CARACTERIZACION DE LAS AGUAS RESIDUALES DE UNASENTAMIENTO POBLACIONAL CLASE MEDIA

Blanco C., Mariana1; Escobar E., Fiorella1; Blanco S.,Henry2; López L., Eudoro2

1 Universidad Católica Andrés Bello, Caracas.2 Planta Experimental de Tratamiento de Aguas, Universidad Central de Venezuela, Caracas.

Apartado Postal 47008, Los ChaguaramosCaracas 1041 A, Venezuela.Fax: 58-2-6931061E-mail: Picer @ Etheron.net

Palabras Clave: Aguas Residuales Urbanas; Caracterización; Aportes Unitarios

INTRODUCCION

Las diferencias climáticas, uso del agua, régimen alimenticio, entre los países industrializados dedonde mayoritariamente proviene la información utilizada para el diseño y operación de los sistemas detratamiento para aguas residuales urbanas y aquellos ubicados en zonas tropicales con diferentescaracterísticas ambientales, económicas, sociales y tecnológicas, entre los que se encuentra Venezuela,hace necesario establecer parámetros representativos de estos últimos para que las soluciones a losproblemas ambientales causados en los cuerpos receptores estén basados en condiciones reales.

Bajo esta premisa, se planificó y ejecutó la caracterización hidráulica y físico-química de las aguasresiduales domésticas generadas en el desarrollo urbanístico “Nueva Casarapa” ubicado en la ciudad deGuarenas , Municipio Plaza del Estado Miranda; dicho municipio que comparte con la Capital de laRepública de Venezuela el valle de Caracas en su porción oriental, ha servido como ciudad dormitorio parauna cantidad considerable de población que labora en la capital, donde es notoria la escasez de viviendaspara la clase media, habiéndose generado desarrollos habitacionales autosostenibles en zonas aledañas.

La importancia de la caracterización está en que a través de ella pueden ser determinados losparámetros hidráulicos y físico-químicos del líquido residual en estudio. Por supuesto, para lograr esto esindispensable la planificación y ejecución de un adecuado programa de muestreo para obtener informaciónque sea realmente representativa de las variaciones horarias cualitativas y cuantitativas del líquido residual.Esta caracterización se realizó mediante las siguientes mediciones y determinaciones:

a.- Cuantificación de la población aportante mediante censo directo.b.- Hidráulicas : Caudal y su variabilidad.c.- Físicas : Temperatura, Apariencia y contenido de Sólidos en todas sus formas.d.- Químicas: pH, Acidez, Alcalinidad , Demanda Química de Oxígeno (DQO), Demanda

Bioquímica de Oxígeno ( DBO5,20), Nitrógeno y Fósforo en sus distintas formas.

METODOLOGÍA

Cuantificación de la Población Actual.

El Sector A de la Urbanización Nueva Casarapa, está conformado por cinco etapas de desarrollo, delas que cuatro de ellas son para uso residencial y se han denominado: El Cañaveral, El Trapiche, El Tablóny El Alambique; ésta última todavía se encuentra construcción. En las tres primeras etapas, por ser las únicas que se encuentran habitadas, se realizó un censo,con la finalidad de cuantificar el número de personas que actualmente están alimentando la planta detratamiento de aguas residuales de dicha urbanización. La razón principal por la cual se llevó a cabo estaactividad es que no se contaba con una información exacta del número de viviendas habitadas en el SectorA.

El censo se realizó durante siete días, desde el 31 de marzo al 6 de abril de 1997. Las preguntasrealizadas a las personas fueron elaboradas para conocer el número de habitantes de los apartamentos, lapermanencia de éstos en las viviendas durante el día y el uso de lavadoras. Las entrevistas se efectuaronbásicamente en las noches, entre 8:00pm y 10:00pm, considerando que la mayoría de las personasregresaban a sus casas alrededor de éstas horas; sin embargo, por esa misma razón los encuestados nose encontraban muy dispuestos a colaborar por tener otras ocupaciones de mayor prioridad para ellos y losresultados no fueron muy satisfactorios; así que se decidió cambiar el horario, para hacer las encuestas,alrededor de las 5:00pm, y los resultados obtenidos en cuanto al rendimiento por día y la atención de laspersonas fueron mucho más satisfactorios, a pesar de que en algunos apartamentos los propietarios no seencontraban y la información fue suministrada por terceros.

Caracterización de los Líquidos Residuales.

La optimización del diseño y operación de sistemas para tratamiento de aguas residuales,independientemente de los procesos como tales, requieren del conocimiento real de la cantidad ycomposición de los líquidos residuales que se generen.

Los efluentes residuales provenientes de la actividad doméstica ocupan un sitio preponderante,cualitativa y cuantitativamente; su tratamiento, a fin de minimizar los efectos dañinos ha venidoincrementándose. Sin embargo, para los parámetros básicos de diseño y operación de las obras deingeniería responsables de tal adecuación, se ha adoptado en muchos casos los existentes en la literatura,con el inconveniente de que no siempre son representativos de las actividades sociales, tecnológicas,culturales y hasta ambientales de un medio en particular. Basado en esto, es aceptado que para la correctadisposición de cualquier efluente, su identificación sea cualitativa y cuantitativa.

La caracterización de los líquidos residuales se lleva a cabo con un programa de muestreo, el cualtiene como objetivo determinar los gastos del líquido residual descargado, sus variaciones y lascaracterísticas físico-químicas del agua residual.

En el caso de la Urbanización Nueva Casarapa, los muestreos se programaron a fin de determinarlas cargas aportadas por una pequeña comunidad, netamente residencial con características típicas de lazona de Guarenas (ciudad dormitorio).

El programa de muestreo se desarrolló en base a dos (2) muestreos de veinticuatro (24) horascontinuas cada uno : el primero en un día de semana desde el Martes 15 a las diez de la mañana hasta elMiércoles 16 de abril a la misma hora y, el otro en un día feriado (tomado como fin de semana) desde elJueves 1 de mayo a las ocho y media de la mañana hasta el Viernes 2 de mayo a las ocho de la mañana.

En la planificación de los muestreos no se tomaron en cuenta las variaciones estacionales (épocasde sequía e invierno), considerando que éstas tienen poca influencia sobre las características del líquidoresidual aportado por los habitantes de la Urbanización Nueva Casarapa, debido al sistema separado decloacas existentes.

Sitios de Captación. El sitio de captación escogido para la toma de muestras del agua residual, fuela tanquilla ubicada en el último tramo del colector principal de la red cloacal de la urbanización .

Se escogió este sitio por considerar que era el que ofrecía más ventajas, debido a que sucolocación fue relativamente reciente, y no se advirtieron problemas de sedimentación como en el caso delos tramos de colector aguas arriba de la tanquilla donde se captaron las muestras, ya que tiene unapendiente mayor a la de esos tramos. Además , se conocía con exactitud su diámetro (10” ó 25 cm) y latanquilla estaba ubicada en un sitio de fácil acceso e iluminación ,hecho por demás significativo, ya quehabía que captar muestras durante horas de la noche y madrugada .

Tipos de Muestras. La captación de submuestras se realizó cada 30 minutos (muestrasinstantáneas) , durante 24 horas continuas, así como muestras instantáneas de caudal máximo y mínimocuando hubo variaciones notables. Finalizada la captación de submuestras, se procedió a la preparación delas muestras compuestas, mezclando volúmenes proporcionales al caudal instantáneo.

Esta operación se realizó de igual manera para ambos muestreos, aún cuando en el primermuestreo fue necesaria la preparación de dos muestras compuestas debido al aporte de salmueraproveniente de la regeneración de resinas en horas de la mañana y, hubo que prolongar el muestreo porunas horas más.

Adicionalmente, se captó una muestra instantánea en el Río Guarenas, receptor de las descargas,a la cual se le realizaron todos los análisis en sitio y laboratorio.

Análisis en Sitio y Laboratorio. Todas las muestras (submuestras instantáneas de cada 30 minutos,instantáneas de caudal máximo y mínimo, y compuestas) fueron analizadas en sitio; las muestrascompuestas e instantáneas de caudal máximo y mínimo, fueron objeto de análisis en el laboratorio.

La determinación de caudales se llevó a cabo mediante el uso de trazadores, para conocer lavelocidad superficial del flujo, que luego se corrigió dependiendo de la altura de agua en el colector, es decir,cuando la altura de agua fue superior al centro del colector, se consideró que la velocidad superficial eraaproximadamente igual a la velocidad media y, cuando se encontraba por debajo del radio del colector, lavelocidad media se consideró como el 80% de la velocidad superficial. La altura de agua se midió con unavara graduada, haciendo la corrección correspondiente al remanso, que produce ésta al ser introducida en elflujo, por lo cual la altura real resultó el 90% de la altura medida; con la altura y haciendo uso de lasfórmulas para áreas de sectores circulares se obtuvo el área mojada, que al multiplicarla por la velocidad dacomo resultado el gasto unitario en el colector.

Los análisis realizados en sitio fueron: Temperatura, pH, Conductividad Específica, OxígenoDisuelto, que se determinaron cada media hora, y Acidez, Alcalinidad y Sólidos Sedimentables cada hora .

El resto de los análisis se efectuaron en el laboratorio de la Planta Experimental de Tratamiento deAguas de la Universidad Central de Venezuela, tanto para las muestras compuestas como para lasinstantáneas. Dichos análisis se mencionan a continuación: Demanda Bioquímica de Oxígeno diaria tantototal como soluble, Demanda Química de Oxígeno, Cloruros, Aceites y Grasas, Detergentes; Sólidos,Fósforo y Nitrógeno en todas sus formas.

A las muestras compuestas y la muestra instantánea del Río Guarenas, se les determinó laconstante de reacción (K) y la Demanda Ultima Bioquímica de Oxígeno de Primera Etapa mediante cuatrométodos de cálculo diferentes : Rhame’s, Gráfico de Thomas, Momentos y Fujimoto; los cuales se hicieronen una hoja de cálculo basada en los fundamentos de cada uno de ellos.

Los métodos utilizados para los análisis se presentan en la Tabla 1 a continuación.

Tabla 1.Metodologías Analíticas para la determinación de parámetros físico-químicosCARACTERISTICAS FISICO-QUIMICAS METODO CODIGO SMAceites y Grasas Extracción Soxhlet 5520 (1)

Acidez Potenciométrico 2310 (1)

Alcalinidad Potenciométrico 2320 (1)

Cloruros Potenciométrico 4500 - Cl -(1)

Conductividad Específica Potenciométrico 2510 (1)

Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) Diluciones 5210 (1)

Demanda Química de Oxígeno (D.Q.O.) Reflujo Abierto 5220 (1)

Detergentes Surfactantes como MBAS 5540 (1)

Fósforo Cloruro Estañoso 4500 - P(1)

Nitrógeno: Nitrógeno Amoniacal Nitrógeno Orgánico Nitratos Nitritos

Macro-Kjeldahl-TitulaciónMacro-Kjeldahl-TitulaciónColorimétricoColorimétrico

4500-NH3-B (1)

4500-Norg-B (1)

418 -D (2)

4500-NO2—B(1)

Oxígeno Disuelto Potenciométrico 4500-O (1)

pH Potenciométrico 4500- H+(1)

Sólidos Gravimétrico 2540-B,C,E (1)

Sólidos Sedimentables Volumétrico 2540-F (1)

Temperatura Termómetro 2550 (1)

(1) : STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATION OF WATER AND WASTEWATER 19th Edition 1995.APHA(2) : STANDARD METHODS FOR THE EXAMINATION OF WATER AND WASTEWATER. 15th Edition 1980.APHA

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Cuantificada la población y con los resultados obtenidos de los análisis en sitio y en laboratorio paratodas las muestras (submuestras, compuestas e instantáneas), se hicieron los perfiles de variación horariapara cada una de las características y se determinaron las características promedio para las muestrascompuestas de 24 horas.

Las características promedio fueron consideradas como parámetros de diseño para el cálculo delsistema de tratamiento para las aguas residuales.Cuantificación de la Población Actual.

Como resultado del censo realizado en el Sector A de la Urbanización Nueva Casarapa se obtuvo:- Los 129 edificios (9 de El Cañaveral, 57 de El Trapiche y 61 de El Tablón) en total que conforman las tresetapas de desarrollo del sector que cuentan con 16 apartamentos cada uno, constituyen 2.032 viviendas entotal, de las cuales como se puede observar en la Figura 1, sólo el 35,9% se encuentran habitadas; esdecir, aproximadamente 730 viviendas.- En total el número de personas es de 2.500, que si se reparten entre el número de viviendas habitadas seobtiene una densidad de 3,4 hab/viv.- Durante el día las personas que acostumbran a permanecer en sus casas constituyen el 16%.- El 45% de la población dedica los fines de semanas y días feriados para labores de lavado de ropautilizando lavadoras y otro 45% hace uso de ella en el transcurso de la semana.

La Urbanizadora, dentro del proyecto de desarrollo urbanístico consideró una densidad de 3,6hab/viv y, el valor obtenido en el censo para la densidad es muy similar por lo que para los cálculos se tomóel valor que reporta la urbanizadora por ser más desfavorable e implica un incremento del núcleo familiar enel tiempo.

Figura 1. Resultados del Censo

64%

36%

Nº Viviendas Deshabitadas Nº Viviendas Habitadas

Características Físico-Químicas e Hidráulicas.

Perfiles de Variación Horaria. De los resultados obtenidos de los análisis en sitio, se procedió apreparar los perfiles de características físico-químicas e hidráulicas, que se presentan, en las Figuras 2 a 8,que corresponden a la variación horaria de cada parámetro, para ambos muestreos.

Como se puede observar en la Figura 2, el flujo afluente a la planta de tratamiento presenta unpatrón de comportamiento típico de poblaciones pequeñas, con la existencia de picos de máximo y mínimocaudal en las horas de mayor y menor actividad de la comunidad respectivamente.

Para el muestreo 1 (del Martes 15 al Miércoles 16 de Abril) día laborable, el caudal máximoinstantáneo se presentó en horas de la mañana entre las 7:00am y las 8:00am, alcanzando un valor de 27litros por segundo y, el mínimo en horas de la madrugada cercanas a las 4:00am con un valor de 4,6 litrospor segundo. El muestreo 2 (del Jueves 1 al Viernes 2 de Mayo) día no laborable, el gasto máximoinstantáneo se alcanzó entre las 12:00 y 12:30 del mediodía, con un valor de 30,3 litros por segundo y, elmínimo al igual que en el primer muestreo en horas de la madrugada entre 3:30am y 4:00am con un valor de4,6 litros por segundo. También se puede apreciar que hay rangos horarios de ocurrencia de caudalesmáximos y mínimos y, aparecen dos rangos de caudal máximo: uno en la mañana y otro en la noche entre7:00pm y 9:00pm; esta variación se puede correlacionar con las actividades propias de la población que allíhabita.

En el muestreo 1, se prepararon dos muestras compuestas, una con salmuera y otra sin salmuera;debido a que, se presentaron valores extremos a primeras horas de la mañana, en la conductividadespecífica, lo cual fue atribuido al proceso de regeneración con sal de las resinas utilizadas para elablandamiento del agua de abastecimiento de la Urbanización Nueva Casarapa, la cual proviene de pozos ypresenta una alta dureza; la salmuera utilizada es descargada directamente al colector cloacal en las horasen que se suele realizar dicha actividad. Estas muestras compuestas fueron identificadas como 1-1(muestra compuesta con salmuera) y 1-2 ( muestra compuesta sin salmuera) y, las instantáneas seidentificaron como M3-1 (gasto máximo) y 4-1 (gasto mínimo).En el muestreo 2 la muestra compuesta fueidentificada como 2-1 y las instantáneas de gasto máximo y mínimo como M3-2 y 4-2 respectivamente.

Figura 2.VARIACION HORARIA DE CAUDAL AGUA RESIDUALURB. NUEVA CASARAPA

0

5

10

15

20

25

30

35

8:00

am

9:30

am

11:0

0 am

12:3

0 pm

2:00

pm

3:30

pm

5:00

pm

6:30

pm

8:00

pm

9:30

pm

11:0

0 pm

12:3

0 am

2:00

am

3:30

am

5:00

am

6:30

am

8:00

am

9:30

am

Hora

Cau

dal (

l/s)

15 al 16/04/97 01 al 02/05/97

Al comparar ambos muestreos y, considerando las condiciones en que fueron realizados (día laborable y nolaborable respectivamente), se puede observar que, las tendencias de producción no varíansignificativamente, ya que los gastos máximos se presentan al comienzo de las actividades; en el díalaborable ocurren en horas más tempranas que en el día no laborable y, a su vez, el caudal del primermuestreo es menor que el del segundo, posiblemente como consecuencia de la permanencia en susviviendas de las personas que trabajan y a la realización de actividades típicas de los días feriados. Encuanto al gasto mínimo no existe variación entre los dos muestreos, en ambos se registra a la misma horay con el mismo valor. Las relaciones entre el caudal máximo y el medio, y el caudal medio y el mínimo semantuvieron constantes para los dos muestreos.

En los parámetros determinados en sitio para las muestras instantáneas tomadas a intervalos detreinta minutos, no se presentaron variaciones notables entre un muestreo y otro, aún cuando los datoscorrespondientes al primer muestreo, son ligeramente inferiores a los del segundo, este hecho puede seratribuido a que para el momento de la realización de éste último, el número de personas que permanecieronen la urbanización durante el día fue mayor. Sin embargo, hay algunos aspectos que vale la pena destacar:- En la Figura 3 se puede observar, que el oxígeno disuelto varía dependiendo del caudal, cuando éstedisminuye el oxígeno disuelto aumenta y cuando aumenta el caudal el oxígeno disuelto disminuye.- En el perfil de conductividad específica que se presenta en la Figura 4, se observa una diferenciasignificativa: en el muestreo 1 se presenta un pico extremadamente alto, ya que de un valor de 1.330µmho/cm a las 8:00am, llega a alcanzar 11.000 µmho/cm a las 10:00am, como consecuencia de ladescarga de la salmuera utilizada para la regeneración de resinas de ablandamiento; y por el contrario parael muestreo 2 el comportamiento de la conductividad fue estable, manteniéndose prácticamente constantedurante el período de 24 horas.

Figura 3. VARIACION HORARIA DE OXIGENO DISUELTO AGUA RESIDUALURB. NUEVA CASARAPA

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

8:00

am

10:0

0 am

12:0

0 pm

2:00

pm

4:00

pm

6:00

pm

8:00

pm

10:0

0 pm

12:0

0 am

2:00

am

4:00

am

6:00

am

8:00

am

Hora

Oxí

geno

Dis

uelto

(mg/

l)

Figura 4. VARIACION HORARIA DE CONDUCTANCIA ESPECIFICA AGUA RESIDUAL URB. NUEVA CASARAPA

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

8:00

am

10:0

0 am

12:0

0 pm

2:00

pm

4:00

pm

6:00

pm

8:00

pm

10:0

0 pm

12:0

0 am

2:00

am

4:00

am

6:00

am

8:00

am

Hora

Con

duct

anci

a E

spec

ífica

( m

ho/c

m)

15 al 16/04/97 01 al 02/05/97

- En la variación horaria de pH mostrada en la Figura 5, es más o menos constante en el transcurso del díaexcepto cuando se presentan los picos de caudal máximo, que el pH aumenta.

Figura 5. VARIACION HORARIA DE pH AGUA RESIDUALURB. NUEVA CASARAPA

6,6

6,8

7

7,2

7,4

7,6

7,8

8

9:30

am

11:3

0 am

1:30

pm

3:30

pm

5:30

pm

7:30

pm

9:30

pm

11:3

0 pm

1:30

am

3:30

am

5:30

am

7:30

am

9:30

am

Hora

pH

15 al 16/04/97 01 al 02/05/97

- En los sólidos sedimentables del muestreo 2 , también se produce un pico mayor al que se produce en elmuestreo 1, como se observa en la Figura 6, que puede ser producto del mayor número de actividades quese supone realizan las personas durante un día feriado. La ocurrencia de estos picos coincide con los decaudal correspondientes a cada muestreo.

Figura 6. VARIACION HORARIA DE SOLIDOS SEDIMENTABLES AGUA RESIDUAL URB. NUEVA CASARAPA

0,02,0

4,06,0

8,010,0

12,014,016,0

18,0

8:00

am

10:0

0 am

12:0

0 pm

2:00

pm

4:00

pm

6:00

pm

8:00

pm

10:0

0 pm

12:0

0 am

2:00

am

3:30

am

5:00

am

7:00

am

8:00

am

Hora

Sól

idos

Sed

imen

tabl

es (m

l/l)

15 al 16/04/97 01 al 02/05/97

- Igualmente sucede con la acidez en la Figura 7 para el muestreo 1, en donde se presenta además del picoen horas de la mañana uno en las horas del mediodía.- En el perfil de la alcalinidad de la Figura 8 se puede observar que al momento de iniciarse las actividadesde la población, a partir de las 6:00am, se produce un pico en ambos muestreos.

Figura 7. VARIACION HORARIA DE ACIDEZ AGUA RESIDUAL URB. NUEVA CASARAPA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

9:00

am

11:0

0 am

1:00

pm

3:00

pm

5:00

pm

7:00

pm

9:00

pm

11:0

0 pm

1:00

am

3:00

am

4:00

am

6:00

am

8:00

am

Hora

Aci

dez

(mg

CaC

O3/

l)

Figura 8. VARIACION HORARIA DE ALCALINIDAD AGUA RESIDUAL URB. NUEVA CASARAPA

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

8:00

am

10:0

0 am

12:0

0 pm

2:00

pm

4:00

pm

6:00

pm

8:00

pm

10:0

0 pm

12:0

0 am

2:00

am

3:30

am

5:00

am

7:00

am

9:00

am

Hora

Alc

alin

idad

(mg

CaC

O3

/l)

15 al 16/04/97 01 al 02/05/97

Muestras Compuestas. En la Tabla 2 se presentan los resultados obtenidos para la muestrascompuestas los cuales son muy parecidos en los dos muestreos, debido a que el líquido residual esnetamente doméstico, ya que actualmente del Sector A de la Urbanización Nueva Casarapa, no hay aportesprovenientes de otras actividades como colegios, comercios, parques recreacionales y servicios especiales,como estaciones de servicio, que eventualmente, dependiendo de la magnitud de estas instalacionespodrían generar cambios significativos en las características del afluente.

Tabla 2. Caracterización del Agua Residual generada en la Urbanización Nueva Casarapa. MuestrasCompuestas de 24 horas.

Identificación Muestra T1-1 T2-1 T1-2Fecha de Captación 15 al 16/04/97 15 al 16/04/97 01 al 02/05/97pH 7,6 7,7 7,5Alcalinidad a pH 4,5 ( mg/l CaCO3 ) 320 340 390Acidez a pH 8,3 ( mg/l CaCO3 ) 60 60 NDConductividad Específica (µmho/cm) 1700 1200 1150Sólidos: Totales a 103ºC+ 2ºC (mg/l) 1220 1150 942 Fijos a 550ºC + 50ºC (mg/l) 926 734 718 Volátiles a 550ºC + 50ºC (mg/l) 294 416 224 Disueltos : Totales a 103ºC+ 2ºC (mg/l) 1110 996 828 Fijos a 550ºC + 50ºC (mg/l) 906 706 624 Volátiles a 550ºC + 50ºC (mg/l) 204 290 204 Suspendidos: Totales a 103ºC+ 2ºC (mg/l) 110 154 114 Fijos a 550ºC + 50ºC (mg/l) 20 28 94 Volátiles a 550ºC + 50ºC (mg/l) 90 126 20Sedimentables (ml/l) 1,0 1,5 3,0Demanda Bioquímica de Oxígeno Total, DBO5,20 (mg/l) 105 105 110Demanda Bioquímica de Oxígeno Soluble, DBO5,20 (mg/l) 45 40 45Demanda Química de Oxígeno, DQO (mg/l) * * 175Cloruros (mg/l Cl -) 257 125 70Nitrógeno: Orgánico (mg/l N) 4,5 4,2 3,1 Amoniacal (mg/l N) 14,3 14,6 20,4 Total Kjeldahl (mg/l N) 18,8 18,8 23,5 Nitritos (µg/l N) 2,62 1,93 2,29 Nitratos (mg/l N) 0,32 0,24 0,36Fósforo: Total (mg/l P) 3,82 4,11 4,10 Total Orgánico (mg/l P) 0,89 1,00 1,08 Total Inorgánico (mg/l P) 2,93 3,11 3,01 Polifosfatos (mg/l P) 1,47 1,69 1,60 Ortofosfatos (mg/l P) 1,46 1,42 1,41Detergentes (mg/l) ND 3,29 3,54Aceites y grasas (mg/l) ND 16 30*: Valor no presentado por interferencias analíticas.ND: No Determinado

En esta tabla no se presentan los valores de los parámetros de temperatura y oxígeno disuelto, yaque ellos varían con el transcurrir del tiempo y deben ser realizados inmediatamente después de lacaptación y, como ya se explicó, las muestras compuestas son preparadas a partir de submuestras al finaldel período de muestreo.

El valor de la Demanda Química de Oxígeno (DQO) no se reporta para las muestras compuestascorrespondientes al primer muestreo, debido a interferencias analíticas.

En las Figuras 9 y 10 se observa el comportamiento de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO)para las tres muestras compuestas, totales y solubles; en ellos se evidencia la poca variación entre lasmismas, inclusive la DBO5,20 de la muestra con salmuera no se vio afectada por ésta. También, debemencionarse que en estos gráficos se observa claramente como aproximadamente entre los siete (7) y losnueve (9) días, se inicia el ejercicio de la DBO nitrogenada o de segunda etapa, tanto para las muestrassolubles como para las totales.

Figura 9.EJERCICIO DE DBO TOTAL AGUA RESIDUAL URB. NUEVA CASARAPA

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Días

DB

O (m

g/l)

T1-1 T2-1 T1-2

Figura 10. EJERCICIO DE DBO SOLUBLE AGUA RESIDUAL URB. NUEVA CASARAPA

0

10

20

30

40

50

60

70

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Días

DB

O (m

g/l)

S1-1 S1-2 S2-1

La determinación de la Constante de Reacción (K) y la Demanda Ultima Bioquímica de Oxígeno deprimera etapa (L), para las tres muestras compuestas (totales y solubles), se llevaron a cabo con laaplicación de cuatro métodos diferentes; obteniéndose los valores presentados en la Tabla 3. Estosmétodos se usaron para diferentes períodos de tiempo, seleccionando aquellos en los cuales las variablesdeterminadas se mantuvieran en rangos cercanos, resultando un lapso de no más de diez días. Una vezobtenidos los cuatro (4) valores de K y L por cada método para cada muestra total y soluble, éstos sonpromediados (excepto la muestra compuesta que contiene salmuera) para cada método, los cuales sonpromediados, y se obtiene el valor de K; en el caso de la muestra con salmuera, sólo se le aplica mediaaritmética a los valores que se obtuvieron por cada método, debido a la diferencia que presentan losparámetros estudiados de ésta muestra con respecto a las dos restantes. Estos valores de la constante K yla Demanda Ultima de Primera Etapa L, se encuentran en la Tabla 4.

Tabla 3. Constante de Reacción (K) y Demanda Ultima Bioquímica de Oxígeno (L).RHAME GRÁFICO DE THOMAS MOMENTOS FUJIMOTO

MUESTRA 4 - 8 DÍAS 10 DÍAS 7 DÍAS 9 DÍAS

K* L** K* L** K* L** K* L**

T 2 - 1 0,080 169 0,083 171 0,080 176 0,093 160T 1 - 2 0,250 115 0,200 132 0,270 114 0,293 113

PROMEDIO 0,165 142 0,142 152 0,175 145 0,193 137T 1 - 1 0,170 119 0,122 138 0,130 134 0,148 123

S 2 - 1 0,140 45 0,156 47 0,180 44 0,221 40S 1 - 2 0,170 55 0,148 61 0,160 58 0,190 44

PROMEDIO 0,155 50 0,152 54 0,170 51 0,206 42S 1 - 1 0,140 50 0,156 51 0,200 45 0,227 44

T - R 0,260 37 0,243 45 *** *** 0,520 36

S - R 0,190 13 0,165 15 0,210 14 0,236 13*: Todos los valores de la Constante K se expresan en día-1 en base 10**: Demanda Ultima Bioquímica de Oxígeno en mg/l***: Valores no aceptados por el método.T1-1: 15 -16/04/97- Total con salmueraT2-1: 15 -16/04/97- Total sin salmueraT1-2: 01 - 02/05/97- TotalS1-1: 15 -16/04/97- Soluble con salmueraS2-1: 15 -16/04/97- Soluble sin salmueraS1-2: 01 - 02/05/97- SolubleT-R: 02/05/97 - Total Río GuarenasS-R: 02/05/97 - Soluble Río Guarenas

Tabla 4. Valores Promedio de la Constante de Reacción (K) y Demanda Ultima Bioquímica de Oxígeno (L).MUESTRA K* (d-1) L (mg/l)

TOTAL 0,17 144T1 - 1 0,14 129

SOLUBLE 0,17 44S1 - 1 0,18 48T - R 0,34 40S - R 0,20 14

*: En base 10 y a 20ºC.

Muestras Instantáneas. A las muestras instantáneas correspondientes a los gastos máximos(identificadas como M3-1y M3-2) y mínimos (identificadas como 4-1 y 4-2) de cada muestreo y del RíoGuarenas; se les determinaron los mismos parámetros físico-químicos que a las muestras compuestas y,sus resultados se presentan en la Tabla 5.

Tabla 5. Características Físico-Químicas de Muestras Instantáneas.Identificación Muestra M3-1 4-1 M3-2 4-2 R-1

pH 7,3 7,4 7,3 7,4 7,3Alcalinidad a pH 4,5 ( mg/l CaCO3 ) 360 330 380 360 160Acidez a pH 8,3 ( mg/l CaCO3 ) 60 44 105 90 75Conductividad Específica (µmho/cm) 1400 1200 1400 1150 500Sólidos: Totales a 103ºC+ 2ºC (mg/l) 1160 782 1370 771 450 Fijos a 550ºC + 50ºC (mg/l) 872 698 794 691 268 Volátiles a 550ºC + 50ºC (mg/l) 288 84 576 80 182 Disueltos : Totales a 103ºC+ 2ºC (mg/l) 918 560 860 710 324 Fijos a 550ºC + 50ºC (mg/l) 828 540 624 645 262 Volátiles a 550ºC + 50ºC (mg/l) 90 20 236 65 62 Suspendidos: Totales a 103ºC+ 2ºC (mg/l) 242 222 510 61 126 Fijos a 550ºC + 50ºC (mg/l) 44 158 170 46 6 Volátiles a 550ºC + 50ºC (mg/l) 198 64 340 15 120Sedimentables (ml/l) 6,0 0,5 6,0 0,4 4,5Demanda Bioquímica de Oxígeno Total, DBO5,20 (mg/l) 220 30 170 40 45Demanda Bioquímica de Oxígeno Soluble, DBO5,20 (mg/l) 70 20 80 30 15Demanda Química de Oxígeno, DQO (mg/l) * * 205 40 95Cloruros (mg/l Cl -) 69,7 59,3 70,3 59,3 NDNitrógeno: Orgánico (mg/l N) 10,9 1,4 8,4 0,7 3,9 Amoniacal (mg/l N) 16,8 7,3 21,6 8,1 12,6 Total Kjeldahl (mg/l N) 27,7 8,7 30,0 8,8 16,5 Nitritos (µg/l N) 4,00 INP 4,07 INP 6,57 Nitratos (mg/l N) 0,24 0,05 0,26 0,07 0,09Fósforo: Total (mg/l P) 5,03 0,23 5,08 0,27 3,01 Total Orgánico (mg/l P) 1,11 0,02 1,19 0,03 2,42 Total Inorgánico (mg/l P) 3,92 0,16 3,89 0,24 0,59 Polifosfatos (mg/l P) 2,17 0,11 2,18 0,21 0,34 Ortofosfatos (mg/l P) 1,75 0,05 1,71 0,03 0,25Detergentes (mg/l) 2,50 1,88 2,62 1,79 NDAceites y grasas (mg/l) 21 4 67 7 NDM3-1: Muestra Instantánea de caudal máximo captada el 16/04/97 a las 7:30 a.m.4-1: Muestra Instantánea de caudal mínimo captada el 16/04/97 a las 3:30 a.m.M3-2: Muestra Instantánea de caudal máximo captada el 01/05/97 a las 12:30 p.m.4-2: Muestra Instantánea de caudal mínimo captada el 01/05/97 a las 4:00 a.m.R-1: Muestra Instantánea captada en el Río Guarenas el 02/05/97 a las 10:00 a.m.*: Valor no presentado por interferencias analíticas.ND: No determinado.INP: Inapreciable

Al comparar las muestras instantáneas de gasto máximo y mínimo; se observa que para un mismoanálisis la magnitud de los parámetros no varía significativamente entre un muestreo y otro.

En los casos de las muestras instantáneas, también se presentó el mismo inconveniente en ladeterminación de la Demanda Química de Oxígeno, razón por la que no se presenta en la citada Tabla 5.

Asimismo, a la muestra instantánea del Río Guarenas se le hicieron todos los análisis en sitio ylaboratorio, incluyendo la determinación de la Constante de Reacción (K) y la Demanda Ultima Bioquímicade Oxígeno (L); para éste último caso, K y L, se llevó a cabo en paralelo con las muestras compuestas ysiguiendo el mismo esquema para la obtención de su valor, los cuales se encuentran indicados en las yareferenciadas Tabla 4 y Tabla 5. En la Figura 11 se muestra el Ejercicio de DBO del Río en donde sepuede observar que el comportamiento de la curva de DBO tanto total como soluble es el mismo; la DBOde segunda etapa o nitrogenada comenzó a los trece (13) días.

Figura 11. EJERCICIO DE DBO RIO GUARENAS TOTAL Y SOLUBLE

0

20

40

60

80

100

120

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Días

DB

O (m

g/l)

TOTAL SOLUBLE

Características Promedio. El caudal medio, para ambos muestreos, se obtuvo calculando la mediaaritmética de los caudales instantáneos registrados cada 30 minutos durante las 24 horas de muestreo. Losvalores resultantes de los caudales medios, máximos y mínimos y la relación entre ellos, se muestran en laTabla que se presenta a continuación:

Tabla 8. Caudales PromedioMUESTREO CAUDAL

MEDIO(l/s)

CAUDALMAXIMO

(l/s)

CAUDALMINIMO

(l/s)

Qmáx/Qmed

Qmed/Qmín

15 al 16/04/97 12,8 27,0 4,6 2,1 2,801 al 02/05/97 14,7 30,3 4,6 2,0 3,2

PROMEDIO 14,0 28,0 4,6 2,0 3,0

Los valores promedio de las características físico-químicas del posible afluente a la planta detratamiento, resultaron del cálculo de la media aritmética, de estos parámetros para los dos muestreosrealizados. Estos valores se presentan en la Tabla 9.

Tabla 9.Valores Promedio de las Características Físico-Químicas (Muestras Compuestas).CARACTERISTICAS PROMEDIO

pH 7,5-7,7Alcalinidad a pH 4,5 ( mg/l CaCO3 ) 355Acidez a pH 8,3 ( mg/l CaCO3 ) 60Conductividad Específica (µmho/cm) 1200Sólidos: Totales a 103ºC+ 2ºC (mg/l) 1046 Fijos a 550ºC + 50ºC (mg/l) 726 Volátiles a 550ºC + 50ºC (mg/l) 320 Disueltos : Totales a 103ºC+ 2ºC (mg/l) 912 Fijos a 550ºC + 50ºC (mg/l) 665 Volátiles a 550ºC + 50ºC (mg/l) 247 Suspendidos: Totales a 103ºC+ 2ºC (mg/l) 134 Fijos a 550ºC + 50ºC (mg/l) 61 Volátiles a 550ºC + 50ºC (mg/l) 73Sedimentables (ml/l) 2,5Demanda Bioquímica de Oxígeno Total, DBO5,20 (mg/l) 110Demanda Bioquímica de Oxígeno Soluble, DBO5,20 (mg/l) 45Demanda Química de Oxígeno, DQO (mg/l) 175Cloruros (mg/l Cl -) 150Nitrógeno: Orgánico (mg/l N) 3,6 Amoniacal (mg/l N) 17,5 Total Kjeldahl (mg/l N) 21,1 Nitritos (µg/l N) 2,10 Nitratos (mg/l N) 0,30Fósforo: Total (mg/l P) 4,11 Total Orgánico (mg/l P) 1,05 Total Inorgánico (mg/l P) 3,06 Polifosfatos (mg/l P) 1,65 Ortofosfatos (mg/l P) 1,41Detergentes (mg/l) 3,42Aceites y grasas (mg/l) 23Constante de Reacción (K en base 10 y 20ºC) Muestra: Total 0,17 Soluble 0,17 Río Guarenas: Total 0,34 Soluble 0,20Demanda Ultima Bioquímica de Oxígeno (L) (mg/l): Muestra: Total 144 Soluble 44 Río Guarenas: Total 40 Soluble 14

La distribución de las distintas formas de sólidos es la siguiente: la fracción de sólidos disueltosrepresenta el 87% de los sólidos totales y, la fracción volátil el 31%. Los sólidos suspendidos constituyen el13% y los sólidos fijos el 69% . En la Figura 15 se presenta la distribución de sólidos.

Figura 15. Distribución de Sólidos

El valor promedio para la DBO5,20 total de 110mg/l resulta menor a los valores consideradosrepresentativos para aguas residuales domésticas (200 mg/l). Igualmente la constante de reacción de laDBO en base 10 K =0,17 d-1, es mayor que el valor generalmente recomendado en la literatura K =0,10 d-1,lo cual indica que, aún cuando la carga orgánica es menor, la velocidad de ejercicio de la DBO esmayor.(Sawyer et al, 1.994)

Aportes Unitarios.

Tomando en cuenta la población contribuyente, el caudal promedio y las concentraciones obtenidaspara los diferentes parámetros se determinaron los aportes másicos unitarios que corresponden a dichascaracterísticas y, cuyos resultados son los presentados en la Tabla 10.

Tabla 10. Aportes Másicos Unitarios.CARACTERISTICA APORTE MASICO UNITARIO

Caudal 400 l/persona *díaDBO5,20 Total 44 g DBO5,20/persona*díaDQO 71 g DQO /persona *díaSólidos Totales 422 g ST/persona *díaSólidos Totales Fijos 293 g STF/persona *díaSólidos Totales Volátiles 129 g STV/persona *díaSólidos Disueltos Totales 368 g SDT/persona *díaSólidos Disueltos Fijos 268 g SDF/persona *díaSólidos Disueltos Volátiles 100 g SDV/persona *díaSólidos Suspendidos Totales 54 g SST/persona *díaSólidos Suspendidos Fijos 25 g SSF/persona *díaSólidos Suspendidos Volátiles 29 g SSV/persona *díaNitrógeno Orgánico 1,5 g N/persona *díaNitrógeno Amoniacal 7,1 g N/persona *díaNitrógeno Total Kjeldahl 8,6 g N/persona *díaFósforo Total 1,6 g P/persona *díaFósforo Orgánico 0,4 g P/persona *díaFósforo Inorgánico 1,2 g P/persona *día

Totales1.046 (mg/l)

Fijos726 (mg/l)

(69%)

Suspendidos61 (mg/l)

(8%)

Disueltos665 (mg/l)

(92%)

Volátiles320 (mg/l)

(31%)

Suspendidos73 (mg/l)(23%)

Disueltos247 (mg/l)

(77%)

Fijos61 (mg/l)(45%)

Volátiles73 (mg/l)(55%)

Suspendidos134 (mg/l)

(13%)

Disueltos912 (mg/l)

(87%)

Fijos665 (mg/l)

(73%)

Volátiles247 (mg/l)

(27%)

El aporte másico unitario de la DBO 5,20 total fue de 44 g DBO 5,20 por persona al día, bastantecercano a los obtenidos en otras comunidades de características similares en el comportamiento de supoblación, al de la Urbanización Nueva Casarapa. (PETA, 1.985)

Considerando, los resultados obtenidos en el censo realizado en la urbanización, se determinó quela población actual del Sector A es de 2.500 habitantes con la adición de 500 personas, repartidas entrepersonal técnico, obrero y administrativo, que actualmente trabaja para la Urbanizadora y, que representanaporte adicional a la planta de tratamiento; por lo cual el caudal diario afluente a dicha planta es:

Aporte Unitario = (14 l/s)*(86.400s/d) = 400 l/pers. *d 3.000p

En este caso en particular, se puede decir que, actualmente existe desperdicio de agua, porposibles fugas en las tuberías y piezas sanitarias, argumento que se fundamenta si se compara el caudalque actualmente alimenta a la planta de tratamiento y el correspondiente a la dotación asignada por laGaceta Oficial Nº4.044 en su Capítulo VII relativo a Las Dotaciones de agua para Edificaciones, cuyocálculo se presenta a continuación:

- Gasto de las aguas residuales domiciliarias: Artículo 109, con una dotación diaria de 850 litros paraviviendas multifamilares de dos habitaciones.

Q1 = (850 l/d* viv)*(850viv) = 7,18 l/s (86.400s/d)

- Gasto de las aguas residuales provenientes de la obra: La dotación fue considerada igual a la de uncuartel, debido a la similitud de las actividades que realiza el personal, al cual le corresponden 300 litrosdiarios por persona según lo estipulado en el Artículo 110.

Q2 = (300l/d/p)*(500p) = 1,74 l/s (86.400s/d)

En el cálculo del gasto medio total se toma en cuenta el coeficiente de reingreso K = 0,80recomendado por la Norma e Instructivo para Proyectos de Alcantarillados. (INOS, 1975)

QMEDIO = (7,18 l/s + 1,74 l/s)*(0,8) = 7,14 l/s

Este gasto se aproximó a 8 l/s, debido a que no se conoce con exactitud la longitud del colectorque sirve al Sector A, ya que, la población se encuentra dispersa en las tres parcelas actualmentehabitadas; resultando un caudal de 230 litros por persona al día:

Aporte Unitario = (8l/s)*(86.400s/d) = 230 l/pers. *d3.000p

Si se comparan estos dos gastos, se puede observar una diferencia significativa, tomando encuenta que el caudal medio actual es casi el doble del asignado por la norma. Adicionalmente si se calculala dotación sin incluir el bote de agua contabilizado durante horas de la madrugada (Qmín = 4,6 l/s) setiene :

Aporte Unitario = (9,4 l/s)*(86.400s/d) = 270 l/pers. *d3.000p

CONCLUSIONES

Se presentan a continuación las conclusiones derivadas del desarrollo del trabajo:

- De acuerdo al censo realizado, la ocupación promedio de las viviendas es de 3,4 pers/ unidad de 2habitaciones.

- La caracterización del líquido residual generado, obtenida a través de dos (2) muestreos de 24 horascontinuas en diferentes días de la semana, permiten presentar la constitución promedio del mismo:

CARACTERISTICA CONCENTRACION

APORTE MASICO UNITARIO

Población tributaria actual 3000 hab - Caudal medio 14 l/s 400 l / pers *d DBO 5,20 Total 110 mg/l 44 g / pers *d DBO 5,20 Soluble 45 mg/l 18 g / pers *d DQO Total 175 mg/l 71 g / pers *d Sólidos Totales 1046 mg/l 422 g / pers *d Sólidos Totales Fijos 720 mg/l 293 g / pers *d Sólidos Totales Volátiles 320 mg/l 129 g / pers *d Sólidos Suspendidos Totales 134 mg/l 54 g / pers *d Sólidos Disueltos Totales 912 mg/l 368 g / pers *d Fósforo Total 4,11 mg/l 1,6 g / pers *d Nitrógeno Total Kjeldahl 21,1 mg/l 8,6 g / pers *d - El aporte unitario de DBO5,20 (44 g/pers *d) es sensiblemente inferior al reportado en la literatura yfrecuentemente utilizado (54 g/pers *d), evidenciando la importancia de caracterizar cada situación particularasí como generar parámetros de diseño y operación representativos de la realidad socioeconómica yambiental del país.

- El aporte unitario volumétrico (400 l/ pers *d) es excesivo; considerando que en horas de la madrugada,cuando no existe actividad, hay un caudal de 4,6 l/s y que si se calcula el aporte sin contabilizar la fuga seobtiene un valor de 270l/pers*d.

- La constante de ejercicio de la DBO determinada K = 0,17 d-1 a 20ºC y en base 10, al igual que la DBO5,20

(110 mg/l) nuevamente demuestran las diferencias notables con los valores provenientes de literatura foránea( K= 0,1 d-1 y DBO5,20= 200 mg/l ) reafirmando la necesidad de generar información representativa y aplicablea cada caso en particular.

- La relación DQO/DBO = 1,6 muestra la aplicabilidad de sistemas biológicos para el tratamiento de lasaguas residuales producidas.

- El Río Guarenas presenta, entre otras características, una DBO5,20 de 45 mg/l; aún cuando este es elresultado de una muestra instantánea, se evidencia el deterioro del cuerpo de agua siendo necesaria laimplementación de medidas de saneamiento y tratamiento de las descargas incontroladas, tantomunicipales como industriales, que actualmente recibe.

BIBLIOGRAFIA BASICA

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