayor frecuencia en el comportamiento hidráulico son los cortocircuitos y la colmatación. Los cortocircuitos ocurren cuando una gran cantidad de afluente pasa a través de un canal que se abrió en la pared del sustrato. Y la colmatación se produce cuando el afluente ingresa con una alta cantidad de sólidos suspendidos . ./ Químicas: Las partículas del sustrato tienden a adsorber parte de los microorganismos transportados con el agua residual. Además, al estar los poros del sustrato saturado de agua, puede formar un sustrato anóxico, que ayudará a la remoción de contaminantes como el nitrógeno y metales . ./Área superficial: El área superficial del sustrato está directamente relacionada con la colonización de microorganismos, ya que, mientras mayor sea el área superficial habrá una mayor probabilidad de 14 adsorción de microorganismos al sustrato, y por ende mayor biodegradación de los contaminantes. De esta manera, la velocidad de remoción de contaminantes es mayor en un sistema de flujo subsuperficial debido a que tiene una mayor área superficial sumergida, y por lo tanto presentará un potencial mayor para el crecimiento de microorganismos adheridos. Según Reed et al., citado por Miglio (2003), un metro cúbico de un lecho de humedal formado por grava de 25 mm presenta un área superficial de al menos 146m2 , además de la superficie que proporcionan las raíces; mientras que, en un sistema de flujo libre con igual volumen, el área superficial utilizable está entre 15 y 50 m2. A continuación, en el Cuadro IV-2 se muestra las características medias de un sustrato para HASSFH. 15 Cuadro IV-2 Características medias del sustrato en Humedales de Flujo Subsuperficial de Flujo Horizontal (HASSFH) TIPO DE SUSTRATO DIÁMETRO POROSIDAD CONDUCTIVIDAD EFECTIVO n (%) HIDRÁULICA D10 (mm) ks (m3/m 2.día) Arena gruesa o graduada 2 28-32 100-1000 Arena gravosa 8 30-35 500-5000 Grava fina 16 35-38 1000-10000 Grava media 32 36-40 10 000-50000 Piedra gruesa 128 38-45 50000-250000 Fuente: García & Sayona, tomado de Miglio (2003) . b. Microorganismos En los humedales se desarrollan una gran variedad de microorganismos como bacterias, levaduras, hongos y protozoarios. Siendo las bacterias, el grupo fundamental en el proceso depurador de las aguas residuales, es decir, de realizar el tratamiento biológico. Según Lara (1999), la actividad biológica: ../ Transforma un gran número de sustancias orgánicas e inorgánicas en sustancias inocuas o insolubles . ../ Altera las condiciones de potencial redox del sustratro, afectando así la capacidad de proceso del humedal. ../ Está involucrada en el reciclaje de nutrientes, como por ejemplo las sustancias contaminantes se convierten en gases que son liberados a la atmósfera. Las bacterias en los humedales pueden ser aerobias y anaerobias que son esenciales para la remoción de contaminantes. En la zona superior del humedal, donde predomina el oxígeno liberado por las raíces de las plantas y por la fase de intercambio agua-atmósfera, se desarrollan colonias de microorganismos aerobios. En el resto del lecho granular predominarán los microorganismos anaerobios. Es así que, el sustrato utilizado en el lecho del humedal, la vegetación emergente usada en el tratamiento y las condiciones del ambiente (disponibilidad de oxígeno y temperatura) proveen el hábitat adecuado para el desarrollo de las bacterias aerobias o anaerobias. Como menciona Arias (2004) , los principales procesos que llevan a cabo los microorganismos son la degradación de la materia orgánica, eliminación de nutrientes y elementos traza, y la desinfección. 16 c. Vegetación El tipo de vegetación más usado en los humedales artificiales son las macrófitas. Utilizándose con más frecuencia las plantas enraizadas o arraigadas al sustrato que presentan una parte sumergida y otra aérea emergente. Entre ellas tenemos a: la espadaña o enea (Typha spp.), la caña o carrizo (Phragmites spp.), y los juncos (Scirpus spp.) (EPA, 1999; EPA, 2000a). Las plantas presentan adaptaciones especiales para vivir en ambientes permanentemente anegados. Como menciona García & Corzo (2008), sus tejidos internos disponen de vacíos que permiten el flujo de gases desde las partes aéreas hasta las subterráneas y sus rizomas tienen una gran capacidad colonizadora. Es por eso, que están directamente relacionadas con la disminución de contaminantes a través de sus diferentes estructuras vegetativas (ver Figura IV-1). Figura IV-1 Estructuras vegetativas de la especie Typha spp. lnllofescencia femenino ----=;:. Hojas carnosas y aclnladas Fuente: Adaptado de Universidad de Florida (1990) 17 Las propiedades de las plantas son: Cuadro IV-3 Propiedades de las plantas en los Humedales Artificiales PARTES DE LAS PLANTAS PROPIEDADES DE LAS PLANTAS Atenuación de la luz: Proveen sombra que reduce el crecimiento de algas. • Influencia en el microclima: Acondicionan la temperatura en el humedal lo que es importante en climas frlos y alturas elevadas. • Reducción de la velocidad del viento: Evita resuspensiones • Apariencia estética del sistema • Almacenamiento de nutrientes y metales pesados presentes en el agua residual: Dependerá del tipo de planta y con su cosecha se remueve entre 5 a 10%. Efecto de filtración: Retiene sólidos que se encuentran en suspensión en el agua residual. • Reducción de la velocidad del agua: Aumenta la sedimentación. • Provee área superficial para el crecimiento bacteriano. • Producción de oxigeno: Gracias al aporte continuo de oxígeno que proviene de tallos y hojas (sistema vascular), se incrementa la degradación aeróbica. Toma de nutrientes: para incorporarlo a su tejido. Estabilización de la superficie del sedimento: Ocasiona que la erosión sea menor. • Prevención de obstrucciones en el sistema: La alta densidad de ralees mejora las propiedades hidráulicas y ayuda a prevenir la colmatación. • Liberación de oxigeno: A través de la rizósfera se libera el oxigeno captado por el sistema vascular, necesario para la degradación microbiana y la nitrificación. • Toma de nutrientes: para incorporarlo a su tejido. • Desarrollo de microorganismos: La rizósfera de las plantas permite el desarrollo de bacterias, protozoos y hongos que habitan en el espacio que circunda las ralees. Fuente: Adaptado de Londoño & Marín (2009) En el caso de los humedales artificiales de flujo subsuperficial (HAFSS), la principal función de la planta es brindar oxígeno a través de su rizósfera, lo que va a depender de la profundidad de sus raíces (ver Cuadro IV-4). El oxígeno disponible es esencial para que los microorganismos degraden la materia orgánica presente y realicen procesos de nitrificación para remover el nitrógeno amoniacal presente. 18 Cuadro IV-4 Oxígeno disponible por vegetación emergente de un humedal PENETRACIÓN DE OXÍGENO DISPONIBLE TIPO DE PLANTA RAÍCES (cm) (g/m3xd) <•> (g/m~d) Sc1rpus 76 7.5 5.7 Phragm1tes 60 8.0 4.8 Typha 50 7.0 2.1 (a) Oxígeno disponible por unidad de volumen contado en la zona de raíces. (b) Oxígeno disponible por unidad de área superficial de lecho de 0.76 m de profundidad. Fuente: Lara (1999) 4.1.4. Tipos de humedales artificiales Existen dos tipos de humedales artificiales: a. Humedales artificiales de flujo supeñicial (HAFS) Son sistemas de tratamiento secundario o avanzado en los cuales el agua residual se encuentra en contacto con la atmósfera y constituye la fuente principal de oxígeno para la aireación, por lo que, predominan las zonas aeróbicas que favorecen los mecanismos de remoción de contaminantes (Villaroel , 2005). Consisten en lagunas o canales de profundidad variable (0.40 - 1.58 m), con alguna clase de barrera subterránea que impermeabilizará la base para evitar la infiltración del agua residual, presencia de un sustrato que sirva de soporte para la vegetación emergente (flotante o parcialmente sumergida) y un afluente (agua residual pretratada) con una profundidad relativamente baja (0.1 - 0.6 m) que atraviesa la unidad (Llagas & Guadalupe, 2006; Miglio, 2003). Este afluente es alimentado mediante un flujo horizontal continuo y el tratamiento se produce mediante su circulación a través de los tallos y raíces de la vegetación emergente (Lara, 1999) . Según Osnaya (2012), la vegetación común para este tipo de humedales incluye carrizos, juncos, totora, juncias, jacinto de agua y lenteja de agua. Esta clase de sistemas se pueden diseñar con el objetivo de creación de nuevos hábitats para la fauna y flora, o para mejorar las condiciones de terrenos pantanosos naturales. Se reportan porcentajes de remoción relativamente alto para diferentes contaminantes. De esta manera, Rodriguez, citado por Osnaya (2012), reporta valores de remoción como: 96% para sólidos suspendidos totales (SST), 96% para demanda bioquímica de oxígeno (DBO), 87% para demanda química de oxígeno (DQO), 40% para nitrógeno total (N-total) y 30% para fósforo total (P-total). 19 Figura IV-2 Humedal Artificial de Flujo Superficial (HAFS) Fuente: García & Corzo (2008) b. Humedales artificiales de flujo subsuperficial (HAFSS) Estos sistemas se diseñan con el objeto de proporcionar tratamiento secundario o avanzado para aguas residuales. Es importante que en este tipo de sistemas se lleve a cabo un tratamiento previo de las aguas residuales para remover sólidos gruesos que pueda contener, con el objetivo de evitar problemas de obstrucción en el sustrato y la consecuente afectación que esto pueda tener sobre el funcionamiento de sistema (Osnaya, 2012). Estos humedales consisten en canales, lagunas o zanjas excavadas impermeabilizadas en la base - para evitar infiltraciones - y rellenadas con un sustrato de material granular poroso (generalmente grava) sobre el cual se siembran especies vegetales (Estrada, 201 O; Lara, 1999). Como refiere Sánchez (2011 ), el sustrato es el principal elemento, ya que, en este medio ocurren procesos como la sedimentación del material en suspensión, degradación de la materia orgánica, transformación y asimilación de nutrientes, además de la neutralización de patógenos. El humedal se alimenta con un agua residual pre-tratada que ingresa mediante un flujo subsuperficial, es decir, por debajo de la superficie del sustrato y se mantiene así durante todo el tratamiento. Según Miglio (2003), la profundidad del flujo de agua oscila entre 0.40 a 0.70 m. Al atravesar el sustrato, el afluente (agua residual pre-tratada) forma una película microbiana o biopelícula adherida a la superficie de este y se pone en contacto con las raíces de las plantas. Gracias a la actividad de los microorganismos -que se encuentran en la película microbiana- y a las condiciones aeróbicas brindadas por las raíces de las plantas se pueden remover ciertos contaminantes como patógenos y materia orgánica. En estos sistemas, al no presentar flujo de agua en la superficie se evitan ~os problemas de mosquitos que se pueden presentar con los HAFS, tampoco existen inconvenientes con el acceso público, ni problemas en climas fríos, ya que, la capa de sustrato le presta una mayor protección térmica (Lara, 1999). 20 Según Sánchez (2011 ), los HAFSS se pueden clasificar, de acuerdo a la dirección de su flujo, en dos tipos: b.1. Humedales Artificiales de Flujo Subsuperficial Horizontal (HAFSSH) Son los sistemas más conocidos y utilizados. Se desarrollaron por primera vez en Alemania, en la década del 60', por el profesor Kickuth de la Universidad de Kassel. Consisten en zanjas excavadas o canales que se diseñan con el objetivo de proporcionar tratamiento secundario y terciario a las aguas residuales. Estas zanjas se construyen con una ligera pendiente entre la entrada y la salida (0.5 - 1% ) para que se garantice un flujo de agua constante y tienen una profundidad que varía entre 0.45 a 1 m (Delgadillo et al., 2010). Son impermeabilizadas, luego rellenadas con un material granular poroso, denominado sustrato, que sirve de soporte para la vegetación emergente, y a través del cual circula el agua residual pre-tratada (afluente), manteniendo su nivel por debajo de la superficie del sustrato. Tal como refiere García & Corzo (2008), el afluente se encuentra entre 0.05 a 0.1 m por debajo de la superficie del sustrato, esto se logra regulando el nivel de la tubería de salida del efluente tratado. El afluente ingresa en forma permanente por la parte superior del lado lateral del humedal y el efluente tratado es recogido por un tubo de_ drenaje, ubicado en la parte opuesta inferior (ver Figura IV-3). Es importante considerar que el afluente no ingresa directamente al sustrato principal (cuerpo del humedal), sino que lo realiza a través de una zona de amortiguamiento, compuesta generalmente por grava de mayor tamaño, por la cual el flujo se distribuye uniformemente por todo el lecho. De igual forma, el tubo de drenaje es rodeado por grava del mismo tamaño que la utilizada al inicio, según Delgadillo et al. (201 O) su diámetro varía entre 50 a 100 mm. Se mantiene un flujo horizontal constante del afluente, que es tratado a medida que atraviesa el sustrato poroso, las raíces y rizomas de las plantas por procesos de filtración y absorción por acción de las plantas; filtración, sedimentación y adsorción en el sustrato, y por último, degradación microbiológica. Como estos HAFSSH siempre se mantienen inundados, se debe realizar seguimiento constante, ya que, se pueden producir efluentes con malos olores, lo que indica que algunos procesos bioquímicos no se llevaron a cabo por la ausencia de oxigeno, por lo que, se produce un efluente de mala calidad. Morel y Diener, citados por Hoffman, Platzer, Winker & Von Muench (2011), reportan eficiencias de remoción: 80-90% para DBO, 80-95% 21 para SST y 15-40% para N-total. Además, menciona que la eficiencia de remoción de fósforo depende de las propiedades del sustrato, longitud del humedal y tiempo de retención. Según García & Corzo (2008), el tipo de vegetación utilizado para este tipo de sistema incluye a carrizos, espadaña y junco. Figura IV-3 Sección transversal de un HAFSSH ~ttíbutrOB zone (grave~ Fuente: Hoffman et al. (20 11) b.2. Humedales Artificiales de Flujo Subsupeñicial Vertical (HAFSSV) Estos sistemas se caracterizan por tener un flujo de ingreso vertical e intermitente. Consisten en zanjas o lechos que se encuentran rellenados por un sustrato de profundidad entre 0.5 a 0.8 m y de tipo heterogéneo, ya que, se disponen en tres capas horizontales de distinta granulometría que se incrementa con la profundidad del lecho. Así, García & Corzo (2008), indica que la capa más superficial es de arena gruesa, la intermedia de grava y la del fondo de grava gruesa, de manera que, el paso del afluente por el lecho no sea excesivamente rápido ni lento. En este sustrato se siembra la especie vegetal emergente. El afluente ingresa mediante un flujo vertical descendente (de arriba hacia abajo) a través de un sistema de tuberías dispuestas sobre la superficie en forma radial o a lo largo del lecho (ver Figura IV-4). El afluente se infiltra a través del sustrato, distribuyéndose mejor en toda la altura del sustrato y mejorándose el contacto del afluente con las raíces de las plantas. Y el efluente tratado se recoge mediante redes de tuberías perforadas situadas en el fondo y a lo largo del lecho. La aplicación del afluente se efectúa de forma intermitente para preservar y estimular al máximo las condiciones aeróbicas, adicionalmente, se suele 22 colocar tuberías de aireación con salida al exterior para mejorar las condiciones aeróbicas en el sustrato, y así favorecer los procesos de degradación aeróbica y la nitrificación. Los sistemas de flujo vertical tienen una mayor capacidad de tratamiento que los horizontales y requieren una menor superficie para tratar determinada carga orgánica. Sin embargo, son más susceptibles a la colmatación (Sanchez, 2011). Este tipo de humedal no ha sido muy investigado, sin embargo, Ridderstolpe, citado por Hoffman et al. , (2011 ), reporta eficiencias de remoción de: 90-99% para DBO, 90-99% para SST, 40-60% para el N- total. Al igual que los HAFSSH, la eficiencia de remoción de fósforo dependerá de las propiedades del sustrato, longitud del humedal y el tiempo de retención. Figura IV-4 Esquema en corte de un HASSFV Distrlbutlon pipes Fuente: Hoffman etal. , (2011) 23 Figura IV-5 Esquema de la sección transversal de un HASSFV lnret Fuente: Fehr, 2003, tomado de Hoffman et al., (2011) 4.1.5. Mecanismos de remoción de nutrientes en HAFSS a. Mecanismos de remoción de nitrógeno El nitrógeno en aguas residuales domésticas se encuentra en forma de nitrógeno amoniacal (NH:YNH4 +) y nitrógeno orgánico (N-org). Usualmente no se encuentra en concentraciones significativas los nitratos (N03-) y nitritos (N02-), a menos que, sea un agua residual procedente de fuentes industriales como farmacéuticas, alimentarias, de fertilizantes, entre otras. Se debe considerar que el afluente a tratar en los sistemas de humedales artificiales provienen tratamientos previos como sistemas de pre- tratamiento y tratamiento primario, por esa razón, las formas de nitrógeno que predominan en estos afluentes son N-org y N-amoniacal. El N-org que ingresa al humedal está asociado a material particulado como sólidos en suspensión presentes en el afluente. Y su descomposición o mineralización es relativamente rápida, transformándose a N-amoniacal e incrementando su concentración en el afluente. Entonces, la mayor parte del nitrógeno que ingresa al humedal, está presente en forma N-amoniacal o en forma de un compuesto inestable que es fácilmente transformado a N-amoniacal. Generalmente, todo el nitrógeno amoniacal se convierte en amonio o ión amonio (NH4 +) mediante el proceso de amonificación. En ese sentido, la remoción del nitrógeno estaría asociada a la remoción del NH/. Por lo que los principales mecanismos de eliminación de nitrógeno son la nitrificación seguida por la desnitrificación. 24 N itrificación La nitrificación es realizada por las bacterias autótrofas aeróbicas (nitrificantes) que transforman el amonio (NH4 •) a nitrato (N03-) por oxidación (ver ecuación ec. 1). Como menciona Lara (1999), el proceso de nitrificación se lleva a cabo cuando se tienen condiciones aeróbicas, la suficiente alcalinidad, la temperatura adecuada y después de que la mayoría de la 080 ha sido removida, para que las bacterias nitrificantes puedan competir con las bacterias heterótrofas por el oxigeno disponible. Sin embargo, la condición limitante para este proceso es la disponibilidad de oxígeno. En ese sentido, Sánchez (2011) reporta que se requiere 4.6 mg de oxígeno para oxidar cada mg de NH/. Rexford, citado por Miglio (2003), adiciona que la concentración de oxígeno disuelto en el agua residual se debe encontrar entre 0.6 a 1 mg/L, asimismo que la temperatura del agua residual es influyente, debiendo ser su valor superior a 10°C. La disponibilidad de oxígeno está relacionada con la eficiencia en la transferencia de oxigeno atmosférico en los humedales artificiales. En el caso de los humedales artificiales de flujo subsuperficial (HAFSS), el oxígeno es suministrado por las raíces de la planta, entonces la transferencia de oxígeno va a depender de la profundidad de sus raíces. Así, la eficiencia de remoción del nitrógeno está asociada a la profundidad de penetración de las raíces, por lo que, en el diseno de este tipo de humedal se debe considerar que la profundidad del sustrato o Jecho filtrante debe ser igual a la profundidad de penetración potencial de las raíces. En Jos humedales artificiales de flujo subsuperficial vertical (HAFSSV) se tienen muy buenos rendimientos de conversión del N-amoniacal a nitrato por el carácter aeróbico de la gran parte de su sustrato. Varios autores reportan que el porcentaje de remoción de N-amoniacal llega hasta 90%. Desnitrificación Es un proceso por el cual se remueven los nitratos (N03' ) formados previamente en la nitrificación. Este proceso se lleva a cabo bajo condiciones anaeróbicas, siendo las bacterias anaerobias encargadas de transformar el N03- en compuestos gaseosos como el óxido de nitrógeno (N20) y el nitrógeno molecular (N2) que se liberan a la atmósfera. Ocurre en dos etapas, en la primera el N03- se reduce a N20 , posteriormente, el N20 es reducido a N2 atmósfera (ver ecuación ec. 2). A pH bajos, la segunda etapa de la desnitrificación se inhibe, liberándose todo el nitrógeno en forma de gas N20 a la atmósfera, siendo el N20 un gas de efecto invernadero, por lo que, el pH del agua residual debe 25 mantenerse por encima de 6, de manera que el mayor porcentaje de nitrógeno sea liberado en forma de gas N2 (Silva, 2009) Este proceso se lleva a cabo cuando existen condiciones anaeróbicas, una adecuada fuente de carbono y de temperatura. En general, las condiciones anaeróbicas están garantizadas en muchos humedales artificiales, y la temperatura del agua depende de las condiciones meteorológicas del lugar, así que la disponibilidad de una adecuada fuente de carbono es un factor limitante en la desnitrificación. Lara (1999) menciona que la fuente de carbono en los humedales artificiales está en forma de DBO, estimando que se requieren entre 5 a 9 g de DBO para desnitrificar 1 g de N03-. Los HAFSSV tienen dificultades para eliminar el N03-, reportándose porcentaje de remoción entre 30 - 40%. Sin embargo, la remoción de nitratos puede incrementarse proporcionándole condiciones anaeróbicas al humedal y mayores tiempos de retención. Otros mecanismos para la remoción de nitrógeno es la asimilación de amonio o nitrato por parte de la planta, principalmente en forma de ion amonio (NH4+ ) porque es el más abundante. En nitrógeno se incorpora a la biomasa, eliminándose entre 1O - 20%. Sin embargo, es importante considerar que al morir las partes aéreas de la planta, durante su senescencia anual, el nitrógeno puede retornar al humedal, por este motivo se recomienda podar la vegetación justo antes de este período. Además, se puede remover el nitrógeno por adsorción directa al sustrato, volatilización del amonio y asimilación microbiana, siendo estas de poca importancia. b. Mecanismos de remoción de fósforo El fósforo presente en el agua residual, lo encontramos en tres formas: como ortofosfato, polifosfato y fosfato orgánico. Siendo el último, un constituyente menor del agua residual y como los polifosfatos requiere una posterior descomposición a una forma más asimilable como lo son los ortofosfatos. Entonces, se considera que la mayoría de fósforo se encuentra en forma de ortofosfatos (Pol-, HPoi-. H2P04-, H3P04), representando entre el 50 - 70% del fósforo total en el agua residual. La remoción de fósforo en estos sistemas es complicado, ya que, no es fácilmente degradable por acción microbiológica. Los ortofosfatos se pueden remover en una pequeña cantidad por captación o asimilación por parte de la planta, los autores estiman que se puede remover hasta un 10% durante su crecimiento. Otra forma, que es la principal, es por adsorción en la superficie del sustrato. Este mecanismo de remoción se disminuye durante la vida útil del HAFSS, debido a que su capacidad de adsorción disminuye con el tiempo porque se van limitando los sitios de adsorción en el sustrato. Es por eso, que se recomienda 26 reemplazar el sustrato cuando la remoción sea muy baja, sin embargo, este procedimiento no es económicamente viable (Hoffmann, Platzer, Winker, & Von Muench; 2011 ). Además, Sánchez (2011) menciona que se han realizado investigaciones en las cuales se adiciona sales de aluminio y hierro en conjunto para remover mayor cantidad de fósforo mediante la precipitación, no obstante, no es del todo recomendable la utilización de estas sales ya que se puede formar otras sustancias más tóxicas como sulfuro de hierro. García & Corzo (2008), afirma que para los HAFSS se suelen eliminar entre el 1O - 20% del fósforo. Sin embargo, Pena, Van Ginneken & Madera (2003) reporta valores de remoción para HAFSSV entre 30 - 50%. 27 4.1.6. Typha domingensis Pers. (totora) a. Generalidades Typha domingensis Pers. es una planta acuática monocotiledónea perteneciente a la familia Typhaceae, conocida comúnmente como "Totora" o "Anea", distribuida geográficamente en América del Sur, del Norte y del Centro (Salas, 2009). Es propia de ambientes lénticos de agua dulce como lagos, presas, pantanos, zonas inundadas, y de ambientes lóticos como manantiales, zanjas y canales. Sin embargo, se conoce que en condiciones de baja calidad, es predominante, ya que desarrolla mayor talla y tiene mayor exigencia de calidad de agua (Curt, 2012b). Esta especie pertenece a climas templados o templado-fríos, el rango de temperatura en el que se desarrollan se encuentra entre 10 °C y 30°C. Florece y fructifica durante todo el año (Raúl, 2012). Es una planta robusta, la vaina de su hoja está abierta en su extremo superior y en la parte interna se observan a simple vista glándulas mucilaginosas oscuras. No presenta aurícolas marcadas. La lámina es de color verde pálido a amarillento, y es estrecha. Su anchura es de 5 - 12 mm. Sus flores femeninas presentan escamas estériles, de color marrón claro, translúcidas, frágiles y de forma ovobada-apiculada. La inflorescencia femenina es estrecha y de color canela (Curt, 2012b). En el Perú, se encuentra ampliamente distribuida Amazonas, Ancash, Cajamarca y Lima (MINAM, 2013). Asimismo, se distribuye en los humedales costeros del Perú, y es la especie dominante de la asociación vegetal Totoral del Refugio de Vida Silvestre "Pantanos de Villa" (Aponte & Ramírez, 2011; INRENA., 1998) b. Características moñológicas Es una hierba enraizada, emergente y de ciclo de vida perenne o anual en condiciones desfavorables, que llega a tener hasta 4 m de altura, de los cuales al menos la mitad está sumergida bajo el agua y la otra parte se encuentra por encima de la superficie; y una profundidad de raíces de 30 cm (Mufarrege, 2012; Vibrans, 2009). Posee hojas carnosas de longitud variable, que a veces sobrepasan la altura inflorescencia o espiga, esas hojas son acintadas e tienen de 40 - 120 cm de largo por 0.5 - 2 cm de ancho, con la cara superior plana y la inferior ligeramente convexa. Sus vainas foliares están provista de abundantes glándulas mucilaginosas de color pardo distribuidas por toda la parte interna. Presenta inflorescencias espiciformes de color pardo claro, con una o más brácteas foliáceas caedizas y raquis secundarios subpiramidales, de 0.4 - 1 mm, escalariformes, a veces truncados. La inflorescencia masculina, denominada espiga cónica, es de 28 - 39 cm de largo y de 1.3 - 2.4 cm de ancho, está separada de la femenina por una porción desnuda del eje de 1 28 - 6 cm; mientras que, la inflorescencia femenina (espiga femenina cilíndrica) es de 32-41 cm de largo y 1.4 a 1.9 cm de diámetro. Las flores masculinas presentan bractéolas de 3-4 mm, las cuales son de filiformes a espatuladas, simples a ramificadas, algunas veces con incisiones que forman segmentos largos, frecuentemente coloreadas por puntos pardos oscuros en el ápice, de 2.5 a 3.5 mm de largo; asimismo presenta entre 1 - 5 estambres -total o parcialmente soldados en la base -, filamentos de 2 - 4 mm de largo, anteras de 1.6- 3.5 mm de largo y 0.1 - 0.2 mm de ancho, con el ápice del conectivo variable, de obtuso hasta apiculado, y polen en mónadas. De la misma manera, las flores femeninas presentan entre 1 -4 bractéolas largas y delgadas de 4 - 8 mm por flor, con la parte superior rómbica acuminada en el ápice, más largas que los pelos del ginóforo (estructura que levanta el ovario); las bractéolas, en su mayor parte son translúcidas y con algunas células de color naranja pardusco; además presentan ovario fusiforme (con extremos que se alargan y la parte media ancha) de 0.7- 1.5 mm, con ginóforo provisto de números pelos dispuestos en varios verticilos que sobrepasan los estigmas, estos ginóforos son lineares con células aisladas de color naranja pardusco; su estigma es linear y filiforme en el ápice, de color pardo claro y largo de 0.5 - 1.5 mm; y su fruto fusiforme de 1 - 1.5 mm de largo (Castroviejo et al. , 1986; Raúl & Santamarla, 2012; Vibrans; 2009). 29 Figura IV-6 Características morfológicas de la Typha domingensis Pers. b ·.:: ,.; • r" si -1 Fuente: Vibrans (2009) Nota: a} hábito, b) cara adaxial de la vaina foliar, e) flor masculina. d) bractéolas masculinas, e} flor femenina, f) bractéolas femeninas. c. Ciclo de desarrollo Como se indicó anteriormente, la totora es una planta herbácea perenne. Su carácter perenne se debe a que poseen un sistema radicular rizomatoso perenne, pero el ciclo de desarrollo de la planta es anual. En la primavera tardía, época favorable, la planta brota a partir de yemas ubicadas en los rizomas, y se desarrolla hojas nuevas. La asimilación fotosintética permite la producción de carbohidratos que redundan en el desarrollo de un tallo subterráneo rastrero, formación de nuevos rizomas y almacenamiento de carbohidratos de reserva por engrosamiento de los rizomas. En verano, la totora emite un tallo aéreo, generalmente sin hojas, que lleva en su extremo inflorescencias. Los frutos maduran aproximadamente un mes más tarde. En otoño, la parte emergente de la planta senesce y toda la parte aérea se seca. La diseminación de los frutos se produce más tarde, 30 generalmente a lo largo del invierno; es entonces cuando los "puros", adquieren un cierto aspecto canoso, debido a que los pelos que acompañan a los frutos quedan a la vista. En la siguiente primavera se inicia un nuevo ciclo con el brote, desde los rizomas, de nuevas hojas. Con la sucesión de ciclos anuales de desarrollo, la planta va colonizando poco a poco nuevas áreas del humedal, dando lugar en la parte arraigada en el sustrato, a un denso entramado de rizomas y raíces, y en la parte emergente, a una agrupación espesa de hojas y tallos en la que no pueden distinguirse plantas individuales. Por esta razón, las totoras siempre aparecen en los humedales formando colonias densas, en cuyo interior difícilmente crece otra especie vegetal; además tienen el aspecto de monocultivos rodeados de una franja en la que aparecen otras plantas acuáticas e higrófitas (Curt, 2012b). d. Estructuras vegetativas La totora posee las siguientes estructuras vegetativas: d.1. Raíz Las raíces de la totora por su origen son adventicias y se originan a partir de rizoma maduro y está conformado, principalmente, por raíces secundarias, que forman penachos delgados. Su función es brindar anclaje a la planta en el fondo del sustrato, su desarrollo es horizontal, y crece de manera paralela a la superficie del suelo. Su diámetro varía en torno a 1m m de grosor en función a la edad de la planta y al medio de suelo donde crece (ABLT , 2001 ). d.2. Rizoma Esta estructura es un tallo modificado o tallo subterráneo que se desarrolla inmediatamente después de la raíz y también crece de manera paralela a la superficie del suelo. Su estructura interna está compuesta por un cilindro central con muchos haces libero-leñosos. Su corteza es de color blanco, con nudos a cada 2 a 6 cm, desde donde brotan las yemas que posteriormente se convierten en tallos. Los rizomas acumulan gran cantidad de sustancias de reserva, las que permiten a las plantas de totora mantenerse durante los períodos de sequía (estado de latencia), así como, en épocas favorables, las yemas aprovechan esas reservas para germinar. Los rizomas y las yemas se encuentran protegidas por unas hojas modificadas de color marrón claro amarillo, a manera de escamas (catáfilas) (ABLT , 2001; Osnaya, 2012). Los rizomas pueden tener diferentes denominaciones según el grado de madurez como siphi, sacca, etc. Considerando estas características, se ha detectado la presencia de diferentes tipos de rizomas o tallos subterráneos, de acuerdo a su edad y forma, cuyas características son: 31 • Rizoma maduro: Presenta una coloración café marrón brillante denominado comúnmente como "saphi" o "sippi", caracterizándose por poseer una capa lignificada y un cilindro central, en donde se encuentra muchos haces libero leñosos, dispuestos en círculos concéntricos con una corteza de color blanco, y cuando llega a envejecer toma una coloración marrón oscuro acumulando gran cantidad de sustancias de reserva. • Rizoma joven o fiemo: Presenta coloración blanca, llamado "sacka" o "sacca", posee los tejidos vegetales de un rizoma adulto pero no presenta coloración, además de no acumular sustancias de reserva. Este tipo de rizoma es utilizado como alimento humano, debido al alto contenido de niveles de yodo. • Rizoma del ápice: Es la parte terminal, apical del tallo subterráneo que no posee raíces adventicias, presentando un tejido meristemático con una coloración mayormente blanquecina que se encuentra en constante crecimiento, constituyendo así la base de la expansión de la totora (ABLT , 2001 ). d.3. Tallos Varían de 1 m a 4 m, erectos, remotos o próximos entre sí. Son lisos, trígonos, verde-amarillentos cuando secos. Presentan vainas foliares pardo oscuro, sin láminas (Osnaya, 2012). De acuerdo a su ubicación, se clasifica en dos partes: • Tallo aéreo: Parte del tallo que sobresale del agua, es de color verde intenso debido a la clorofila que contiene. En su interior presenta tejido parenquimatoso clorofllico (tejidos simples no diferenciados). Su sección varía de forma de triangular a circular, dependiendo de la edad de la planta, situación climática, nutrientes del sustrato de fondo, entre otros. La parte fuera del agua presenta un tejido parenquimático denominado "aerénquima" que no tiene color y contiene grandes espacios intercelulares llenos de aire, que facilita la flotación en el agua y la llegada de aire a los órganos sumergidos. Es importante señalar que el tejido parenquimático, desarrolla funciones de almacenamiento, respiración y en algunos casos realiza la fotosfntesis. • Tallo sumergido: Nace en el rizoma maduro y alcanza hasta el nivel de agua, tiene una parte blanquecina (por falta de clorofila) denominada "chullo" que almacena disacáridos y se usa como alimento humano. En su conjunto, los tallos pueden crecer de 30 cm a 100 cm de altura aproximadamente, cada 4 meses, este crecimiento está en función del sustrato, hábitat y ambiente, pudiendo alcanzar alturas de 2 a 6 metros. 32 El tallo que se encuentra sumergido, contiene clorofila, pero en la parte basal tiene una coloración blanquecina, denominada comúnmente como "chullo", debido principalmente a que en esa parte no inciden los rayos solares. Almacenan disacáridos que le dan un sabor dulce y agradable (ABLT, 2001; Osnaya, 2012). d.3. Inflorescencia La totora tiene la inflorescencia tipo umbela, caracterizada porque las primeras ramificaciones dan lugar a su vez a otras umbelas pequeñas y la umbelilla dispuesta en sus ejes terminales. Tiene un número variable de flores, en el que cada eje terminal está cubierto de una bráctea escamosa de color café oscuro de 3 a 5 mm, de longitud. La flor está rodeada por un conjunto de hojas pequef\as que rodean a los verticilos fértiles de las flores, y carecen de sépalos y pétalos. En sus verticilos externos está representada por 4 escamas que hacen las veces de un perigonio haploide en algunas dicotiledóneas. El perigonio es tetrámero actinomorfa; el androceo está dispuesto en dos verticilos, las escamas son semejantes a las glumillas de las gramíneas y finalmente se observa el último verticilo floral. Una vez madura la inflorescencia, forma la semilla que por acción del viento cae al agua, dando lugar posteriormente a una nueva planta de totora como acción de una regeneración natural de la totora, siempre y cuando las condiciones naturales y antrópicas lo permitan (ABLT, 2001). 33 Figura IV-7 Estructuras vegetativas de la totora (Typha domingensis Pers.) -f~r¡ÑI-M-!t. .- ~-/ ; j .• Inflorescencia femenina Hojas a cintadas ~ Corte transversal del rizoma Rizoma Fuente: Adaptado de Proosdij (2011) 34 e. Mecanismos de remoción de contaminantes En las plantas, la remoción o eliminación de los contaminantes se realiza mediante mecanismos de fitorremedación. La fitorremediación se define como el uso de plantas verdes para eliminar o reducir la peligrosidad de los contaminantes. Es una de las técnicas biológicas que más atención ha recibido y que tiene como objetivo degradar, asimilar, metabolizar o desintoxicar metales pesados, compuestos orgánicos y compuestos radioactivos por medio de la acción combinada de plantas y microorganismos con capacidad fisiológica y bioquímica para absorber, retener, degradar o transformar sustancias contaminantes a formas menos tóxicas (Vera, 2008). La aplicación de la fitorremediación presenta algunas limitaciones, tales como, la profundidad de penetración de las raíces, la fototoxicidad en áreas fuertemente contaminadas, los tiempos de proceso prolongados con respecto a otras técnicas de remediación y la biodisponibilidad de los compuestos que pueden limitar la captación (López, Gallegos, Pérez & Gutiérrez, 2005). Entre los mecanismos se presentan: • Fitoextracción: Consiste en la absorción de contaminantes por las raíces, es la capacidad de las plantas para acumular contaminantes en sus raíces, tallos o follajes. Este mecanismo ha sido ampliamente estudiado en plantas que acumulan metales. • Rizofiltración: Se basa en la utilización de plantas crecidas en cultivos hidropónicos, se prefieren raíces de plantas con alta tasa de crecimiento y área superficial para absorber, adsorber, concentrar y precipitar contaminantes. • Fitoestimulación: También denominada rizodegradación, en este mecanismo las plantas generan los exudados radiculares que estimulan el crecimiento de los microorganismos nativos capaces de degradar compuestos orgánicos. • Fitoestabilización: Es un mecanismo que utiliza a la planta para desarrollar un sistema denso de raíces que le permite reducir la biodisponibilidad y la movilidad de los contaminantes evitando el transporte a capas subterráneas o a la atmósfera. • Fitodegradación: Consiste en la transformación de los contaminantes orgánicos en moléculas más simples. En determinadas ocasiones, los productos de la degradación le sirven a la planta para acelerar su crecimiento, en otros casos los contaminantes son biotransformados. • Fitovolatilización: se produce a medida que las plantas en crecimiento absorben agua junto con los contaminantes orgánicos 35 solubles. Algunos de los contaminantes pueden llegar hasta las hojas y evaporarse o volatilizarse a la atmósfera (López et al., 2005). En el caso de la especie utilizada, totora, el mecanismo principal que utiliza para remover nutrientes es la fitoextracción, mediante el cual sus raíces y rizomas captan una concentración determinada de los nutrientes presentes en el agua residual, es decir, absorben los nutrientes en su forma aniónica y lo acumulan en sus estructuras vegetativas: tallo y hojas como biomasa, que es utilizada por la planta para su desarrollo, y también puede eliminarse mediante la cosecha de las hojas marchitas (Mufarrege, 2012). Asimismo, gracias a la epidermis delgada que presentan sus hojas y a los grandes espacios intercelulares del tejido aerénquima, existe una transferencia de oxígeno desde sus hojas hasta la raíz, liberando así oxígeno al medio acuoso y creando un microambiente aerobio alrededor de su zona radicular. Este microambiente estimula el desarrollo de microorganismos aerobios responsables de la degradación de contaminantes como materia orgánica y nutrientes, de modo que se disminuye la carga contaminante del sistema (Curt, 2012a). Figura IV-8 Mecanismos de remoción de nutrientes de la totora Cosecha i acumulación de nutrientes en partes +-- aéreas de la totora transferencia de oxígeno +- desde sus hojas hasta raíz fitoextracc:ión de nutrientes por raíces y rizomas Fuente: Adaptado de Mufarrege (2012) 36 4.2. MARCO ESPACIAL La empresa Esmeralda Corp S.A.C, fundada hace treinta anos, se localiza en el Km 18.5 Autopista Panamericana Sur s/n Villa Baja - Chorrillos, cerca del cruce entre la Av. Huaylas y Panamericana Sur, en las coordenadas UTM 320984 Este y 8649589 Norte (zona 18 S), a una altitud de 13 m.s.n.m (ver Figura IV-9). Esta empresa se dedica a brindar servicios de almacenamiento de productos congelados, fríos y secos; alquiler de espacios, al proceso de productos cárnicos e hidrobiológicos, entre otros. Actualmente, en las instalaciones de la Esmeralda Corp S.A.C. se han instalado diferentes empresas destinadas a sectores productivos como agroindustrial, hidrobiológico (procesamiento de pota}, frigorífico e industria cárnica. En las instalaciones de la empresa Esmeralda Corp S.A.C también se encuentra ubicada la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) (ver Figura IV-10). La PTAR comenzó a operar los primeros meses del año 2011, encontrándose siempre en proceso de implementación continua. Se encarga de tratar las aguas residuales provenientes de las diferentes actividades productivas desarrolladas dentro de las instalaciones de la empresa, de modo que, se reduzcan los impactos ambientales negativos que se puedan generar, haciendo uso de metodologías que le permitan cumplir con la normativa vigente como los Límites Máximos Permisibles referentes a efluentes industriales y los Estándares Nacionales de Calidad Ambiental para Agua (ECA-Agua). En la PTAR, los efluentes se tratan en cuatro unidades de tratamiento, donde se aplican procesos fisicoquímicos y biológicos bajo condiciones anaerobias y aerobias, según el orden que se describe: (i) unidades de pre-tratamiento (tamiz tornillo, caja de registro y cámara de bombeo), para la remoción de materiales gruesos que puedan afectar a la eficiencia del tratamiento; (ii) tratamiento primario (flotación por aire disuelto - DAF), mediante el cual se remueven los sólidos suspendidos, aceites y grasas a través de un proceso fisicoquímico conocido como la coagulación y floculación; (iii) tratamiento secundario (reactor secuencial de tandas), que es sistema de lodos activados donde se homogenizan los caudales y se remueve materia orgánica principalmente a través de procesos biológicos; y (iv) tratamiento terciario (reactores biológicos de membrana), es un tratamiento de ultrafiltración para la remoción de mayores cantidades de materia orgánica y sólidos muy finos (ver Anexo 1: Diagrama de flujo) . La empresa Esmeralda Corp S.A.C., incluyendo la PTAR, se encuentra dentro del área de amortiguamiento del Refugio de Vida Silvestre "Pantanos de Villa" (RVSPV}, por lo que, sus actividades podrían a influenciar significativamente a esta área natural, al ambiente y también a la población circundante. Al encontrarse dentro del área de amortiguamiento va a presentar características físicas similares. En ese sentido, el tipo de suelo que presenta es franco arenoso, de drenaje pobre y afloramiento de la napa freática muy cerca de la superficie. Su textura es moderadamente gruesa, son pocos profundos debido al drenaje imperfecto, presentan escurrimiento superficial 37 lento, con problemas de excesiva salinidad (mayor a 16 mS/cm), susceptibles a inundación y profundidad efectiva de raíces de 65 cm. El clima que presenta la zona es típico de la costa central, con precipitaciones que alcanzan un promedio anual de 60 mm. Su temperatura media anual es de 18.6°C, y las temperaturas máximas y mínimas de 22.5°C y 15.7° respectivamente. La humedad relativa fluctúa entre 85 y 99%. Se encuentran integrado al sistema hidrológico del rfo Rfmac, a través del acuffero Ate-Surco-Chorrillos, en una depresión natural que permite el flujo de aguas del acuífero -que a su vez se recarga de las aguas del lecho del río Surco, de infiltraciones por el riego de las áreas circundantes (agrícolas, jardines y parques) y de la red de canales-. Esto se manifiesta en la formación de puquiales u ojos de agua en las cotas ligeramente más altas, encontrándose siete (07) puquios en la zona de Villa Baja, donde se encuentra ubicada la Planta de Tratamiento. 38 Figura IV-9 Imagen satelital de la ubicación y vista de la empresa Esmeralda Corp S.A.C. (Chorrillos) 39 Figura IV-10 Ubicación y vista de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) de la empresa Esmeralda Corp S.A.C. 40 4.3. MARCO TEMPORAL La presente investigación se desarrolló entre los meses de agosto del 2013 hasta agosto del2014. 4.4. MARCO HISTÓRICO La utilización de humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales se remonta a principios del siglo XX, a pesar que su concepto se desarrolló mucho antes. Antiguas civilizaciones como China y Egipto descargaban sus aguas residuales en humedales naturales, pues las concibieron como mejores receptores de las aguas residuales, por desempef\ar un papel purificador importante (Brix, 1995). Esta tendencia conllevó a que muchos humedales o pantanos se saturaran de nutrientes, y posteriormente, se degradaran ambientalmente, toda vez que estos lugares fueron utilizados como sitios de descarga de las aguas residuales y no como tratamiento. Según Kadlec & Knight (1996), desde el año 1912, los humedales naturales se han utilizado probablemente para la disposición de aguas residuales (EPA, 2000), Sin embargo, investigaciones acerca del uso de humedales artificiales o wetlands para el tratamiento de aguas residuales señalan que se inició en Europa, en la década de 1950. En 1953, la Dr. Kathe Seidel realizó investigaciones en el Instituto Max Planck (Alemania) sobre la remoción de metales pesados e hidrocarburos (fenal y sus derivados) de aguas residuales usando humedales artificiales y como vegetación emergente Schoenoplectus lacustris (L.) Palla Ounco de laguna) (Brix, 1995). Las investigaciones realizadas por la Dra. Seidel resultaron en el desarrollo de un sistema conocido como "Max Planck lnstítute Process" o "Sistema Krefekd', que conlleva al desarrollo de varias etapas sucesivas utilizando macrófitas como plantas emergentes (Brix, 1995; CENAGUA, 1999). Asi mismo, en 1963, el Dr. Kikuth del Instituto für Bodenkunde de la Universidad de Góttingen, diseñó un sistema de tratamiento de flujo horizontal subsuperficial denominado 'The root zone method'. Este sistema se encargaba de remover nutrientes y sólidos suspendidos de aguas residuales domésticas, usando como sustrato un suelo arcilloso ~ue contenfa aditivos de calcio, hierro y aluminio para mejorar la estructura del suelo y la capacidad de precipitación de fosfatos- y como vegetación emergente Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud (carrizo o caña común) (Brix, 1995; CENAGUA, 1999; Estrada, 2010). Inicialmente, este sistema fue muy popular en Europa e Inglaterra y se construyeron cientos de estos; desafortunadamente, hubo problemas con el funcionamiento del sistema, ya que, el sustrato no era lo suficientemente permeable y poroso para permitir que el agua fluya de manera adecuada. Debido a eso, se presentó una elevada resistencia hidráulica y se demandó velocidades de flujo más bajas, limitando así el caudal a tratar. A fin evitar este problema, actualmente es utilizado como sustrato la grava, siendo más recomendable para cargas hidráulicas altas (Arias, 2004; Strauffer, 1998). A nivel mundial, el interés por este tipo de tratamiento se intensificó durante el período de 1980 a 1990, donde diversas instalaciones usando este sistema de tratamiento aparecieron en países de Europa y América del Norte (Quipuzco, 41 2002). Cuyo objetivo era tratar diferentes tipos de efluentes residuales procedentes de fuentes domésticas, industriales y agrícolas (EPA, 1999). Así, en Europa existen más de 5000 sistemas de tratamiento mediante el uso de humedales artificiales (Berezowsky, 1996; Stottmeister et al., 2003); predominando los sistemas de humedales artificiales de flujo subsuperficial como tratamiento secundario para efluentes domésticos e industriales. Utilizándose mayoritariamente arena y grava como sustrato y carrizo como vegetación emergente para este tipo de sistemas (EPA, 1999; EPA, 2000b). En Inglaterra, el uso de estos sistemas se encuentra ampliamente difundido por todo el territorio. También se encuentran en países como Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, Francia, Holanda, Hungría, Luxemburgo, Suecia y Suiza (Berezowsky, 1996; Moore, lafer & Funk, 1994; Radoux & Kemp, 1982). En el caso de América del Norte, el país que más ha desarrollado el tema de humedales artificiales es EE.UU. El tipo de tratamiento más utilizado es el humedal artificial de flujo superficial para aguas residuales domésticas, industriales y mineras (Mitsh & Wise, 1998; Vymazal, 2009). Siendo, la grava el medio más usado como sustrato; y como especies vegetales: juncos, espadanas, aneas y carrizos (EPA, 2000b). Actualmente, alrededor de 1000 humedales artificiales se encuentran funcionando en todo el país, predominantemente en la parte suroeste (EPA, 2004). En la actualidad, los países que más están trabajando en este campo son: Inglaterra, EE.UU. y Australia, debido a la mayor cantidad de recursos económicos que estos países destinan a la investigación científica (Perez- Oimedilla & Rojo, 2000). Trabajos de investigación previos A continuación se describirán algunas investigaciones sobre el uso de Humedales Artificiales para tratamiento de aguas residuales, desarrolladas en diferentes partes del mundo: En el año 2002, en la Universidad Agraria la Molina (UNALM) del Perú se realizó una investigación para evaluar el comportamiento de un sistema conformado por dos pantanos o humedales artificiales para el tratamiento de aguas residuales domésticas, captadas de la red de desagües de la UNALM. Dichos humedales recibieron un afluente pre-tratado por cilindros sedimentadores; uno de los humedales era horizontal y el otro vertical los cuales estaban instalados en serie, ambos presentaron un sutrato conformado por grava y arena, emplearon como especie emergente Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud. (carrizo) y operaron con flujo subsuperficial en condiciones de alimentación continua. El monitoreo del sistema se realizó durante los meses de noviembre del 2000 y enero del 2001, realizando muestreos semanales de los parámetros SST, DB05, DQO, sulfatos, coliformes fecales y enteroparásitos. Según el análisis del comportamiento de los SST y de la 0805 en el humedal horizontal, la remoción obtenida fue de 97.2% y 79.6% respectivamente. En este tipo de pantano la remoción de materia orgánica fue alta gracias a la efectiva mineralización. Asimismo, la DQO alcanzó un alto nivel de remoción de 42 84.3%, siendo el filtro de arena responsable de dicha remoción. En contraste, se observó un pobre desempeño en el humedal vertical. En relación al parámetro sulfato, el nivel de remoción por etapas en el sistema de tratamiento fue significativo para ambos humedales con un 71.2% para el humedal horizontal y 52,85% para el humedal vertical. El nivel de eficiencia en la remoción de coliformes fecales y enteroparásitos en el sistema de tratamiento fue significativo alcanzando porcentajes de 98 y 62% respectivamente (Quipuzco, 2002). Por otro lado, en el mismo año se realizó otra investigación en la Universidad Chia-Nan de Farmacia y Ciencias de Taiwan, cuyo objetivo fue analizar la puesta en marcha de un sistema conformado por un humedal artificial de flujo superficial (HAFS) y un humedal artificial de flujo subsuperficial (HAFSS) conectados en serie, así como evaluar su eficiencia en la remoción de nitrógeno y fosfato de efluente proveniente de la acuicultura. El sistema a escala piloto se instaló en Tainan County (Taiwan), conformado por dos humedales (HAFS y HAFSS) de 5 m x 1 m x 0.8 m (largo, ancho, alto) que fueron alimentados por un afluente proveniente de un estanque de crianza de peces de leche (Chanos chanos Forssk.), a caudales hidráulicos diferentes que variaba cada dos meses. El HAFS presentó una capa de sustrato compuesta por suelo local (arcilla) de 30 cm de profundidad sobre la cual se dejó una lámina de 40 cm del afluente a tratar, donde se sembraron dos especies: espinaca de agua (lpomoea aquatica Forssk.) en la mitad del humedal y chépica blanca (Paspalum vaginatum Sw.) en la otra mitad. Mientras que en el HAFSS presentó una capa de sustrato compuesta por grava de río de 60 cm de profundidad a través de la cual flura el afluente a tratar, y se sembró como especie emergente al carrizo. El monitoreo se realizó durante ocho meses, determinándose que la puesta en marcha del HAFSS fue más rápida que el HAFS, de un mes y de dos a tres meses respectivamente. Asimismo, se determinó que las eficiencias de remoción de nitrógeno fueron altas, de 86% a 98% para el nitrógeno amoniacal (NH4-N) y de 95% a 98% para nitrógeno inorgánico total. Para el caso de la remoción de fosfato, se obtuvieron eficiencias entre 32% a 71%, cabe resaltar que las eficiencias en la remoción de nitrógeno y fósforo se vieron afectadas por los diferentes de caudales hidráulicos recibidos. Además, se observó que el HAFS removió más nitrógeno inorgánico mientras que el HAFSS removió igual o más fosfato que el HAFS. Finalmente, se determinó que la remoción de nitrógeno amoniacal y de nitrito fue suficiente para reutilizar el agua en el sistema acuícola, sin causar daño a los peces (Ying-Fen, Shung-Ren, Deer-Yuan & Tze-Wen, 2002). En ese mismo año, en el Instituto für Wasserwirtshaft unf Okotechnologie de Alemania se realizó una investigación para determinar el tipo de sustrato más eficiente para la remoción de fósforo de aguas residuales domésticas. Para lo cual se analizaron y compararon muestras de sustratos de tres humedales artificiales diferentes. 43 El primer sustrato provenía de un humedal artificial de flujo vertical (HAFV) que tenía como vegetación emergente el carrizo, éste estaba compuesto por arena de tamafio mediano, así como 5 a 10% de marga y arcilla. El segundo sustrato, de un humedal artificial de flujo horizontal (HAFH) que tenía como vegetación emergente el carrizo, y estaba compuesto por arena de tamaño mediano, 10% de grava y 1% de limaduras de hierro. El tercer sustrato, de un humedal artificial circular con pendiente de flujo horizontal, estaba compuesto por arena gruesa y 10% de grava. Según los análisis fisicoquímicos realizados a las muestras se concluyó que la presencia o adición de limaduras de hierro al sustrato mejora la capacidad de éste para remover fósforo, eso se puede observar en el HAFH que obtuvo una remoción de 97%, el 60% de esta remoción estuvo asociada a la precipitación del fósforo (P) con hierro (Fe). Mientras que, para el HAFV el porcentaje de remoción es menor, específicamente de 27%. Cabe sefialar que la remoción de P por acción de las plantas se encuentra alrededor del 50%, lo cual nos indica indirectamente el importante rol que cumplen las plantas en el funcionamiento de un humedal artificial, particularmente participa en los procesos de transformación microbiológica del P y la remoción directa a través de la unión a sustancias húmicas (Lüderitz & Gerlach, 2002). En el año 2003, en la UNALM se realizó un estudio con la finalidad de evaluar el comportamiento de dos (02) humedales artificiales de flujo subsuperficial horizontal (HAFSSH) empleando dos plantas acuáticas: Cyperus aff. ferox y el carrizo, una en cada humedal. El afluente a tratar se obtuvo de la red de desagües de la UNALM y tuvo un tratamiento previo de sedimentación para remover sólidos sedimentables, este afluente ingreso a los humedales a un caudal de 2.2 m3/s para cada humedal con un tiempo de retención teórico de 24 h, aplicando una carga hidráulica aplicada de 0.12 m3/m2xd y una superficie específica de 8.3 m3/m2xd. Después de cuatro (04) meses de monitoreo se determinó que ambos sistemas presentaron una remoción. de 85% de la materia orgánica, del 97% de los sólidos suspendidos y la disminución de coliformes fecales fue de 2 órdenes logarítmicas. Estadísticamente, las dos (02) especies acuáticas utilizadas demostraron un comportamiento similar en cuanto a la remoción de contaminantes, además ambas se adaptaron rápidamente y tuvieron un buen desarrollo. Sin embargo, fue más fácil manejar al papiro por su menor tamafio. No se presentaron problemas de olores ni presencia de vectores. Finalmente, se puede añadir que el sistema estudiado presenta resultados promisorios para ser aplicado en zonas rurales y suburbanas que carezcan de redes de alcantarillado público, por sus costos y su facilidad de operación y mantenimiento (Miglio, 2003). En el mismo año, en el Departamento de Investigación sobre Remediación del Centro de Investigación Ambiental en Alemania se realizó una investigación para evaluar el ciclo anual de la remoción de nitrógeno en el funcionamiento de un humedal artificial subsuperficial de flujo horizontal (HASFH) en un clima templado. Dicho humedal se localizó a orillas de un lago artificial de una antigua mina de carbón a tajo abierto 44 ubicada en el sur de Saxonia-Anhalt (entre Weibenfels y Zeitz, en el centro de Alemania), el cual era alimentado por la capa superficial del lago, rica en amonio. El HASFH operó durante cuatro años (1995-2001), después de realizar los monitoreos pertinentes se determinó que en primavera y otoño las eficiencias de remoción dependen de la carga de nitrógeno en un modo lineal. Las eficiencias en invierno como en verano difieren extremadamente (media de las tasas de remoción de 0.15/0.7 g/m2.d [11 %/53%) en Enero/Agosto) y son independientes de la carga nitrógeno (0.7 a 1.7 g/m2.d) en principio. Las oscilaciones de las tasas de remoción en primavera, que forman varios máximos, sugieren efectos estacionales específicos, causadas por la dinámica de la planta-fisiología, lo cual determina la eficiencia de la nitrificación, es decir, a través de suministro de 02. Asimismo, la nitrificación estuvo limitada por la temperatura durante todas las estaciones y, sorprendentemente en pleno verano, y adicionalmente restringido por otros aspectos estacionales que forman una clara relación entre el mínimo de nitrificación en Julio (tasa media de 0.43 g/m2.d [32%]). Cabe resaltar que es de gran importancia el efecto del intercambio gaseoso de las plantas para el ingreso de oxigeno por medio de la rizósfera. Por último, se determinó que la desnitrificación fue casi completa en verano y fue claramente restringida a temperaturas de temporada que se encuentren por debajo de 15 oc (Kuschk et al., 2003). En el año 2006, la Universidad Nacional Autónoma de México realizó una investigación sobre la remoción de nitrógeno (medido como nitrógeno total, nitrógeno amoniacal y nitratos) en un sistema de humedales artificiales de flujo vertical descendente a escala de banco, con cinco reactores de 250 L de volumen total cada uno, con tiempos de retención hidráulica de 10 días en promedio {0,5 Uh de flujo a cada uno). Dos humedales tenían como sustrato grava y como vegetación emergente presentaban macrófitas (en adelante, el "GM"), los otros dos tenían como sustrato tezontle (escoria volcánica) y como vegetación emergente macrófitas (en adelante, el "TM"). Además, se utilizó un quinto reactor como testigo para evaluar el efecto de las plantas (macrófitas) y que sólo contenla tezontle. Originalmente estos humedales se sembraron dos reactores con carrizos y dos con tules (Typha latifo/ia L.) pero, después de anos, predominaron los carrizos en los cuatro reactores (entre 14 a 20 plantas por reactor vs. 1 a 4 plantas de tule). El afluente a tratar fue una solución sintética que estaba compuesta por sacarosa, sulfato de amonio y fosfato monobásico de potasio, con una proporción C:N:P de 6.4:1:0.1 (230 mg de demanda química soluble, DQOs/L). El objetivo de esta investigación fue alcanzar el régimen permanente en los reactores y determinar la eficiencia de remoción de nitrógeno total Kjeldahl (NTK), nitrógeno amoniacal Kjeldahl (NAK) y nitratos (N03-), utilizando el método del salicilato de sodio. Durante el periodo de experimentación se alcanzaron condiciones muy cercanas al régimen permanente o estable, ya que, las diferencias entre los datos experimentales obtenidos para la NTK, NAK y N03- eran de ± 10. Los resultados obtenidos fueron satisfactorios porque la eficiencia de remoción del nitrógeno - adicionado al sistema en forma de sulfato de 45 amonio - en forma de nitrógeno amoniacal, estaba en niveles entre 88.7 y 93.3% (91.6% promedio); en forma de nitrógeno total entre 85.1 y 93.1% (90.8% promedio) y, finalmente, como nitratos, el intervalo se encontraba entre 83.2 y 96.5% {92.5% promedio). De la misma forma, se llegó a la conclusión que se obtuvo una mayor remoción para los TM (tezontle + macrófitas) en comparación con los GM (grava + macrófitas) en parámetros de DQO, NTK y NAK, presentándose valores de remoción de 77.5% vs. 70%, 91.5 vs. 89% y 92 vs. 90.5%, respectivamente. A excepción de la remoción de nitratos, en los que se obtuvo una eficiencia mayor para los GM en comparación con los TM de 96.5 vs 88.5% (Rodriguez-Monroy & Durán de Bazúa, 2006). En el año 2008, en la Universidad de Recursos Naturales y Ciencias Aplicadas de Viena se realizó un estudio en una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales - PTAR ubicada al este de Viena, denominada Ernsthofen. En dicha PTAR se implementaron (i) un sistema compuesto por dos (02) humedales artificiales (de flujo subsuperficial del tipo vertical) operados en serie (en adelante, el "Sistema 2") y (ii) un sistema de solo un (01) humedal artificial de flujo subsuperficial del tipo vertical (en adelante, el "Sistema 1" ) que operó en el mismo lugar. Ambos fueron alimentados con un afluente pre-tratado en dicha PTA R empleando como vegetación emergente el carrizo. En el Sistema 1 fue construido de acuerdo a los estándares de diseño austriaco, considerando un área de 4 m2 por persona equivalente; se utilizó la arena como capa principal del sustrato, con una profundidad de 50 cm y un tamaño granular de 0,06 a 4 mm. La carga orgánica fue de 20 g oao.m-2.d-1 y el flujo de ingreso fue intermitente, alimentándolo durante 4 veces por día. Mientras que, el Sistema 2 se diseñó en función al área requerida de 2 m2 por persona equivalente, consistiendo en la construcción de dos humedales de flujo subsuperficial de tipo vertical que operaron en serie, recibiendo una carga intermitente y cuya área superficial de cada uno fue de 1O m2. Para el primer humedal se utilizó arena como capa principal del sustrato, con una profundidad de 50 cm y un tamaño granular de 2 a 3.2 mm, además presentó una capa de drenaje confiscada; el segundo humedal usó arena como capa principal del sustrato, también con una profundidad de 50 cm y un tamaño granular de 0.06 a 4 mm, además presentó una capa de drenaje convencional. Este sistema fue alimentado por un flujo cada 3 horas (intermitente) y con una carga orgánica de 40 g oao.m-2.d-1 (2m2 por persona equivalente). Los monitoreos, tanto para el Sistema 1, como el Sistema 2 se realizaron en fechas diferentes, desde abril del 2004 a abril del 2005 y desde setiembre del 2005 a abril del 2007, respectivamente. Como resultado, se obtuvo que el Sistema 2 presentó mejores eficiencias en la remoción de parámetros como DBO, DQO, nitrógeno amoniacal y nitrógeno total que el Sistema 1. Específicamente se reportaron eficiencias según el orden de los parámetros mencionados anteriormente: 98.9% y 98. 7%; 95.2% y 95.9%; 99.1% y 99. 7%; 32.8% y 54,5%, respectivamente para el Sistema 1 y para el Sistema 2. Asimismo, las eficiencias obtenidas fueron mayores que las reportadas por la bibliografía. Por otro lado, los costos de inversión del Sistema 1 fueron mayores en el Sistema 2, en un 75%. En 46 conclusión, la calidad del efluente tratado por el Sistema 2 fue mejor que el del Sistema 1 (Langergraber, Leroch, Pressi, Rohrhofer & Harberl, 2008). En el año 2009, se realizó una investigación en la Facultad de Quimica de la Universidad Autónoma de México con el objetivo de evaluar el tiempo de retención para una depuración óptima de las aguas residuales y la eficiencia de remoción de la carga orgánica, nitrógeno y fósforo mediante la implementación de un sistema de tratamiento por humedales artificiales de flujo horizontal y con dos especies vegetales: carrizo y totora. El sistema fue diseñado con tres módulos construidos de fibra de vidrio con dimensiones de 0.8 m de alto, 0.6 m de ancho y 0.9 m de largo, y pendiente de 1% , los cuales se instalaron de manera secuencial mediante tubos de PVC. En el primero se integraron organismos de la especie carrizo, en el segundo organismos de la especie totora y en el tercero, las dos especies. Cabe resaltar que cada módulo tenía como sustrato una mezcla de grava y arena. Dichos módulos fueron instalados a la salida de un tratamiento primario, alimentados por aguas residuales domésticas provenientes de un edificio de investigación. En el efluente se analizaron los siguientes parámetros: demanda química de oxígeno (DQO), nitrógeno amoniacal (NH:JNH/), nitratos (N-N03-), nitritos (N-N02") y fósforo total. Luego del monitoreo, se determinó que el tiempo de retención fue de cinco (05) días y se reportó valores de remoción de 95.73% para DQO, 21.87% para fósforo total, 73.85% para NH:JNH/, 45.46% para N-No3-Y para el caso de N-N02-, el sistema no lo removió sino que la nitrificación condujo a la formación de más nitritos, probablemente porque en algunas zonas del sistema predominan las condiciones anaerobias. En conclusión, los resultados demostraron que el sistema es una buena opción para la remoción de la carga orgánica y de nutrientes, de bajo costo de operación y mantenimiento (Romero-Aguilar, Colín-Cruz, Sánchez-Salinas & Ortiz- Hernández, 2009). En ese mismo año, en la Universidad Nacional Autónoma de México y en la Universidad Autónoma Metropolitana realizaron una investigación que consistió en implementar un sistema de tratamiento conformado por un humedal artificial de flujo vertical y un filtro de pulimento para remover nutrientes y materia orgánica de un agua contaminada proveniente del Canal de Cuemanco, con la finalidad de obtener agua apta para la preservación de vida acuática silvestre. El humedal artificial tenia una superficie de 55 m2 y se alimentaba mediante un flujo vertical intermitente, repartido en cuatro dosificaciones diarias de 10 00 L cada una, equivalentes a una carga hidráulica superficial de 72 mm3/mm2xd. El filtro de pulimento tenia una superficie de 1.8 m2 y se instaló con el objeto de promover el proceso de desnitrificación y alcanzar una mayor eliminación de fosfatos (POi} Durante doce meses de operación, se logró una reducción global de hasta 92% de la demanda quimica de oxígeno (DQO), 85% de nitrógeno amoniacal (NH:JNH/) y 80% de fosfatos (P0 34 "). Considerándose finalmente la calidad del agua tratada por este sistema como buena para 47 propósitos de acuicultura (Ramirez-Carrillo, Luna-Pabello & Arredondo- Figueroa, 2009). Por otro lado, en el mismo ano en la Universidad Estatal de Washington de EE.UU. se realizó una investigación para evaluar las eficiencias reportadas por diferentes investigadores sobre la implementación de Sistemas Híbridos de Humedales Artificiales para el tratamiento de aguas residuales. Dichos sistemas consistieron en la instalación en serie de Humedales Artificiales de flujo subsuperficial tanto del tipo horizontal como vertical, es decir uno precede al otro, formando diferentes combinaciones en serie, con la finalidad de mejorar la remoción de nitrógeno a través de los procesos de nitrificación y desnitrificación. Cabe señalar que según el análisis realizado por los autores, los Humedales Artificiales de flujo subsuperficial horizontal (FH) promueven los procesos de desnitrificación, mientras que los Humedales Artificiales de flujo subsuperficial vertical (FV) promueven los procesos de nitrificación. Se analizaron siete (07) casos de estudio, entre los cuales tenemos distribuciones como: i) sistema 1: FV, FV, FH y FH, ii) sistema 2: FV, FV y FH, iii) sistema 3: FV, FH y FH, iv) sistema 4: FV y FH, v) sistema 5: FH y FV, vi) sistema 6: FH y FV y vii) sistema 7: FH, FV y FH. A partir de los cuales, se determinó que la mayor eficiencia se registró en el sistema 7, ya que, fue el sistema más balanceado en términos de nitrificación y desnitrificación porque demostró un alto nivel de nitrificación y satisfactoria remoción de 0805, manteniendo bajos niveles de nitrato. Esto se debió, a la adecuada distribución de los humedales artificiales y al mayor aporte de carga orgánica. Asimismo, se determinó que el factor limitante para la remoción del nitrógeno es el carbono en medios aeróbicos (producto de la descomposición de la materia orgánica}, lo que significa que la ausencia de carbono puede limitar la nitrificación. Considerando el análisis realizado, se formuló una propuesta para el diseno de sistemas híbridos de flujo vertical y horizontal cuyo objetivo es alcanzar niveles bajos de N-amoniacal y de nitrógeno total oxidado en los efluentes tratados. En dicha propuesta primero se tendrá que estimar el nivel de transferencia de oxígeno (NTO) para el subsistema de VF con la finalidad de asegurar que existirá suficiente potencial de oxidación (ver ecuación 1). Cuadro IV-5 Ecuación 1: Cálculo de NTO para el subsistema FV (formulada por Cooper, 1999) NTO = Caudal· [DBO l'liCial- DBO f1nal] + 4 3'(NH - NII11Cia~~-NH + Nsal1da) Area total de la superf1c1e * El valor recomendado para NTO es de 30 g.m-2.d-1 Luego, se determinará el área total de la superficie (ATS) del subsistema FV requerida para que se pueda llevar a cabo la nitrificación, estableciendo valores límites de N-amoniacal y 0805 para la descarga. Esta área puede ser ajustada para valores esperados de la nitrificación y de la remoción de 0805 en el subsistema FH (ver ecuación 2). 48 Cuadro IV-6 Ecuación 2: Cálculo de ATS del subsistema FV ATS= Caudai'[DBO DBO, . ]+1\ 'l",NH -N . - NH + t\.1 ·) - ·-·--- --- - N: O Como tercer paso, se calculará el número de subsistemas FV que se requerirán para lograr un tiempo de retención hidráulico (TRH) adecuado mediante el cual se proporcional la remoción de carbono (en términos de 0805) con el incremento de la nitrificación (ver ecuación 3). Cuadro IV-7 Ecuación 3: Cálculo de No de subsistemas FV requeridos Area superfiCialmdivlclua: de FV = C_ª~!-º-ªl. TRH W de FV = ATS ele FV Area superfic1allnd1V1dual de FV Por último, se establecerá la configuración del sistema hídrido, es decir el orden secuencial de los subsistemas FV y FH. En este paso, un pequeño subsistema FH deberá preceder al subsistema FV para remover sólidos suspendidos, ya que, los VF son propensos a obstruirse por sólidos suspendidos. Asimismo, el orden secuencial deberá ser alternado y conectado en serie, donde el último subsistema deberá ser el FH, con el objetivo de promover la desnitrificación y así mejorar la remoción de nitratos (Hoffman et al., 2011 ). En el año 2010, la Facultad de Agronomía, Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Zulia y de la Universidad Nacional Experimental "Rafael Marfa Baralt" de Venezuela, desarrolló una investigación para evaluar la remoción de nutrientes y materia orgánica en función del desarrollo de la totora en un humedal artificial superficial, comparado con una fosa control sin presencia de plantas, alimentados con agua residual doméstica proveniente de un sistema de lagunas de estabilización y se determinó el tiempo óptimo de poda. El estudio se realizó en dos periodos definidos por la inflorescencia y posterior poda de la vegetación. Luego del monitoreo realizado, se reportó la mayor eficiencia de remoción de materia orgánica en el humedal en ambos periodos, con promedios de 30.29 y 30.48% de DQO; 34.63 y 31.63% de DBO; 43.9 y 52.4% de SST y de 42.9 y 60.8% de SSV, en el primero y segundo periodo, respectivamente. Los valores de remoción de nutrientes no presentaron diferencia significativa entre el humedal y el control, alcanzando valores de 45 y 55% para NH:YNH4 +y de 48 y 50% para NTK respectivamente. La 49 mayor remoción de fósforo se presentó en el control con 19.17 y 15.35% para cada periodo. Cabe señalar que se hubo correlación entre el crecimiento de la planta y la remoción de nutrientes y de la materia orgánica durante el primer periodo de estudio. En relación al tiempo óptimo de poda, se evidenció que era la octava semana de crecimiento. Entonces, se demuestra el rol importante de totora en el proceso de remoción de materia orgánica, sin embargo, se necesitan más resultados para determinar con precisión la importancia de la macrófita totora en la remoción de nutrientes (Vera et al., 201 0). En ese mismo año, las Universidades de Rio Grande del Sur y Universidad Católica de Pelotas desarrollaron un estudio cuyo objetivo fue implementar un sistema piloto de humedales artificiales subsuperficiales para remover nitrógeno y fósforo de un efluente pre-tratado que se generaba en la industria metalmecánica, y de esta manera, se cumpla con los niveles estándares para la descarga de efluentes según norma brasilera. El sistema consistió en cuatro (04) tanques de poliestireno de 1 m3 cada uno; el cual fue alimentado por un flujo subsuperficial horizontal de caudal 2m3/d. Este flujo circulaba a través de un sustrato poroso conformado por grava y arena, donde se sembró macrófitas del tipo Scirpus sp. (caña) y Typha sp. (anea). Se monitorearon parámetros físicos, químicos y biológicos como: pH, T0 , NTK, NH~NH/, fósforo total y oxígeno disuelto. De esta manera, a pesar de las variaciones de carga y los problemas operacionales, el sistema fue eficiente para la remoción de contaminantes, así se obtuvieron valores de remoción de 73% de fósforo total, 61% de NTK, 56% de NH3/NH/ (Curia, Koppe, Costa, Féris & Gerber, 2011 ). También en el mismo año, en la Universidad de Guanajuato en México se llevó a cabo una investigación con el objetivo de determinar la eficiencia de remoción de nitrógeno y fósforo de aguas residuales domésticas mediante humedales artificiales de flujo subsuperficial utilizando la planta acuática emergente conocida como Arundo donax L. (caña común muy parecida al carrizo). Para lo cual, se construyeron 12 humedales artificiales con área superficial de 2 m2 y profundidad de 40 cm, en los que se plantó caña común en dos tipos de substrato: (i) tezontle, con diámetro promedio de partícula de 0,5 cm y porosidad de 0,42; y (ii) grava, con diámetro promedio de partícula de 0,5 cm y porosidad de 0,34, y los caudales de afluente a tratar fueron de 0,5, 1 ,O y 1,5 m3/d. Después de los meses de monitoreo, se reportaron valores de remoción de 88% de nitrógeno y 85% de fósforo, por lo que, se concluyó que el uso humedales artificiales con vegetación emergente caña común es una alternativa viable para remover nutrientes de aguas residuales y así evitar la eutrofización de los cuerpos naturales (Francia, Gonzáles, Flores, Espinoza & Sánchez, 2010). Por otro lado, ese mismo año se desarrolló una investigación en la Universidad de Antoquia en Colombia con la finalidad de evaluar la remoción de materia orgánica en agua residual sintética, en términos de 50 demanda qwm1ca de oxígeno (DQO), demanda biológica de oxigeno (DBOs) y mediciones in situ de pH, oxígeno y temperatura, en seis (06) sistemas de humedales construidos de flujo subsuperficial horizontal, a escala piloto, sembrados con tres diferentes macrófitas: (i) Canna limbata Roscoe ex Ker Gawl. (beri-silvestre), (ii) Heliconia psittacorum L. f. (pico de loro) y (iii) Phragmites sp (carrizo). El monitoreo se realizó durante 3 meses, realizando muestreos cada 15 días. Determinándose que las remociones medias de DQO fueron de 97,31 % y 95,94 % para beri-silvestre; 94,49 % y 93,50 % para pico de loro; 97,39 % y 97,13 % para carrizo. En relación a la 0805, se reportaron valores de 100% y 99,36% para beri-silvestre; 99,09% y 97,49% para pico de loro; 100% y 99,45% para el carrizo. Así se llegó a la conclusión que estadísticamente existen diferencias significativas para la remoción de DQO entre las diferentes plantas (P < 0,05); en la remoción de la 0805 no existen estadísticamente diferencias significativas entre las diferentes plantas (P < 0,05). Por tanto, se demuestra la opción de reducir la contaminación por materia orgánica utilizando humedales construidos (Montoya, Ceballos, Casas & Morató, 201 0). 51 4.5. MARCO LEGAL Constitución Política del Perú de 1993. Base del sistema jurídico del Perú, cuyo objetivo es controlar, regular y defender los derechos y libertades de los peruanos, así como organizar los poderes e instituciones políticas. El capítulo 11 del Título 111 denominado "Del Ambiente y los Recursos Naturales" establece en su art. 66° que los recursos naturales renovables y no renovables son patrimonio de la Nación, y por ende, el Estado es soberano en su aprovechamiento. Asimismo, en los art. 67°, 68° y 69° establece que el Estado se encarga de promover el uso sostenible y la conservación de sus recursos naturales. Ley N° 28611. Ley General del Ambiente. Su objetivo primordial es ordenar el marco normativo legal para la gestión ambiental y establecer los principios para asegurar el efectivo ejercicio del derecho a un ambiente saludable, equilibrado y adecuado para el desarrollo de la vida, asr como el cumplimiento del deber de contribuir a una efectiva gestión ambiental y de proteger el ambiente y sus componentes. Ley N° 29338. Ley de Recursos Hídricos. Esta ley busca modernizar y hacer más eficiente el uso del agua tanto para el sector productivo como para el doméstico. Asimismo, esta ley crea el Sistema Nacional de Gestión de Recursos Hídricos, cuyo fin es articular el accionar del Estado para guiar los procesos de gestión integrada y de conservación de dichos recursos en los ámbitos de las cuencas, los ecosistemas y los bienes asociados. Bajo este nuevo esquema regulatorio, el uso de los recursos hfdricos está condicionado a su disponibilidad. Por ello, en orden prioritario, han establecido tres clases de uso de agua: uso primario (destinado a la satisfacción de necesidades humanas primarias), uso poblacional (captación del agua tratada de una fuente o red pública) y uso productivo (con fines agrario, acuícola y pesquero, energético, industrial, medicinal, minero, recreativo, turístico y de transporte). Decreto Supremo N° 001-2012-AG. Reglamento de la Ley de Recursos Hídricos. Este reglamento tiene por objeto regular el uso y gestión de los recursos hfdricos que comprenden el agua continental (superficial y subterránea) y los bienes asociados a ella, así como la actuación del Estado y los particulares en dicha gestión, todo ello con arreglo a las disposiciones contenidas en la Ley de Recursos Hídricos, Ley No 29338. Se aplica a todas las entidades del sector público nacional, regional y local que ejercen competencias, atribuciones y funciones respecto a la gestión y administración de recursos hídricos continentales superficiales y subterráneos, y a toda persona natural o jurfdica de derecho privado que interviene en dicha gestión. También se aplica a las entidades con competencias sobre las aguas marítima y atmosférica, en lo que corresponda. 52 En el artículo 149° se establece que la ANA es la autoridad que deberá establecer los requisitos y aprobar el procedimiento para el otorgamiento de autorizaciones de reuso de aguas residuales tratadas. Por otro lado, en el art. 150° se establece que las solicitudes de autorización de reuso de aguas residuales tratadas serán evaluadas tomando en cuenta los estándares nacionales o, en su defecto, las guías correspondientes de la Organización Mundial de Salud. Decreto Supremo N° 002-2008-MINAM. Estándares Nacionales de Calidad Ambiental para Agua. Establece los estándares nacionales de calidad ambiental para cuerpos de agua superficial, destinado a cuatro usos: poblacional y recreacional (categoría 1), actividades marino costeras (categoría 2), riego de vegetales y bebidas de animales (categoría 3) y conservación del ambiente acuático (categoría 4). Siendo, los relacionados a esta investigación los estándares de la Categoría 4: Conservación del ambiente acuático (lagunas y lagos) (Cuadro IV-8). Cuadro IV-8 Estándares Nacionales de Calidad Ambiental para Agua de la Categoría 4: Conservación del ambiente acuático (lagunas y lagos) Parámetro Unidad Valor N1tró eno amon1acal mg/L <0.02 N1tratos mg/ L 5 N1tró eno total mg/L 1.6 Fosfatos total mg/ L 0.4 • Unidad de pH 6.5-8.5 Fuente: D.S. N" 002-2008-MINAM. 53 Directrices sanitarias o valores guía de la Organización Mundial de la Salud (OMS). Regulan el reuso de aguas residuales, excretas y aguas grises tratadas en la agricultura y acuicultura a nivel internacional, principalmente su calidad microbiológica. Los valores guía son referenciales y es una herramienta de manejo preventivo de aguas residuales, excretas y aguas grises en la agricultura y acuicultura para maximizar la seguridad para la salud pública. Con relación a los valores guía de aguas residuales para reuso en la acuicultura se establecen: Cuadro IV-9 Valores guía de la OMS para el reuso de aguas residuales en la acuicultura 1 Huevos de E.co/i (promedio Huevos de Medio tremátodos (W/100 aritmético/100 mL) helmintos mL) (promedio aritmético de 1 huevos/L) C.o.n.s.u midores de productos ~ -- .. - No detectable S1 A ua res1dual No detectable S1 Excretas No detectable S1 Carne de pescado Metacercaria comestible o partes infecciosa (presencia Especificaciones del No detectable de plantas o ausencia por Código de la pescado y planta) no Comisión detectable o no Alimenticia<1> infecciosa Traba"adores a rícolas comunidades locales A ua de estan ue No detectable<2> S1 A ua res1dual No detectable<2> S1 Excretas No detectable<2> S1 Fuente: OMS, 2006. Nota: (1) El Código de la Comisión Alimenticia no específica la calidad microbiológica para la carne de pescado o plantas acuáticas, más bien recomienda la adopción de los principios del Análisis de Peligro y Puntos de Control Crítico (APPCC o HACCP, por sus siglas en inglés), tal como se aplica desde la producción hasta el consumo. (2) Huevos de esquistosomas cuando sea el caso. 54 Valores guía de la EPA para el reuso de aguas residuales. Establecidos por la Agencia Estadounidense de Protección Ambiental (EPA, por sus siglas en inglés), regulan el reuso de aguas residuales tratadas en siete categorías, de acuerdo con la calidad de agua: urbano, agrícola, recreacional, ambientes naturales, industrial, recarga de acuíferos y reuso potable, a fin de proteger el ambiente de los potenciales impactos negativos. En referencia a los valores guía para el reuso de aguas residuales en ambientes naturales (en humedales, hábitats acuáticos y corrientes de agua) se establecen: Fuente: EPA, 2012 55 V. MATERIALES Y MÉTODOS 5.1. MATERIALES Y EQUIPOS Cuadro V-1 Listado de materiales y equipos utilizados MATERIAL Tanque ROTOPLAST 250 L 1 un. 1 Tanque ROTOPLAST de 350 L 1 un. 1 Tubo 1/2" x5 m. 4 Tubo 3/4" x5 m. 3 Vávula de bola PVC con rosca 1/2" 1 un. 2 Vávula de bola PVC con rosca 3/4" 1 un. 2 1/4 Pegamento para PVC 1 galón Codo 90° PVC 1/ 2" 1 un. 4 Codo 90° PVC 3/4" 1 un. 1 Tee PVC 1/2" 1 un. 1 Tapón hembra SP 1/2" 1 un. 3 Tapón hembra SP 3/4" 1 un. 1 Geomembrana HPDE 4 mm 1 un. 1 Arena gruesa m3 2 Confitillo 3/8" m3 2 Manguera de 3/4" 1 un. 1 Frasco de vidrio 1 un. 4 Equipo Potenciómetro digital marca HANNA Hl 98128 1 un. 1 Caja de reactivos conteniendo 50 test para nitrógeno total rango bajo 1 un. 1 (HAN NA) Caja de reactivos conteniendo 50 test para fósforo total rango bajo (HAN NA) 1 un. 1 56 5.2. MÉTODO 5.2.1. POBLACIÓN Y MUESTRA La población y muestra para esta investigación es la misma, siendo esta el efluente de la PTAR de la empresa Esmeralda Corp o agua residual del tipo industrial. 5.2.2. DISEÑO EXPERIMENTAL El diseno de la investigación es tipo transversal debido a que las variables se estudiaron sólo en un determinado momento, durante diciembre del 2013 hasta agosto del 2014. Para llevar a cabo esta investigación se desarrollaron cinco (05) etapas: • Caracterización del agua residual • Diseno del Humedal Artificial de Flujo Subsuperficial (HAFSS) • Construcción del HAFSS • Funcionamiento del HAFSS • Monitoreo del HAFSS Estas etapas se describen detalladamente en el ítem 5.2.3. 57 5.2.3. TÉCNICAS EXPERIMENTALES Como se mencionó anteriormente, esta investigación contó con cinco (05) etapas, las cuales se describirán a continuación: a. Caracterización inicial del agua residual Para la caracterización inicial de las aguas residuales tratadas de la empresa Esmeralda Corp S.A.C., primero se revisaron los resultados de análisis realizados en el "Tanque 6" de la PTAR, durante los años 2011 y 2012, relacionados a parámetros físico-químicos tales como sólidos suspendidos totales (SST), sólidos volátiles en suspensión (SSV), demanda bioquimica del oxígeno (DBO), nitrógeno amoniacal (N-NH4+ ), nitrato (N- N03-), nitrógeno orgánico (N-orgánico), fósforo total (P-total) y de los parámetros biológicos tales como coliformes termotolerantes (CT) y coliformes totales (CTo). Cabe señalar que en el denominado "Tanque 6", se almacena el efluente final de la PTA R existente. Además, a fin de tener valores actualizados, en abril del 2012, se monitoreó ei"Tanque 6" para evaluar parámetros de campo (pH, T 0 ) y parámetros de laboratorio (SST, SSV, DBO, N- NH/, N-N03-, N-orgánico, P-total, CT y CTo). Los parámetros de pH y T0 se midieron in situ utilizando un equipo marca HANNA Hl 98128 con lectura digital, que lleva incorporado termómetro y potenciómetro. En el caso de los análisis de parámetros físico-químicos citados anteriormente, se recolectaron muestras en frascos de plástico y se agregó el preservante correspondiente según el análisis a realizar (Cuadro V-2 y Cuadro V-3), luego se trasladó en un cooler al laboratorio Envirolab Perú S.A.C., donde se realizaron los respectivos análisis De los resultados de dicha caracterización, las concentraciones más elevadas fueron de los parámetros N-NH4 + y P-total, siendo sus valores de 248.3 mg/L y 19.77 mg/L respectivamente (Cuadro V-2 y Anexo 2). Estos parámetros se compararon con los valores establecidos en el ECA- agua, para la Categoria IV (destinado a la conservación del ambiente acuático, lagunas y lagos), a fin de encontrar al parámetro que excede en mayor porcentaje al estándar, y que se deberá remover en el humedal. De dicha comparación, se determinó que el N-NH4+ (N-amoniacal)' 1 > excede en mayor porcentaje al estándar en 12415%, frente al 22% del P-total. Considerando los porcentajes de exceso mencionados y que el diseño de los sistemas de tratamiento de aguas residuales se realiza en función a un parámetro crítico, es decir, en función al parámetro cuya concentración se encuentre más elevada o presente mayor porcentaje de exceso respecto a los estándares que se pretenden cumplir, se optó por el diseño en función al N-amoniacal (parámetro crítico) para el presente caso. (ll Según la Categoria 4 del ECA-agua (conservación del ambiente acuático), el estándar de N-amoniacal es <0.02 mg/L. 58 Cuadro V-2 Resultados de los parámetros evaluados en la caracterización del agua residual y métodos asociados PARÁMETRO VALOR ECA-agua (Cat. 4 1 MÉTODO 1 EQUIPO DE OBTENIDO Lagunas y Lagos) MEDICIÓN 1 7.50 Potenciómetro digital 6.50-8.50 marca HANNA Hl 98128 25.5 oc Potenciómetro digital marca HANNA Hl 98128 Método Estándar 2540-D APHA, A'I/INI/A, WEF 21o Ed,2005 8mg/L S25 mg/L Sólidos suspendidos totales secados a 103 - 105°C Método Estándar 2540-E APHA, A'I/INI/A, WEF 21° 5 mg/L Ed,2005 Sólidos fijos y volátiles totales a 550°C Método EPA 405.1 600/4-79-020 Revisado 26 mg/L Marzo, 1983 < 5 mg/L Demanda bioqulmica del oxigeno (5 dlas, 20°C) Nitrógeno Método Estándar 4500- amoniacal NH3-F APHA, A'I/INI/A, (N-amoniacal) 248.3 mg/L < 0.02 mg/L WEF 21° Ed, 2005 (N-NH4+) Método del Fenato Método EPA 352.1 600/4-79-020 Revisado 0.23 mg/L 5 mg/L Marzo, 1983 Nitrógeno, Nitrato (Colorimétrico Brucina) Método Estándar 4500- NH3-C APHA, A'I/INI/A, 9.07 mg/L WEF 21° Ed 2005 "Método Volumétrico" Fósforo total Método Estándar 4500 P (P-total) 19.77 mg/L 0.4 mg/L E APHA, A'I/INI/A, WEF, 21° Ed, 2006 Método Estándar 9221 E.1 APHA, A'I/INI/A, WEF, 21° Ed, 2006 13 mg/L 1000 mg/L Técnica de fermentación en Tubo Múltiple para miembros del grupo iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiill••••••l========:::: coliforme fecales: E. Coli. Método Estándar 9221 B 59 PARÁMETRO VALOR ECA-agua (Cat. 4/ MÉTODO 1 EQUIPO DE OBTENIDO Lagunas y Lagos) MEDICIÓN APHA, AWWA, WEF, 21° Ed,2006 79 mg/L 2000 mg/L Técnica de fermentación en Tubo Múltiple para miembros del grupo coliformes Cuadro V-3 Tipos de recipientes y preservantes relacionados a cada tipo de análisis PARÁMETRO RECIPIENTE 1 EQUIPO PRESERVANTE Peachímetro digital marca HANNA Hl 98128 (lnsitu) Peachímetro digital marca HANNA Hl 98128 (lnsitu) 01 Frasco de plástico de 1 L Refrigeración 01 Frasco de plástico de 1 L Refrigeración 01 Frasco de plástico de 1 L Refrigeración 01 Frasco de plástico de % L 01 Frasco de plástico 1L 01 Frasco de plástico de % L 01 Frasco de plástico de 100 mL colilert Refrigeración 1 CTo O1 Frasco de plástico de 100 mL colilert Refrigeración b. Diseño del Humedal Artificial de Flujo Subsupeñicial (HAFSS) El HAFSS se diseñó utilizando los datos obtenidos de en la caracterización realizada al efluente de la PTAR, que se almacena en el Tanque 6. Según dichos resultados, el parámetro que excede del estándar en mayor porcentaje fue el N-amoniacal - porcentaje de 12415% - (Cuadro V-2 y Anexo 2), y considerando que el diseño de un sistema de tratamiento de 60 aguas residuales se realiza en función a un parámetro crftico, es decir, en función al parámetro cuya concentración se encuentre más elevada o presente mayor porcentaje de exceso respecto a los estándares que se pretende cumplir, se optó por el diseño en función al N-amoniacal (parámetro crftico) para el presente caso. Por otro lado, se asumió un caudal de tratamiento de 170 Ud, por ser un proyecto a escala piloto. El dimensionamiento del HAFSS se realizó según lo detallado a continuación: 61 MODELO DE DISEÑO DE HAFSS EN FUNCIÓN A LA REMOCIÓN DE NITRÓGENO a. Se calcula la constante de nitrificación a 20°C (d-1) en función a la profundidad de raíces. 1 KNH = 0.01854 + 0.3922 (rz)26077 (Ec. 1) Donde: rz = Porcentaje del lecho del humedal FSS ocupado por la zona de raíces, como fracción decimal (O a 1 ). b. Se asume el valor para el N-amoniacal residual (Ce) y se resuelve las ecuaciones Ec. 2 y 3 para obtener el área requerida para nitrificar, determinándose así TRH para el sistema. Ce = exp ( -KTt) Co (Ec. 2) As = Q ln(Co/Ce) KTyn (Ec. 3) Donde: • As: Área superficial del humedal (m2) • Ce: Concentración de N-amoniacal en el efluente (mg/L) • Co: Concentración de N-amoniacal en el afluente (mg/L) • KT: Constante dependiente de la temperatura (d-1) KT= KNH (1 .048)(T-20) • y= profundidad del agua (m) • n :Porosidad del humedal(%) • t: tiempo de retención hidráulica (d) c. Tomar (Co-Ce) como el nitrato producido por la nitrificación y usar este valor como el afluente de la ecuación Ec. 4. Determinar la concentración de nitratos en el efluente con la ecuación Ec. 4. Ce =exp ( -KTt) Co (Ec. 4) d. La concentración de nitrógeno total (NT) en el efluente es la suma de los valores de Ce obtenidos en las ecuaciones Ec. 2 y Ec. 4 Si no se alcanzó la exigencia de NT se necesita otra iteración de los cálculos. Fuente: Reed et al. 62 Para el modelo de diseño se realizaron los siguientes cálculos: • Condiciones y parámetros: Parámetro Valor asumido Temperatura (0 C) 15.7 Cafluente N-amoniacal (CON) (mg/L) 248.3 Cefluente N-amoniacal (CeN) (mg/L) 80 Caudal (Q) (m3/d) 0.17 Vegetación a sembrar Totora (Typha domingensis Pers.) Profundidad de raíces (m) 0.5 Profundidad de material de relleno (sustrato) (m) 0.6 Profundidad de nivel de agua (m) 0.5 Profundidad de humedal (m) 0.8 Porosidad material de relleno (sustrato) (%) 38 Confitillo 3/8" Sustrato o material de relleno (sustrato) Arena gruesa Pendiente(%) 1 Talud (0 ) 45 • Cálculo de KNH: 1 = 2 6077 KNH 0.01854 + 0.3922 (rz} . 1···· ·<1) rz = 0.5/0.6 = 0.83 ...... (2) (2)en(1): KNH = 0.01854 + 0.3922 (0.83)26077 1 1 KNH = 0.2599 d- • Cálculo de Kr: Kr = KNH (1 .048){T-2o) Kr = 0.2599 (1 .048)<15 7 20· - > 1 1 Kr = 0.2124 d- 1 • Cálculo de tiempo de retención (tr): Ce =e xp ( -Krt) Co 80 = e-0.2124xlr 248.3 1t r = 5.33 = 6 d 63 • Cálculo del As: As= Q Ln(Co/Ce) Kryn y = prof. del agua n =porosidad del material del relleno (sustrato) As = 0.17xln(234/80) = 2.66 m2 = 0.2124x0.5x0.3 2 1 As= 3m 1 Considerando relación L:W de 3:1 2 31 As= 31 1= 1m 11 31=3 m • Volumen del humedal V= Asxh V= 3 m2x0.8 m 1 V= 2.4 m2 1 • Cálculo de la concentración de nitrato (CeN) en efluente tratado: Cálculo de KT (To = 15.7 °C} Kr = 1(1 .15)(157-20) Kr = 0.5490 d-1 1 Cálculo de GeN CoN= 234-80 = 154 mg/L Ce = exp ( -Krt) Co CeN = e-o.54ooxs 154 feN = 5.71 mg/L 64 En resumen, del modelo de diseño adoptado, se obtuvieron los parámetros detallados en el siguiente cuadro, los que se utilizaron para la construcción del HAFSS: Cuadro V-4 Parámetros de diseño del HAFSS Parámetro Condición Área su erflclal 3m2 Lar o 3m Ancho 1m Profundidad del humedal artificial 0.8m 3:1 Profundidad del a ua 0.5m Matenal granular o sustrato Arena gruesa Confitillo 3/8" Porosidad del sustrato 38% Es esor del sustrato 0.6m T1em o de retención h1drául1ca TRH) 6d Ve etac1ón Totora (Typha domingensis Pers.) Dens1dad de s1embra 3.3 planta/m2 c. Construcción del Humedal Artificial de Flujo Subsuperficial (HAFSS) La construcción del HAFSS se realizó durante cuatro meses, de agosto a noviembre del 2013, en función a los parámetros de diseño señalados previamente. El largo fue de 3 m, el ancho de 1 m y 0.8 m de profundidad total. Se ubicó cerca del "Tanque 6", porque desde ahí se alimentaba el afluente a tratar en el HAFSS. Primero, se realizó la excavación de la zanja, la cual se recubrió con una geomembrana de HDPE<2> de 4", cuyas dimensiones fueron de 6 m x 3 m aproximadamente. Después, se implementó el sistema de recolección, conformado por un tanque de almacenamiento final y una tubería de recolección del efluente tratado por el HAFSS. Como tanque de almacenamiento final se instaló un tanque ROTOPLAST de capacidad de 250 L, el cual se ubicó en la parte posterior al área del humedal. La tubería de recolección fue de material de PVC de ~" de diámetro y se le hicieron agujeros de aproximadamente 2 cm de diámetro distanciados cada 20 cm en función del largo, a fin de recolectar el efluente tratado. Esta tubería se instaló en el fondo y a lo largo del HAFSS, y se conectó directamente con el tanque de almacenamiento, mediante una unión en "T" de PVC. A continuación, se procedió a rellenar la zanja con el sustrato, el cual estuvo conformado por dos lechos de diferente material. Se comenzó a rellenar con una capa de confitillo de 3/8" cuya profundidad fue de 0.3 m (segundo lecho), luego se colocó una capa de arena gruesa de profundidad de 0.3 m (primer lecho). 2 ( l HDPE: Polietileno de alta densidad 65 Por último, se implementó el sistema de distribución del afluente, conformado por un tanque de almacenamiento inicial y tres (03) tuberías de distribución. Se instaló un tanque ROTOPLAST como tanque de almacenamiento inicial de capacidad de 250 L, el cual se ubicó en la parte superior del área del humedal, desde el cual se alimentaba frecuentemente el afluente a tratar proveniente del "Tanque 6". Las tuberías de distribución fueron tres (03) tubos de PVC de%" de diámetro con agujeros de 0.5 cm de diámetro distanciados cada 20 cm en función al largo, a través de dichos agujeros se distribuyó uniformemente el afluente a tratar. Estas tuberías se instalaron paralelas entre sí, encima del primer lecho y se cubrieron con una capa de piedra chancada de %" de 5 cm de altura, sobre esta superficie se sembró la vegetación emergente. La especie empleada como vegetación emergente fue la Typha domingensis Pers., conocida comúnmente como totora. Para su identificación, se consideró en primer lugar, que era una especie nativa y de fácil acceso en la zona de amortiguamiento del Refugio de Vida Silvestre "Pantanos de Villa", donde se ubica la PTAR - lugar de desarrollo de esta investigación -, y en segundo lugar, debido a su alta capacidad para remover nutrientes y metales pesados en humedales artificiales, según la revisión bibliográfica consultada. La totora fue trasplantada desde una zona de totorales muy cercana al "Tanque 6"<3> de la PTAR, a través de plantones de 40 cm de altura de la parte área y 1O cm de raíces. Se sembraron 1O plantones distribuidos equitativamente cada 60 cm sobre la superficie del humedal artificial de flujo subsuperficial (HAFSS) de área 3 m2, haciendo una densidad de siembra de 3.3 planta/m2 . Dichos plantones fueron sembrados en la última capa de piedra chancada de %" del HAFSS, como se mencionó líneas arriba, que tenía una altura de 5 cm, a fin de que sus raíces queden protegidas. Por otro lado, a fin de proteger el HAFSS del ingreso de animales como perros que podrían dañar la vegetación sembrada, se instaló una malla de seguridad alrededor del HAFSS, de modo que aisle el humedal e impida el ingreso de animales y personas ajenas a la investigación (Anexo 6). Es importante señalar que, el tanque de almacenamiento inicial era alimentado con el efluente proveniente del "Tanque 6", a un caudal de 170 Ud. Asimismo, antes de desviar el caudal a tratar en el HAFSS, se evalúo el afluente con el fin de conocer su calidad inicial antes de iniciar el tratamiento (Anexo 3), y así poder comparar los resultados obtenidos de dicha evaluación con la calidad del efluente tratado, de modo que se pueda evaluar la eficiencia del tratamiento. Los parámetros físico-químicos analizados fueron: pH, T0 , turbidez, nitrógeno total, nitrógeno amoniacal (N-amoniacal), nitratos (N03-), fósforo total (P-total), ortofosfatos (P0 34 -) y anhídrido fosfórico (P20s). 3 El afluente que se trató en el Humedal Artificial de Flujo Subsuperficial (HAFSS) proven fa del 'Tanque 6", donde se almacena el efluente final la PTAR. 66 En la Figura V-1 se presenta una vista de perfil del HAFSS, y en la Figura V-1 una vista de planta del HAFSS, lo que se detalla mejor en el Anexo 9. 67 Figura V-1 Vista de perfil del HAFSS ....... _... .. _ alDD1...,_ r===::~__L---·~···--·-· Figura V-2 Vista de planta del HAFSS PLANTA DEL HAFSS ESC1f1S 68 d. Funcionamiento del Humedal Artificial de Flujo Subsuperficial (HAFSS) Previo a la descripción del funcionamiento del HAFSS, es importante señalar que el agua residual tratada en la PTAR de Esmeralda Corp S.A. C. mediante cuatro unidades de tratamiento (pre-tratamiento, tratamiento primario, tratamiento secundario y tratamiento terciario), proviene de diferentes fuentes, específicamente de cuatro actividades productivas desarrolladas en las instalaciones de Esmeralda Corp S.A.C.: agroindustrial, hidrobiológico, frigorífico e industria cárnica, tal como se señaló en la sección 4. 2: Marco Especial del presente documento, lo que influye en la calidad del agua residual que ingresa a la PTAR, de modo que las concentraciones de los diferentes parámetros que definen su calidad son variables. El funcionamiento del HAFSS se realizó en dos etapas: (i) periodo de arranque y (ii) periodo de funcionamiento estándar. El período de arranque se llevó a cabo durante tres (03) meses, desde diciembre del 2013 a febrero del 2014, posterior a la siembra de los diez (10) plantones de totora en la capa de piedra chancada del HAFSS. El objetivo de esta etapa era lograr la adaptación de los plantones de totora (vegetación emergente) al sistema de tratamiento, es decir, que los plantones se aclimaten a las nuevas condiciones brindadas. La etapa posterior, denominada periodo de funcionamiento estándar, se desarrolló durante seis (06) meses, desde marzo hasta agosto del 2014. En esta etapa se dio el funcionamiento normal del HAFSS, es decir, se inició el tratamiento del afluente a través del HAFSS, luego de la correcta adaptación de las totoras al sistema. En ambas etapas, el funcionamiento del HAFSS se realizó como se describe a continuación. El efluente tratado en la PTAR es almacenado en el "Tanque 6", desde donde se conectó una manguera para derivar el agua a tratar en el HAFSS, denominada afluente. El afluente que ingresaba al HAFSS era almacenado en un tanque ROTOPLAST, para ser distribuido uniformemente mediante una válvula de bola de PVC a un caudal de 170 Ud, esta válvula era controlada diariamente en forma manual por un operario. El afluente que ingresaba por la válvula y la conexión en "L", se distribuía uniformemente por todo el sustrato (conformado por un primer lecho de arena gruesa y un segundo lecho de confitillo) a través de los agujeros del sistema de tres (03) tuberías de distribución instalados encima del primer lecho del HAFSS. El tiempo de retención del HAFSS fue de 6 días, durante el cual, el agua permaneció en el sistema para ser tratada. Después de este tiempo, el agua tratada o efluente era recolectada a través de los agujeros de la tubería de recolección instalada en el fondo del HAFSS, descargándose posteriormente en el tanque de almacenamiento a través de una unión "T". En el tanque de almacenamiento, era tomada la muestra del efluente tratado para ser analizado en el Laboratorio de Medio Ambiente de la PTAR, cada 6 días (Anexo 7). 69 e. Monitoreo del Humedal Artificial de Flujo Subsupeñicial (HAFSS) El monitoreo del HAFSS se realizó desde diciembre del 2013 hasta agosto del 2014, durando nueve (09) meses, y los análisis respectivos se realizaron en el Laboratorio de Medio Ambiente de la PTAR de Esmeralda Corp S.A.C. Dicho monitoreo se desarrolló durante las dos (02) etapas de funcionamiento descritas en la sección anterior: (i) en el período de arranque y (ii) en el período de funcionamiento estándar. El monitoreo en el período de arranque del HAFSS se realizó durante sus tres (03) meses de funcionamiento con el objetivo de supervisar la construcción e implementación del HAFSS y el crecimiento de la vegetación emergente (totora), de modo que haya un correcto funcionamiento del sistema. Durante este período se analizó semanalmente la calidad del afluente y efluente en función de los parámetros físicos: pH, turbiedad y T0 • Asimismo, se monitoreó el crecimiento de las totoras, llevando un control del tamaño de cada uno de los plantones sembrados y los nuevos que brotaban. De la misma manera, el monitoreo en el período de funcionamiento estándar se realizó durante sus seis (06) meses de operación, a fin de determinar la eficiencia del HAFSS y controlar la calidad del efluente tratado. Así, se realizaron muestreos de frecuencia semanal del afluente y efluente para analizar parámetros físico-químicos, detallados posteriormente. Los parámetros físico-químicos evaluados se describen a continuación: • Parámetros principales: Se define así a los parámetros relacionados directamente con el objetivo de la investigación, tales como: nitrógeno total (Nt). nitrógeno amoniacal (N-NH4 +}, nitratos (N-N03-), fósforo total (P-total}, ortofosfatos (POl) y anhídrido fosfórico (P205). Para lo cual, se utilizó un fotómetro multiparamétrico modelo Hl 83224 de la marca HANNA, una caja de reactivos con 50 test para nitrógeno total rango bajo de la marca HANNA y otra caja de reactivos con 50 test para fósforo total de la marca HANNA. • Parámetros complementarios: Son los parámetros adicionales, que se analizaron a fin de complementar al análisis de parámetros principales, y asi obtener una visión integral del funcionamiento del HAFSS. Estos son: temperatura (T0 ) , pH y turbiedad. Para lo cual, se utilizó un peachímetro digital Hl 98128 de la marca HANNA con medidor de temperatura incorporado y un turbidímetro 2100N de la marca HACH. 70 VI. RESULTADOS En el Anexo 4 se presentan los valores obtenidos de los diferentes parámetros evaluados durante todo el periodo de monitoreo realizado al HAFSS. Y en el Anexo 5 se presentan los resultados de laboratorio de los parámetros principales, realizados en el último monitoreo al HAFSS. 6.1. PARÁMETROS COMPLEMENTARIOS 6.1.1. pH Como se puede observar en el Gráfico Vl-1, los valores de pH registrados en el afluente y efluente presentan un comportamiento irregular. Sin embargo, se registran mayores valores en el afluente, sobre todo en los últimos tres meses. Gráfico Vl-1 Variación de niveles de pH registrados 8.20 8.00 7.80 7.60 7.40 :I: Q. 7.20 7.00 6.80 6.60 6.40 6.20 .. -- ... - - 6.00 v v v v v v v v v o o o o o ..... o ..... .... . .v... . .v... . v v o o o o o o o !:::! !:::! !:::! ~ !:::! !:::! !:::! ~ !,.:.:_:! !,:.:._:! !:::! !:::! !:::! ('") ('") v 10 10 (O CX) CX) CX) o ~ ¡§ Q Q ¡§ ..... a; .~ ~ N .... N ..... ~ ~ ..... 10 N o N o .~.... o~ .~.... ('") 71 6.1.2. TURBIEDAD Como se puede observar en el Gráfico Vl-2, los valores de turbiedad registrados en el afluente y efluente presentan un comportamiento irregular. Sin embargo, se registran mayores valores en el afluente, sobre todo en los últimos cuatro meses. Gráfico Vl-2 Variación de la turbiedad registrada 14 12 10 .S.." ~8 ,N Cl l :.e.. ~6 4 2 o " CD ~ ~ ~ N ~ ~ N N N o N o o ~ ~ (") ~ Fecha de análisis 18.2i 18.2 73 6.2. PARÁMETROS PRINCIPALES 6.2.1. NITRÓGENO TOTAL (Nt) Los valores registrados de Nt en el afluente y efluente presentan un comportamiento regular, donde durante casi toda la operación del HAFSS el afluente presenta concentraciones mayores al efluente, lo que se refuerza en los últimos tres meses porque se puede apreciar una diferencia mayor (ver Gráfico Vl-4). En el Gráfico Vl-5 se puede observar el rendimiento obtenido del HAFSS durante el periodo de tratamiento. Finalmente, en el Gráfico Vl-6 se presenta el comportamiento descrito por los valores de flujo másico de N-total en función al rendimiento del HAFSS para este parámetro. Gráfico Vl-4 Variación de las concentraciones de Nt registradas 700 600 500 ~ DI E 400 ~ 300 200 100 o ", CD 1 1 111 1 1 ::::1 21/06/2014 en 1 111- ' 1 en ¡¡¡· 1 1 1 1 CD ¡¡¡· .' . :S 1 05/07/2014 -CD• ""1 :S 19/07/2014 1 • 1 : oª· 1 m Q. CD 1 02/08/2014 \ 1 z 1 1 1 -1 16/08/2014 ...._¡ 30/08/2014 01 1 13/09/2014 Gráfico Vl-6 Rendimiento del N-total vs. Flujo másico de N-total 100 80 ------------•-- -------•-- ---•- ---------. -----------------------•-- ---------· 60 ------~ ------•- ---------------------------------------------------------· e! • e. • 40 -----•-. --------------------------------------------------------------- · ~ --t •• • z 20 ---------•. ------------------------------------------------------------- · Cll -"C o e: o •• ·Cell • '6 e: -20 aC:ll -40 -60 ---- -- -----------------------------------------------------------------· -80 ----------------------------------------------------------------------- · 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 Flujo másico de N-total (mg/s) 76 6.2.2. NITRÓGENO AMONIACAL (N-NH4 +) Los valores registrados de N-NH4 + en el afluente y efluente presentan un comportamiento regular, donde durante casi toda la operación del HAFSS el afluente presenta concentraciones mayores al efluente, lo que se aprecia más en los últimos dos meses porque se puede existe una diferencia mayor (ver Gráfico Vl-7). En el Gráfico Vl-8 se puede observar el rendimiento obtenido del HAFSS durante el periodo de tratamiento. Finalmente, en el Gráfico Vl-9 se presenta el comportamiento descrito por los valores de flujo másico de N-amoniacal en función al rendimiento del HAFSS para este parámetro. Gráfico Vl-7 Variación de las concentraciones de N-NH/ registradas 800 700 600 ~ 500 Cl §. + ... :zI: 400 z 300 200 100 o v v v v v v v v v v v v v ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ o o o o o o o o o o o o o "o' !::::! !::::! !v::: :! !v:::: ! !::::! !::::! !::::! !::::! !::::! !::::! !::::! ~ ("') ("') l() l() e ~ ~ 1'- 1'- a. 1 'T1 CD ' CJ) 1 111 1 CJ) ::1 e!: 21/06/2014 ¡¡;· ~ ¡¡;· ' -:::::1 1 .~..- 05/07/2014 3 o:::::1 en 19/07/2014 1 Q. ~ z 02/08/2014 z1 1 :I: "" + 16/08/2014 1 1 ......,¡ 30/08/2014 (X) 1 13/09/2014 1 I Gráfico Vl-9 Rendimiento del N-amoniacal vs. Flujo másico de N-amoniacal 200.0 100.0 ---------. ---11-------- . --- lJ -------- - -------------------------. ------- ;e •!ttt.e •• • ~ ca 0.0 u ·eC:ll o -100.0 E z11 ' -200.0 Cll -"t:l o r:: -300.0 .CEll '6 -400.0 r:: aC::ll -500.0 -600.0 -700.0 • -800.0 ---------------------------------------------------------------------- 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 Flujo másico de N-amoniacal (mg/s) 79 6.2.3. NITRATOS (N-N03-) Las concentraciones de N-N03- en el afluente y el efluente presentan un comportamiento irregular, donde generalmente los valores del afluente son mayores al efluente, lo que se acentúa en los últimos tres meses (ver Gráfico Vl-10). En el Gráfico Vl-11 se presenta el rendimiento del HAFSS en términos de N-N03- obtenido durante el periodo de tratamiento. Finalmente, en el Gráfico Vl-12 se presenta el comportamiento descrito por los valores de flujo másico de nitratos en función al rendimiento del HAFSS para este parámetro. Gráfico Vl-10 Variación de las concentraciones de N- N03- registradas 2800 2600 2400 2200 2000 ;¿ 1800 Cl §... 1600 ~ 1400 z 1200 1000 800 600 400 200 o .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... .... ;; ~ o ;; ~ ~ o ;; ;; ;; ;; ;; ;; ;; ;; o !:::! !:::! !.:.:.:.! 55 !:::! ¡a !:::! !:::! !:::! !:::! !:::! !:::! !:::! M M 10 o « ~ ~ e § ~ ¡::: e > 1o' - 1o' - e00 e00 00 m N § ~ in a; N «> ~ ~ N ~ ~ N o N o ~ o ~ M ~ Fechas de análisis 80 Rendimi~to (%) o, ¿, N ~ 1\J o ~ o o o o o o oo o o o o o o 15/03/2014 - 1 ~ 1 G') 29/03/2014 • ... 1 1 1»• ~ C') 12/04/2014 1 .. o 1 1 < ..1a . ..a. 26/04/2014 1 11 1 :::0 C'D :S c. 10/05/2014 l . 1 1 3 ¡· .:So.. 24/05/2014 1 \ 1 1 c. !.. 'T1 1 CD (') 1 ::I: ;:r 07/06/2014 1 )> DI ' Q. 1 'T1 CD 1 C/) DI 1 C/) 1 ::J !!!: 21/06/2014 1 C'D ¡¡¡· 1 1 :S ¡¡¡· 1 .... 1 C.'.D · 1 05/07/2014 1 3 :S o 19/07/2014 • 1 en 1 1 c. C'D z 02/08/2014 1 1 • 1 1 .o z .. 1 1 1 16/08/2014 30/08/2014 CX> ~ 1 13/09/2014 Gráfico Vl-12 Rendimiento del N-nitratos vs. Flujo másico de N-nitratos 200.0 100.0 --------- ~--.--------tr---.--------- .. ------------------------ ~---- ;e ~ -Ul 0.0 ·-'·o ~'· .. -~ ·¡: z -100.0 .--------------------------------------------------------------------- Cll 'O .eS: -200.0 ·Cell '6 e: -300.0 Cll a: -400.0 -500.0 ~-------------------------------------------------------------------- -600.0 --------------------------------------------------------------------- 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0 14.0 16.0 Flujo másico de N-nitratos (mg/s) 82 6.2.4. FÓSFORO TOTAL (Pt) Los valores de Pt registrados en el afluente y efluente describen un comportamiento irregular como se puede observar en el Gráfico Vl-13, donde la mayoría de concentraciones del afluente son mayores a las del efluente. En el Gráfico Vl-14 se presenta el rendimiento obtenido en el HAFSS en función del Pt. Gráfico Vl-13 Variación de las concentraciones de Pt registradas 18 .. 16 14 ~ 12 Cl ..5.. a. 10 8 6 4 2 o " ' 1 :S 1 "T1 !!!: 10/06/2014 ¡¡;· CA ' 1 ¡¡;· 1 CA (1) ::S 24/06/2014 \ ..... 1 1 CD. • 3 ::S 08/07/2014 1 \ o t/1 Q. (1) "ti 22/07/2014 1 1 ... 05/08/2014 1 co ~ 19/08/2014 6.2.5. ORTOFOSFATOS (P0 34 -) Las concentraciones de P0 34 - en el afluente y el efluente presentan un comportamiento irregular, generalmente los valores del afluente son mayores al efluente, lo que se acentúa en los últimos cuatro meses (ver Gráfico Vl-15). En el Gráfico Vl-16 se presenta el rendimiento del HAFSS en términos de P0 34 - obtenido durante el periodo de tratamiento. Gráfico Vl-15 Variación de las concentraciones de P0 34 - registradas 60 50 20 10 o ..,. ..,. ..,. ..,. ..,. ..,. ..,. ..,. ..,. ..,. ..,. ..,. ..,. ~ ~ ~ ~ ~ o o o o o o o o o o o o o ~ ~ ~ (") (") ..,. ~..,. ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ l{) l{) (!) (!) o 1'- 1'- 00 00 ~ !2 !2 !2 ~ o ~ ~ !2 !2 l{) m N § ~ ~ ~ N ~ ~ N ~ N ~ N o N o ~ o (") Fechas de análisis 85 o o Rendimiento(%) ~ ~ 01 o ¿, ~ ~ 01 o 01 o o o o o o o 18/03/2014 G) 01/04/2014 -~ 1»• ñ' o 15/04/2014 1 \ -S 1 en :::u 29/04/2014 1 .. CD :S c. 3 13/05/2014 1 \ ¡· .:o. S.. 'T1 CD g. c. 27/05/2014 !. DI c. ::::t CD DI > ::::1 en ¡!!¡!;:· 1 0/06/2014 "en" ¡¡;· o CD :..S.. 24/06/2014 1 1 1 1 CD• ~ 3 : 1 o o S 08/07/2014 1 1 fA c. CD 22/07/2014 1 o 1 1 1 "o' ~ ';" 1 1 ~ 05/08/2014 co O> 19/08/2014 6.2.6. ANHÍDRIDO FOSFÓRICO (P20s) Los valores de P205 registrados en el afluente y efluente describen un comportamiento irregular como se puede observar en el Gráfico Vl-17, donde la mayoría de concentraciones del afluente son mayores a las del efluente. En el Gráfico Vl-18 se presenta el rendimiento obtenido en el HAFSS en función del P205. Gráfico Vl-17 Variación de las concentraciones de P20s registradas 40 35 30 :::¡ C,25 g q",' 20 Q. 15 10 5 o v v v v v v v v v v v v o o o o o ~ ~ o o o o o o o ~ ~ ~ ~v ~v ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ("') ("') ll) ll) o o ~ 10/06/2014 " !!: e TI ¡¡¡· en n ¡¡¡· C1) :;:, 24/06/2014 -Cl>• ~ 3 :;:, 08/07/2014 o t/1 ,Q. C1) 22/07/2014 "o' "' 05/08/2014 (X) 19/08/2014 (X) 6.3. EVOLUCIÓN DE LA TOTORA EN FUNCIÓN DEL RENDIMIENTO DEL HAFFS Durante el período de arranque y los tres primeros meses de funcionamiento del HAFSS (marzo hasta mayo) se llevó un registro de las alturas alcanzadas por los plantones de totora y de su densidad (Cuadro Vl-1). Esos datos se compararon con los rendimientos registrados para cada parámetro principal evaluado (Cuadro Vl-1 y Anexo 8) Cuadro Vl-1 Cuadro comparativo de las características de la planta y la remoción de nutrientes. 14/12/2013 44.60 21/12/2013 49.80 3.33 76.9 76.6 76.8 44.7 44.1 28/12/2013 50.91 3.67 NR NR NR 33.3 31 .9 32.4 04/01/2014 56.27 3.67 NR NR NR NR NR NR 11/01/2014 53.79 4.67 NR NR NR NR NR NR 18/01/2014 63.94 5.33 NR NR NR NR NR NR 25/01/2014 67.56 6.00 NR NR NR NR NR NR 01/02/2014 59.72 8.33 NR NR NR NR NR NR 08/02/2014 55.19 10.67 NR NR NR NR NR NR 15/02/2014 55.30 12.33 NR NR NR NR NR NR 22/02/2014 56.86 14.00 NR NR NR NR NR NR 61 .67 15.00 NR NR NR NR NR NR 66.55 15.67 -4.0 78.10 97.10 -6.0 56.1 -36.0 74.13 15.67 33.0 -665.20 -115.60 20.0 44.5 28.0 81 .32 15.67 -63.0 56.20 -484.80 -100.0 -107.7 -20.7 88.77 15.67 37.5 37.50 37.70 13.3 16.5 16.2 92.02 16.33 37.50 7.60 6.70 18 19.6 20.1 97.32 16.67 7.40 8.30 8.40 25.5 26.7 25.7 104.30 16.67 8.50 9.00 9.70 33.3 35.4 36.1 111 .36 16.67 10.30 16.00 16.00 13.8 13.8 14.1 117.58 16.67 17.00 25.20 25.10 11 .1 11 .6 11 .8 123.70 16.67 25.30 20.20 19.80 16.5 16.5 16.5 130.08 16.67 30.00 44.90 45.10 18.5 40.8 29.9 142.24 16.67 51 .70 50.00 49.70 44.4 24 33.3 Nota: Periodo de arranque del HAFSS NR: No se registra dato. 89 Gráfico Vl-19 Gráfico comparativo de las características de la planta vs. remoción de nutrientes. 200.00 100.00 .;:··.·· ··. ··:. .. .. 0.00 -100.00 -200.00 --------------------------------------------------~--,----,------------------------------------ \ ! f , . -300.00 --------------------------------------------------~---~-- =------------------------------------- . . .. -400.00 --------------------------------------------------- ~ - i- \-r ------------------------------------- -500.00 --------------------------------------------------- ~: - ~. --~-------------------------------------- . . -600.00 ----------------------------------------------------~..- ----------------------------------------- ¡ -700.00 "' "' "' "' 'N"LE-411 Solicitante: ESMERALDA CORP S.A.C. Domidlio Legal: Panamericana Sur Km. 18.S Chorrillos Tipo de Muestra: Agua de Efluente Industrial Plan de Muestreo: Solicitud de Análisis: ABR-463 Procedencia de la Muestra: Planta de Tratamiento AA.RR. Fecba de Iugreso: 2012-04-30 Código ENVIROLAB PERU: 1204463 Referencia: Cotización 126S4 Fec:ba de Muestreo: 2012-04-30 Código de Lab.: 1204463-01 Descripción: Tanque I Aa61iab Método Resultado Ualdad Fecha de de Refereacla Cautlllracl6a Aa6u.il DBO, EPA405.1 26 mgiL 2012-04-30 N - Amoniacal SM 4500NH3-F 0.01 248.3 mgiL 2012-05-10 N- Nitrato EPA 352.1 0.05 0.23 mgiL 2012-05-07 Sólidos Totales en Suspensión SM2540-D 8 mgiL 2012-05-{)5 +Sólidos Totales Vo16tiles ea Saapeaaióa SM2540-E 5 mgll.. 2012-05-06 •Collformes Termotoleraates SM9221 E. l 13 NMPI100mL 2012-04-30 •courorma Totales SM9221 B ~ NMPI100mL 2012-04-30 ••Nitr6geao ()rc6aico SM 4500 NH3.C 0.10 9.07 mg iL 2012-05-09 Fósforo Total EPA200.7 0.01 19.77 mgiL 2012-05-10 ••• "N.D." SigJiifica No .De1l:ctable al nivel de cuantificación indicado. Condición y Es1lldo de la Muestta Ensayada: La muestra llegó peservlda al J..abcnlorio. Nota: La fcc:ba de muestreo es elido propon:i008do por el Cliealie. ¿~ ~ ENRIQUE QUEVEDO BACJGALUPO Jefe de Laboratorio C.I.P. N" 661 8 Lima, Perú, 2012-05-14 Noca: -Los re&Uitados presem.dos corresponden sólo a la muean indicada. • Los m~ en lao mariz iodicada no ban sido -=dit8dol por el SNA. • Los métodos subcontndados en lao matriz indicada, soo acmlitMos por el SNA. •• Los tMtodos subc:ooiJiiladus en la matriz indicada, no J.. sido ecrcdiiMol por el SNA -Estos resullados no deben ser utilizados como una certiticxíón de conformidad ooo DIJI1IUIS del produciD. -Dependiendo del ~ a ser lll8lizado las muestras 1mddo un tiempo de custDdia máximo de 7 dlas caleDdario desplá de entregado el Informe de Elwoyo. P~SCI /2 Av. la Marina 3059 San Miguel - lima 32 PERU Telf: (511) 616-5400 Fax: (511) 616-5418 E-mail: envlrolab@envirolabperu.com.pe Web: www.envlrolabperu.com.pe ENVIROLAB PERU S .A.C. ., · Environmental Laboratories Perú S.A.C. INFORME DE ENSAYO N° 1204463 METOOOS DE ENSAYO D~manda Bloqufml~a d~ O:úg~ao EPA METHOD 405.1 600/4-79-020 Revised March 1983 (DBO/DBO Solabl~) Biochemical Oxygcn Demand (5 Days, 2o•q N-Amoniacal SM METHOD4500-NH3-F. APHA,AWWA,WEF21stEd2005 Phenatc Method EPA METHOD 352.1 600/4-79-020 Revised March 1983 N-Nitrato Nitrogen, Nitratc (Colorimctric Brucine) Sólidos Totales en Suspeaslón SM METHOD 2540-D APHA,AWWA, WEF 21st Ed 2005 Total Suspen~ Solids Dried at 103- 1os•c Sólidos Totales Volatiles ea Supensión SM 2540 E Fixcd and Volatile lgnited at 550"C. Standard Methods for Examination of Water and Wastewatcr. APHA, AWW A, WEF 21st Ed 2005. Nltrigeoo Orghko SM 4500 NH¡ - C "Titrimctric Method". Standard Methods for Examination of Water and Wastewater. APHA, AW W A, WEF 21st Ed 2005. Fósforo Total: EPA METHOD 365.3 600/4-79-020 Revised March 1983 Pbosphorus, All Fonns (Colorimetric, Ascorbic Acid two Reagent) 1 ~f!!!Y \ ENRIQUE QUEVEDO BACIGALUPO Gerente Genc:ral Jefe de Laboratorio C.LP. N°6618 Lima, Perú, 2012-05-14 Pap2 / 2 Av. la Marina 3059 San Miguel - lima 32 PERU Telf: (511) 616-5400 Fax: (511) 616-5418 E-mail: envirolab@envirolabperu.com.pe Web: www.envirolabperu.com.pe ANEXO 3 Resultados de laboratorio del análisis del afluente previo a funcionamiento del HAFSS LABORATORIO DE ENSAYO ACREDITADO POR SERVICIOS ANALITICOS GENERAlES ..... EL SERVICIO NACIONAL DE ACREDITACIÓN BRII INDECOPI - SNA CON REGISTRO No LE-047 Reg1stro N" LE- 047 INFORME DE ENSAYO N° 08264-2014 CON VALOR OFICIAL RAZÓN SOCIAL : ESMERALDA CORP S.A.C DOMICIUO LEGAL : AV. AUTOP. PANAMERICANA SUR KM. 18.5 MZA. G, LOTE 01 -B Z.l. LA CONCORDIA SAN JUAN DE MIRAFLORES SOUCITADO POR : ING. UDIA ZEVALLOS REFERENCIA : CARACTERIZACIÓN DE AGUA RESIDUAL TRATADA - PTAR PROCI!DI!NCIA : SAN JUAN DE MIRAFLORES FECHA DE RECEPCIÓN : 2014-Ql-20 FI!CHA DE INICIO DI! ENSAYOS : 2014-Q1-20 MUESTREADO POR : SERVIOOS ANAÚTICOS GENERALES S.A.c .<•l 1. METODOLOGÍA DI! ENSAYO: i-· ensayo ·-·-·-·····-··-····T···--------·-··-.. ·-··-·;:;;¡;;¡~····-···-···-· · .. ·-·-·· --j,_ __L_ .c_._ _- jr··=~-nl-da-d~-~=]. i --·-- -----·-··--···-··-r-··--· ·---·-·····-··-·-····-··-····--··-····-.. ·-··-·-· ' l j EPA-821-R-10-001 Method 1664 Rev. B. N-Hexane Extractable j i . (HEM) !i Material (HEM; 011 and Grease) and Slllca Gel Treated N- j _ mg/L ; ¡Aceites Y grasas Hexane Extractable Material (SGT· HEM; Non-polar Material) by !¡ 1 00 1 . ¡ Extractlon and Gravlmetry. 2010 , ; ;.. .. ----·-··-··-··-··--·-----·----·-----"""!----· ·- ----------.. --4-- iAicalinldad (al carbonato, bicarbonato) ¡ SM 2320 B. Alkallnlty. Tit:ratlon Method. 1 1.00 ¡ CaC03 mg 1 L • rc,~ro";·-·-·----- ·--.. ·---r-· sM-4500-a:a:-c:hi;td-;;:-;;;:;;;~~;:;;-etri~~ - 1.00 .r.=~:~¡=-;;;:L~c:=::::¡ 1--·---··-···--·-··--···-·------.. ·--·-·-···-t-·· - -- -----·-···-··-··-··-··-··- ·- ·· ! 1 !Demanda Bloqulmlca de oxígeno (D80,) ¡ SM 5210 B. Blochemlcal Oxy!;;. oemand (800). 5-Day 80D 2•0 ¡ mg/L ¡ i- ---.. - ·-·-····. . ·····--------·--·--·-····-Í-·-------·--·--··---··-······-...... _.. ............. ,_...... 1 - ·····---.. -l l o nd Q ¡ lea d ¡ (DQO) l SM 5220 D. Chemlcal Oxygen Demand (COD). Closed Reflux, ! lO O '¡ mg/l J ¡ ema a u m e ox geno ¡ Colorimetrlc Method. ¡ · ¡ ~----------·---·-.. -- .. -· •_ ___ .. _ ..... ,_. . _ .. _,_ ____________________, 4. ..... ---· ··-----1--·-------i jCaldo ( Dureza cálcica) [ SM 3500-Ca B. Caldum. EOTA Titrimetrlc Method. [ 1.00 ( CaC0 mg/L ii -·-------------------··-··---.,-·--- -----·-·---·-··---·-·--····--·--.. ---.. -·-- 3 t- l j EPA·SW-846, Method-9065. Phenollcs (Spectrophotometrlc j O l ¡Feno es ¡ Manual 4-AAP with distillation). 1986 i ·0 01 ! mg/l l ..... _____, __ , ............ _ .............. -·····------ --··-······-·-····•·············-····---- -------·-·····-··-···. . ··-··········-·-···-.. - ······-- .....· ····- - ---+--------j !Fiuoruros ( F ) 1 SM 4500-F- B, D. Fluorlde. SPADNS. 2012 ! 0.10 ¡ F mQ/L !--···-··----··-·r·o-·;-·---··-·-.. ···-.. -·-----·-··-·--·-··-!Fosfatos ( 3 ) l ······-.. ····-···-·-.. ·-·· ----·-·--·······-··--·---···--·-···-·-+·-······· ··~!- -- -=--""1 SM 450Q-P E. Phosphorus. Ascorblc Acld Method. ! 0.030 1 ro.-• mg/L -~-------------·---- ···-··-··-t··------ ·- ,t-1 - -------j ~ Nitratos SM 4500-NO,- E. Nltrogen (Nitrate). Cadmlum Reductlon 1 0.03 l NOi _ N mv/l ~~~:_ ~-==~±_~:;·:,~~~ª~;~ ' ::-~~~ i sultatos i SM 4500 so;· E. SUlfate. Turbldlmetrlc Method. 1.00 l so. • mg/L J ls~!ft;;.;;;-·-·-·-··-----------······-·-··-¡-.. -· SM 4500 52: o:··S·~j(j,j;,· ·;;;t;;-;¡;;,;-.;;;-,;;·~. 0.002 S" mg/~·-- ! ic~ductlvldad (medldón en campo) .. - .. -·---¡-- ·--SMiS:Io B. Conductl~i;~~~-;;;¡;-;;-.¡~- 1 1.0 .,s.tan j····----····-·-·---------··-·-·-·-¡--··;¡-;;¡·:¡soo:oG . Oxygen (OI;;;i~ed) . Memb;:;;~;-Ej;ct,:;;de-"1 lªZ~~~~:;;,~=t=.;~~~::~~+-- .., :~; -4 ¡·*l'eStié'íd'a"'SCJ,.gaooao-riifos·{POtn--·--··-·-·-·--¡-··-·--------··---··-- ·-··-···-······-----·- 1 ----1 ¡ -·- .. ··-·· .. ______) EPA Method 82700, Rev 4. Semlvolatile Organlc Compounds by¡____ _____¡ __~-~ ~anorosror.;aosl~S(5rry-- ¡ Gas Chromatography/Mass Spearometry (GC/MS). 2007 ¡ ¡ ug/L l ~ ·-··-·-··--·--··---·-·---+--··- --·-··-·-···-··--·-·-·· ~ : J ! i EPA Method 82700, Rev 4. Semlvolatlle Organlc Compounds by i 1 j*Carbamato (Aidlcarb) j Gas Chromatography/Mass Spectrometry (GC/MS). 2007 ! 0•03 ug/L ! '------.. ·-·-----··-·-····----------·-·-·----- ·-·---------·-·--'·-··-··----7"1~--=-----' L.C.: Umite de cuantiflcadón. (1) Toma de muestra de acuerdo a plan de muestreo NO 08264 y procedimiento PL-009. ' El metodo indicado no hl lido eerlldltedo por INOECOPIISNA SM: Stand•d ~lhods lof .._ Eufn6nl;tjgn ol Wa1er and Wasa.wa&llt. (SMEWW).-APtiA-A'NWA-WEF. 22nd Edhlon 2012. - EPA: U.S. Erwfronmenlal Protec::tlon Agency • ASTM: Americen Sodety t>' Tesling and ldatenats - HTP! Noma Til<:nK:a Pwuena OBSERVACIONES: Est6 pronibldo '-r~ pwc;.l o toUII del preunW !iocumenlo a tMnos que IN baJO la autonz.aciÓn ncrill de Servicios Ana:lllcos Gtrwnalft S. A C .. ~ es va!ido paca las rooesi'al t11fatidas en el presente L-~orme. lM muetns Mr6n conHI'Vadas de aeaetdo .. oerioeo de peredtiXJed del ~rimetro anafitado can un mAximo de 30 dlas Q!endarios de hebet ingreYdo la muestra al laboratorio NOTA: Los resu~ados de los ensayos no deben ser utilizados como una certificación de conformidad con nonnas da producto o como certificado del sistema 1M calidad da la anUdad =~~ce. Av. Naclonn Unidas N• 1565 Chacra Rios Norte - Lima 01 - Perú Central Telefónica: 511-425- 1 Website: www.sagperu.com E-mail: sagperu@sagperu.com, laboratorlo@sagperu.com LABORATORIO DE ENSAYO ACREDITADO POR SERVICIOS AHAUTICOSGENERALESu.c. EL SERVICIO NACIONAL DE ACREDITACIÓN ..... :. INDECOPI - SNA .., ... CON REGISTRO No LE-047 SW ORKJjG FOil YOO Registro N' LE · 047 INFORME DE ENSAYO N° 08264-2014 CON VALOR OFICIAL IJ, RESULTADOS: ¡-····. . ···-·····-.. ·-·--·---·--·-·. . ···---·----··-··· .. ···--··- ·------¡ Agua Residual Agua Residual ~-------¡ I. ..................... - ..... _,_. . ,. ............. ~M-a~trtz~ a~na~liz~a~da~ ----.. ··-······-....... ,_,. ___ J_ A_t ¡ gua ~ Resi~dual ---·-l-¡ Ag·_ua: R_es~idu--a·l· ···-1--~.~~~. ...._ ....J ¡ ....... ¡ e~:::~:=:~~~~~:=::::=:::H:~o~r:a:~ ::~~~i: -··-·····--·. ... - .... ,_. ..................d...e. _ Ini_c ~io~d me um~ue!s~tre~o~ =~~:~~~:~=~=::=~..r==~~4-01 ·20 _[_ 20:_4_.~~~~~::=~~==:-=~~==J ___ ,.,,,_ ,,_(,,h,,)• . .•.. ,_,..,, .., . ....• ___. .... _,,_._ _. 1J- ____1_2_:1_0_ ___, i: ._,_,,, 1...2.. -:1.0-- --···-·¡- - --·-··-·-·-·-··.....ri ¡ Coordenadas ! 0284682E ¡ 0284682E L i UTM WGS 84 !· .. ···--- -... - .......- ..... - ;.. .. - .. - ............. _ __ . -----------!¡ ¡... ...... ----·-·-·----·-··-· Altitud (msnm-) ·-··-·····-···"''"-'"'"-.. ----·---·---~- ---!.~.?2.8: .?!~. .......- ~···-··.!~..?-~~~=---! ! ¡ 1 28 i ---- ¡ !. ...... --·-.. · -·-----·-· - ....... ---·-····--------·t·------·---¡ - .. ·-··--······--·--·-¡-------¡ ¡ Sllterta 3 de la ¡ Sllterta 3 de la ; ¡ Desclpclón del punto de muestreo ¡ planta de i planta de ! ¡ jtratamlento de a9uas! tratamiento de ! ¡ ¡ residuales ¡ aguas residuales ¡ ¡ :--···--··-----···-········-···---....................................................... - ........... - ....................... .¡... ............... -·-·-··--···-· ·~----·--.. ·-··--·-·.¡_.,_ ___ .. ______,,,. ............... , j condldones de la muestra i Rperferisgeerrada y 1 Refri¡ i vada ¡ presgeerrvaaddaa y ¡ Rpef¡ rerisgeerrvaaddaa y ¡ ¡ ¡.. ... -----------,. ......... - ........... - ............., ___________ ,_ _ , ........... t····""""'""""""""""'"""""'"""'""-·---..· -----·----¡----··· .. ·- .. - ............_ .¡ i--------------¿ó~~~:;;~::ri;---··----··-·-··-······f""' ' '"''~1~;~;.7~8·· ·--· .. ··~-· ~::~ ~--~~;~;~!._. _¡ t~~~ Y :~~~~~~~sayo~::~~~=:~~~=:::~~===t~:~~~~::~~=:::~.T=::=:=~~~~i=::=~~::c:.=:~~z.~---r.~~:=;¡~~~] i~.r.callnld~~J~!_carbonato) ,_,_,. .............. _. ___ ,.. L. .... Ca~~~g l_~ ........ i. ........... _.. ~ .l:.?.?. ................ L... ____ ,~!(_ ___ L .. _ .. JIII ___J !Alcalinidad (al biCarbonato) i caco, mg / L ! 313.87 Í /11/ ! //// Í ¡·¿;~;;-~·-·-···-··-·--··-·------·-·---·-······· · ·-....... t.. · ··-··-c¡~-;;;~ · ¡..- ¡_-· .. -...¡ ·--·-·--·1·1o2'··-·.. -·····r .. ·-····· ·····¡¡¡¡-----~---,¡¡¡-· .. ---1 ~~~~~~~F~~t~,~~ !~:::-'?~ ... ) ... ..... ~::::~: : =~~~=F==~~E~·~~==r~::~·--=·-·r--~~~~=~T=~~::~F-==1 t~.!~~. ........................ ................... - ··-----.. -~---··-····-I ... -.~ª;.:::::~:~~L·¡-·-=:~.818 J._ _ ¿~r.. .. ~:::~:=I=:::~=i.I!.!..::::J [~~~~?.~~~~i:=:::=~:::=:~====~:~~~=::=:~~~~]i~ ~J=~~~:;;!_ ___,t _ ___ ~~-·=:=:=:t:=::==?~t~=::==l !sulfatos ¡ 504 mg/L 1 626.25 ¡ 1111 l <1.00 1 ~ ~:=::=::=::::~:=:==~=::=====---l--=::=:~:~9!..~:. . ~~--- <0.002 <~~==::::t:::~~=~ JZv==~ ~~d (medldó~~~~.2 .. _...... ¡ ....... .P..~?.:" 5210 //// -----~----.. - 1111 --- 1 !Oxígeno DiSuelto OD (mediCión en campo) . 0 2 mg 1 L 1.37 1111 ¡ 1111 ¡ lpH (medidón en campo) .. --·--·-----¡--·····u;;¡;:¡:·;.:;·---· 7.48 1111 ·- - ·. ... T. .........._ ..i í/1""""'""-¡ ¡.¡.;;.,peratura (medidón en ca.;;¡;:;;¡-···-· .. -----·¡·--·-~-¿-·-··---¡ 25.8 ¡ 1111 .....- ....r -.. ·--¡¡¡¡·-·-·¡ ~jNum6eradó~n de~ Coli~forme~s Fec~ales =:~~=~=~=-.~~±--~~ft?~~:~~j:=:===~~==:t._ .. ,_ .. ~~~t=---1~-~:=3J!z -=j 121 ¡ NMP /100mL ! <1.8 ¡ <1.8 ¡ 1111 l rÑ-;~~-~dó~-d;C~tit~-;;·;·:rc;t;;¡;;-··-·· ·-··-·- E Ñ;p··¡·loo;·L· ··-·T-···-· ·- ···13---·¡----1-;-·~· ....· -·¡···-···---¡¡¡¡--·-·¡ !LN -u··m-·e·r-a·d-ó··n- ---··-··de Enter·o-·c·-o·c-os- f-ec·al-e·-s· ···-···-···-·-·--f-i- --··N-M··P-/·1·- O--O·m··-L· ---1l· ··--·-·- ··-<·-1 .-8 ---·:i -+--··-·-···-----·i 1111 1 1111 j ¡~~~o cholerae · --··-~::::=::=::=:==~=--·--r--~~~~~~:=:I~~~=~~~send! ..... :.. .. i 1111 --·-r·--~~:~!.!/1·--·-· Medición de conductividad y pH realizada a 250C. (2) Coliformes Fecales es lo mismo que coliformes termotolerantes . ...... ¿(..~§. __ _ Biga. Manna Vargas Cornejo .ffE~LAIOWIRl~ CB.P.N-10135 SEIMCIII Wl.incos GE11ERA1.B W:. ·El metodo incicado no ha lido acreditado por lNOECOPliSNA SN: Standard tJte(hods fof l'le Eurmnalion ofWater • nd WMiewa6er. (SMEWW).-APHA-AWWA-WEF. 22nd Edition 2012. ·EPA: U.S. Envlronmental PYOOtcsbn Agency • ASTll: Amer.caJ Sodety tor Testing and ~s • HTP: Nonna T6cl'llea Peruana OBSERVACIONES: Esli protnbtdo la re:noduccitn parNt o totel del presente doC'o~m«tnto a menos~ sea bajo la atrtoriz.acló!l natt. de 5erviclos AnalfCicos GSf\entles S. A C .. Solo es válido pata 1as mu&ruas roferlclas en el presente rt.orme. la& muestras aerin conaervr.laa de ~ al oeriodo de peredbllldad d.t par4metro analiZado CO"' un maxtmo de 3D dl11 calendarios de hlblr lngrelad'o la mu81tra al !abora" rio NOTA: 3 Los resultados de los ensayos no deben ser utilizados como una certifK:ación de oonformidad con normas de producto oc omo certificado del sistema da calidad de la entld~~uce. Av. Naciones Unidas N• 1565 Chacra Ríos Norte- Lima 01 .. Perú Central Telefónica: 511-42 -7227142 6 re r' . 11 Webslte: www.sagperu.com E-mail: sagperu@sagperu.com, laboratorio@sagperu.com ANEX04 Valores obtenidos durante el monitoreo al HAFSS ANEX04a Matriz de valores registrados para cada parámetro analizado MONITOREO DEL HAFSS Análisis Unidad Rendimiento(%) Temperatura •e pH Turbidez NTU N total mg/L o rfii N- mg/L amoniacal z Nitratos mg/L (N03.) Fósforo mg/L total (Pt) mg/L 30/11/2013 2.63 L 'J'l_/2.J" 21.4 ~ 43·9 28/12/2013 13.6 o ../ o1/2v 9·2 32·4 04/01/20' 12.2 l 08.0',3.11_ 10-4 \J8¡u,fLVI't 15·4 18¡u,fLVI't 21 -36 18/03/2014 5 .<.hn· 5.8 29/03/14 (*) 7 -20.7 29/03/2014 13.6 05/04/2014 11.4 16.2 05/"4/2(l1A 11.8 12/04/2014 9·4 20.1 25.3 18.8 25.7 1• •h 19-4 30/04/2014 12.4 36.1 30/04/2014 18-4 03/05/2014 15.8 14.1 03¡v5/2v 18.7 10/05/2014 16.5 11.8 Anhfdrido 10/05/20' 19·4 17/05/2014 16.2 16.~ fosfórico mg/L lffV)f.<~l't 21.1 -~1[0sJ2~ 14.8 29·9 (P205) 15.6 V, f\J6¡LVI't 10.4 33·3 ,,/n<.h 22.8 ''t/\J6/2v•'t 12.7 44·3 14/06/2014 22.5 21/06/2014 11.5 48·9 21/'l6/20' 35·7 .•. LUfVVfLV 17·3 51·5 ~RinF.hn1A 28.8 05/07/2014 9·7 66.3 V){Vfi. /21'' 2.5 75·7 23·3 •'- 1F./nRhn1. 26.5 .. 4·8 79 5·3 80 23/08/2014 23·5 3\Jfo8/2v•'t 4 83 ~o1 v8/2o· 21.9 06/09/2014 2.8 87 '" 13.8 13/09/2014 0.78 94·3 NOta (*) Problema de turbidez en el tanque final Podas 1" poda: o6/o7/14 2" poda: 12/07/14 ANEXO 4b Gráficos de parámetros analizados 1"C 30 25 +~ ~ 20 ¡J ~ ~ 15 .il ~ :g_ 10 ! ...- ...- ;!: ...- ...- ...- ...- ...- ...- ...- ...- ...- ...- ...-o o o o o o o o o o o o o o N N N N N ~ ~ 5; 5; ~ ~ iil iil iil 5i ~ ~ ~ § !..2 o N .- ~ ~ o ;;; 5oi ~ o~ ¡¡; ~ ~ N ~ ~ N ~ ~ "~' Fecha de análisis pH 8.20 9 8.00 8 7.80 7 7.80 6 7.40 .· :I: Q. 7.20 '[5 7.00 4 6.80 3 680 ] 2 6.40 6.20 1 6.00 ... ... ... ... ... ... ... ... o o o o o o o ...- ...- o ;!: ... § § o "o' "o' o "o' "o' o "' "o' ;!: o "o' "o' o"' ;!: o o"' o"' "o' ;!: o o"' o"' "o' "o' o"' o"' o"' o"' ...- ...- ...- o o o "o' "o' o"' ~ 5; 5; i i ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 1 ~ "' "' "' ;g ;g ;~g 5; ~ ~ ~ ~ "' "' "' "' § § § <:::' .~8 ... ~ <:::' <:::' ~ <:::' 5i .... :¡; ~ ~ ~ ¡¡; ¡o;¡ o o o o o .o.. . o~ .o.. . o00 o~ o~ ¡o~;¡ 00 ~ ~ ¡;¡ ¡¡; o ¡::: ;¡ ¡::: ;¡ iil ¡;¡ ¡¡; ¡¡; ¡;¡ ¡¡; !2 o ~ ¡"o;¡' N N ~ N O N o ;;; "' ~ N N o ~ ~ N o ~ ~ N o ~ N N oFecha de análisis "" iil o ¡g ~ ~ N o o ~ N "' ~ Fecha de análisis --+- Efluente --ECAAgua-Cat.4 m in (6.5 mg/L) --ECA Agua-Cat.4 máx (8.5 mg/L) H Nt(mg/L) Turbidez (NTU) o "' g 8 § g -..¡ o .; :;: --1 8 8 .... O> if o z o e - o: ~ ~ q: Q , ro N OrOo. ::;¡ .o... ~ e!_ 10/05/2014 24/05/2014 ..., n .; 07/06/2014 c.. ":J 21/06/2014 ~ 21/06/2014 ¡¡;· 05/07/2014 05/07/2014 19/07/2014 19/07/2014 02/08/2014 02/0812014 16/08/2014 1610812014 30/08/2014 .. 30/0812014 ~ 13/09/2014 e:l[ 13109/2014 Rendimiento (%) o, IJ, o o .ol. "o "o' ~ 8 g¡ 8 15/0312014 29/03/2014 12/04/2014 26/04/2014 10/05/2014 24/05/2014 ..., ~ 07/0612014 .c.. "~ 21/0612014 ¡¡;· ¡¡;· 05/07/2014 19/07/2014 02/0812014 16/0812014 30/0812014 13/09/2014 v~ozt60I<~ ¡¡ v~ovso¡¡:~ ~~ ~; :otn.$" P~OZ!IlO/OC ~N"::'i v~OZ/60/0C 1l!!! ~~ ~~ ::- v~omo19~ ~~ v~ozt6019~ ~~ ~::! ¡.:.:,;_;; v~OZ/IlO/ZO ~~ HOZ/60/ZO ~~ N~~"' ~~ v~OZIL0/6~ ~~ v~OZ/L0/6 ~ ~~ :-_a .~.. ¡¡¡a v~OZILOISO v~OZILOISO ::::~ ~~ :a; .. u v~Ozt90nz :~ ~~ v~OZ/90/~Z :!!! :.¡ :¡¡ e.¡ e: ::!~ .. !H : lH~ "O v~OZ/90/LO ""' ª~ v~OZ/90/LO ".... ~ .e ~H .e " ~:! L""L u v~ovso1vz ""- ~~ v~OZISO/PZ ¡~ :;:¡ ~~ v~OZIS0/0 ~ :01 v~OZIS0/0~ ~¡a ;r;.~. ~~ v~OZIV0/9Z ~$ v~OZIV0/9Z ~~ $;; ~Hl v~OZIVOIU lit l.! v~OZIVOIZ~ :¡¡~ ,........ MN ro ~~ m u o ·¡":' v~OZI€:0/6Z ~~ ~ v~OZ/€:0/6Z ·~~~ o N"] VI E ::~ 2 ;~ 'l' z v~OZI€:0/S~ ~ ~ .~ v~OZ/€:0/S~ o o ~ ~ ¡¡¡ .oo.. o o g .oo.. o o o o g o i! z 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 fil N ~ co 0 P~OZ/80/SO v~OGILOIZZ P~OZ/LO/ZZ v~owo190 P~OZ/L0/80 P~OZ/90/PZ P~OZ/90/PZ .. .. :!!! :¡; :!!! v~OG/90/0~ .e.: v~OZ/9010~ ~.. ".".' ".e "...e' v~OGISO!LZ u"". v ~OZI>OI LZ g u. v~OGISO!€~ v~OGIV0/6Z P~OZ/V0/6Z v~OGIVO!S~ P~OZ/PO/S~ v~ovvono P~OZIV0/~0 P~OG/€0/8~ ~-~--....- -+----,---~-~ P~OZ/l:0/8~ o o o o o o o ~ ~ "' "! ~ g o 5? 0::: :5 (%) OJUa!W!pUa}:t (%) OtUa!W!pUa~ P~OZ/60/l:~ ; ~ P~OZ/80/0€ "l ;;; P~OZ/80/ZO v~OZ/L0/6~ v~OZ/LO!>O v~OZ!LOI>O .. :~ P~OZ/90nZ P~OZ/90nZ ~ " v~OZ/90/LO "' P~OZ/SO/PZ P~OZ/S0/0~ v~OZI>0/0~ P~OZ/V0/9Z P~OZ/P0/9Z ~ v~OZIPO!Z~ "' rv .,.. w rv I"V ~ 1\J .:. "" "' "" "' rv ."j>'. 15/03/2014 .------------------, 15/03/2014 .-------------------,"" z z ;..:.+, t 22/03/2014 0.. 22/03/2014 o, 1 3 o 1 t OO. (!) 29/03/2014 ::::¡ o mQ ~ 05/04/2014 n Qm? 5 ;::¡ ;::¡ 05/04/2014 r+ [lJ ~CD CIJ ro o r+ ce [lJ e 12/04/2014 12/04/2014 ¡;¡· e ¡;¡· m 19/04/2014 m 19/04/2014 ~ ~ 26/04/2014 26/04/2014 "Tl o"Tl Q a: 03/05/2014 ::l. 03/05/2014 c. Q) lll 'N 10/05/2014 w 10/05/2014 3 :...¡ e 05/07/2014 o> ro > 05/07/2014 ce e e n> CtJce ¡;¡·o 12/07/2014 ce e e n> 12/07/2014 m !!l. ¡;¡·o -u· 19/07/2014 m !!l. 19/07/2014 >.j>. -u · o~ 26/07/2014 )>~ 26/07/2014 o~s 3 O en -rc=e 02/08/2014 ~ 3 02/08/2014 m~ Q.ce c. 09/08/2014 s· r Q) ~ 09/08/2014 ~ c. z o 16/08/2014 ~ 16/08/2014 z it 23/08/2014 ~ 23/08/2014 ~ ~ 30/08/2014 ~ 30/08/2014 .e 3 ce 06/09/2014 .S 06/09/2014 13/09/2014 L---l-----'-------~. ....- ---' 13/09/2014 1 1 11 ~ 1 Fósforo total (mg/L) Nitratos (mg/L) ¡;:) o ~ "' "' .. "' "' ..... Ol (!) ~ "' 15/03/2014 15/03/2014 "' ""'' "' ""'' "'T z o,I ;:;: ..... 22/03/2014 V...I. , 22/03/2014 QJ o r+ 1 1 f ..... o 29/03/2014 o 29/03/2014 VI < z O Oro 05/04/2014 o r+ 05/04/2014 @@:::J e!_ wo cncnro e :::>"' 10/05/2014 Cll 10/05/2014 ~01 :::l ...... 3 ro 3'!2. 17/05/2014 17/05/2014 c.ee.. .e 24/05/2014 24/05/2014 ~ 31/05/2014 31/05/2014 :::T .~, 07/06/2014 ~ 07/06/2014 :::T .~,, 14/06/2014 .~, 14/06/2014 ![ 21/06/2014 .~,. 21/06/2014 "' 11 28/06/2014 ![ 28/06/2014 () roo Vlru 12/07/2014 )> 12/07/2014