ALFA. Revista de Investigación en Ciencias Agronómicas y Veterinarias
Enero-abril 2023 / Volumen 7, Número 19
ISSN: 2664-0902 / ISSN-L: 2664-0902
https://revistaalfa.org
pp. 153 – 159
Nivel de calidad de la demanda bioquímica
de oxígeno del proceso de filtros biológicos
Quality level of the biochemical oxygen demand of the
process of biological filters
Nível de qualidade da demanda bioquímica de oxigênio
do processo de filtragem biológica
Esmila Yeime Chavarría
Márquez
esmila.418@gmail.com
https://orcid.org/0000-0002-1531-2694
Luz
Luisa Huamaní Astocaza
luzluisa20@gmail.com
https://orcid.org/0000-0002-1397-6251
César Marino Basurto Contreras
cbasurto@unco.edu.pe
https://orcid.org/0000-0003-2677-5413
Oscar Saul Carvo Baltazar
ocarvo@yahoo.com
https://orcid.org/0000-0002-4500-2910
Universidad
Nacional Autónoma de Tayacaja Daniel Hernández
Morillo. Pampas, Perú
Artículo
recibido el 11 de noviembre 2022 / Arbitrado el 19 de diciembre 2022 /
Publicado el 19 de abril 2023
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en tu dispositivo móvil o revisa este artículo en:
https://doi.org/10.33996/revistaalfa.v7i19.205
RESUMEN
En el año 2022, al evaluar la planta
de tratamiento de aguas residuales ubicada en el distrito de Yauli del departamento de Huancavelica en Perú, la demanda
bioquímica de oxígeno del afluente fue en promedio 185 mg/L y del efluente
excedió a 100 mg/L; por esta razón, se implementó un filtro biológico con
contenido de carbón vegetal. El objetivo principal fue identificar el nivel de
calidad de la demanda bioquímica de oxígeno del efluente mediante el método
analítico de reactor incubador, ya que es un parámetro
fundamental evaluar el empleo de filtros como minimizante
de materia orgánica presente en la calidad de agua residual. Entre los
materiales que se utilizo fue el reactor DBO con 6 biodigestores
y la incubadora conjuntamente con el protocolo de muestreo de aguas residuales.
El método fue explicativo, donde el uso de filtros biológicos en la planta de
tratamiento de aguas residuales de Yauli-
Huancavelica logró minimizar la demanda bioquímica del oxígeno hasta 67.96 mg/L
del efluente. Por tanto, el proceso de filtros biológicos a base de carbón
vegetal permitió obtener valores por debajo de 100 mg/L de calidad de demanda
bioquímica de oxígeno cumpliendo con los límites máximos permisibles para aguas
residuales, el mismo que será beneficioso para conservar la biodiversidad
acuática del rio Yauli y desarrollar la agricultura,
entre otros sectores.
Palabras clave: Filtro biológico; Demanda
bioquímica de oxígeno; Carbón vegetal; Nivel de Calidad; Materia Orgánica
ABSTRACT
In the year 2022,
when evaluating the wastewater treatment plant located in the Yauli district of the Huancavelica department in Peru, the
biochemical oxygen demand of the influent was on average 185 mg/L and the
effluent exceeded 100 mg/L; for this reason, a biological filter with charcoal
content was implemented. The main objective was to identify the quality level
of the biochemical oxygen demand of the effluent through the incubator reactor
analytical method, since it is a fundamental parameter to evaluate the use of
filters as a minimizer of organic matter present in the quality of residual
water. Among the materials used was the BOD reactor with 6 biodigesters
and the incubator together with the wastewater sampling protocol. The method
was explanatory, where the use of biological filters in the Yauli-Huancavelica
wastewater treatment plant to minimize the biochemical oxygen demand up to
67.96 mg/L of the effluent. Therefore, the process of biological filters based
on charcoal allowed obtaining values below 100 mg/L of quality of biochemical
oxygen demand, complying with the maximum permissible limits for wastewater,
which will be beneficial for conserving aquatic biodiversity of the Yauli river and develop
agriculture, among other sectors.
Key words: Biological filter;
Biochemical Oxygen Demand; Charcoal; Quality level; Organic material
No ano de 2022, ao avaliar a estação de tratamento de águas residuais
localizada no distrito de Yauli, departamento de Huancavelica, no Peru, a demanda bioquímica de oxigênio do
afluente foi em média 185 mg/L e do efluente superou
100 mg/L.; por isso, foi implantado um filtro biológico com teor de carvão
vegetal. O objetivo principal foi identificar o nível de qualidade da demanda
bioquímica de oxigênio do efluente através do método analítico do reator
incubadora, pois é um parâmetro fundamental para avaliar o uso de filtros como
minimizador de matéria orgânica presente na qualidade da água residual. Entre
os materiais utilizados estava o reator BOD com 6
biodigestores e a incubadora juntamente com o protocolo de amostragem de
efluentes. O método foi explicativo, onde o uso de filtros biológicos na
estação de tratamento de águas residuais Yauli-Huancavelica
conseguiu minimizar a demanda bioquímica de oxigênio em até 67,96 mg/L do efluente. Portanto, o processo de filtros biológicos
à base de carvão vegetal permitiu obter valores abaixo de 100 mg/L de qualidade da demanda bioquímica de oxigênio,
cumprindo os límites máximos permitidos para águas
residuais, o que será benéfico para a conservação da biodiversidade aquática do
rio Yauli e desenvolver a agricultura, entre outros
setores.
Palavras-chave: Filtro biológico; Demanda
de oxigênio bioquímico; Carvão vegetal; Nível de qualidade; Matéria orgânica
INTRODUCCIÓN
A consecuencia de la creciente
demanda del recurso agua a nivel mundial se desechan al medio ambiente grandes
cantidades de aguas residuales que no todas son recuperadas por falta de
recursos económicos y tecnologías apropiadas para su purificación. Del mismo
modo, a nivel de Latinoamérica las aguas residuales son recuperadas en un
promedio del 35 %, desechándose grandes cantidades sin tratamiento a los lagos
y ríos, los que tienen efectos negativos en la biodiversidad. Mientras tanto,
el agua residual con tratamiento, mediante filtros biológicos, se convierte en
una actividad de vital importancia para la biodiversidad acuática del río Yauli,
ubicado en el departamento de Huancavelica-Perú. La ONU recomendó incentivar e impulsar el uso de las aguas residuales con
tratamientos apropiados y purificados para diferentes sectores, como
acuicultura, agricultura e industria. En este contexto, es de necesidad el
control y la determinación de la eficiencia del proceso (1).
En el distrito de Yauli –
Huancavelica en Perú se encuentra la planta de tratamiento de agua residual
municipal y, en el proceso se presentaba la deficiencia de control del nivel de
calidad de la demanda bioquímica de oxígeno del efluente, el cual debería de
cumplir un límite máximo permisible (LMP) de 100 mg/L; pero ello excede
llegando a 185 mg/L (2). Para lo cual, se
implementó un proceso de mejora en su nivel de calidad con respecto a dicho
parámetro utilizando un filtro biológico vegetal (3).
El objetivo de la investigación fue
identificar el nivel de calidad de la demanda
bioquímica de oxígeno del agua residual, mediante el método analítico de
reactor incubador, el cual fue aplicado
en el proceso de filtros biológicos a base de carbón vegetal; de esta
manera, se logró mejorar el nivel de calidad bioquímica de oxígeno, el cual es el
parámetro principal y fundamental para disminuir o eliminar la materia orgánica
del agua residual municipal del efluente de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales
del distrito de Yauli, departamento de Huancavelica - Perú. Este parámetro no excede
los LMP para los efluentes de plantas de tratamiento de aguas residuales domésticas
o municipales, según el Decreto Supremo Nº 003-2010-MINAM-PERÚ.
MATERIALES Y MÉTODOS
Se determinó la calidad de la demanda
bioquímica de oxígeno del efluente de los filtros biológicos mediante el método
analítico de reactor encubador DBO5 utilizando
una solución acidificante solución A y B y el control de PH con un PH-Metro
digital en calibración de PH 4 y PH7, a una temperatura incubación de 23 ºC con muestras de 450 mL en 6
botellas digestoras digital HANNA, el muestreo fue semanal de los efluentes en
el punto de coordenada UTM (WGS84). E 516203 N8588737 a una altitud 3383 msnm.
Mediante los protocolos de monitoreo de aguas superficiales, en el punto de
salida de los efluentes del filtro biológico de la planta de tratamiento de
aguas residuales del distrito de Yauli del mes de
mayo a octubre del 2022, se trabajó en cumplimiento al cronograma de monitoreo
sin excluir ningún día y ninguna muestra. Cada responsable se encargó del
procesamiento de las muestras en el laboratorio de la Universidad Nacional del
Centro del Perú, en la facultad de Ingeniería Química teniendo en cuenta las muestras
para demanda bioquímica de oxígeno en conservación a 4 °C parra ingreso al
laboratorio y perseverando con solución ácida para su determinación de la
calidad y el tiempo de proceso de los filtros biológicos mediante el contenido
de carbón vegetal para observar su eficiencia en la degradación y minimización
del contenido de materia orgánica en las muestras. Se realizó el procesamiento
estadístico de los resultados de cada análisis de muestra mediante SPSS versión
26.
RESULTADOS
Los resultados del nivel de calidad de la demanda
bioquímica de oxígeno en proceso de filtros biológicos se basan en la
información recolectada en datos cuantitativos de análisis descriptivo.
Se obtiene una media de 67.96 mg/L de la DBO5,
del efluente proveniente del filtro biológico a base de carbón vegetal; lo que
significa que, hay una reducción de la cantidad de materia orgánica en el
efluente. Por tanto, el nivel de contaminación por partículas orgánicas es
aceptable, según los parámetros de los LMP señalados en el Decreto Supremo Nº
003-2010-MINAM, como se evidencia en la Tabla 1.
Tabla 1. Resultados
descriptivos de la calidad de DBO del efluente.
|
|
Estadístico |
Error estándar |
||||
|
Calidad de DBO del
efluente del proceso de filtro biológico de la PTAR |
Media |
67,7600 |
,81911 |
|||
|
95 % de intervalo
de confianza para la media |
Límite inferior |
66,0694 |
|
|||
|
Límite superior |
69,4506 |
|
||||
|
Media recortada al
5 % |
67,9556 |
|
||||
|
Mediana |
70,0000 |
|
||||
|
Varianza |
16,773 |
|
||||
|
Desviación estándar |
4,09553 |
|
||||
|
Mínimo |
60,00 |
|
||||
|
Máximo |
72,00 |
|
||||
|
Rango |
12,00 |
|
||||
Con una probabilidad de error del 0.1 % menor
que 5 % (alfa) se demuestra que la calidad de la demanda bioquímica del filtro
biológico del efluente de PTAR no tiene una distribución normal, el mismo que
se evidencia en la Tabla 2; por tanto, es una prueba no paramétrica. Se utilizó
el estadístico Wilcoxon, lo que indica que la demanda
bioquímica de oxígeno va depender de la cantidad de oxígeno residual presente
en cada proceso del filtro biológico.
Tabla 2. Prueba de normalidad.
|
Descripción |
Shapiro-Wilk |
||||
|
Estadístico |
gl |
Sig. |
|||
|
Calidad
de DBO del efluente del proceso de filtro biológico de la PTAR |
,831 |
25 |
,001 |
||
Nivel de significancia (alfa) α= 0.05
hipótesis estadística del
efluente
H0:
La mediana de la calidad de DBO del efluente del proceso de filtro biológico de
PTAR es igual a 100 mg/L.
H1:
La mediana de la calidad de DBO del efluente del proceso de filtro biológico de
PTAR es menor a 100 mg/L.
El
P-valor 0.000005 es menor que 0.05, se rechaza la hipótesis nula y se acepta la
hipótesis alternativa. Por tanto, la mediana de la calidad de DBO del efluente
del proceso de filtro biológico de PTAR es menor a 100 mg/L se evidencia en las
Tablas 3 y 4.
Tabla 3. Contraste de hipótesis.
|
Hipótesis nula |
Prueba |
Sig. |
Decisión |
|
La mediana de calidad
de DBO del efluente del proceso de filtro biológico de la PTAR es igual a
100. |
Prueba de rangos
con signo de Wilcoxon para una muestra |
,000010 |
Rechace la
hipótesis nula. |
El nivel de
significación es ,050
Tabla 4. Resumen de
prueba de rangos con signo de Wilcoxon para efluente.
|
N
total |
25 |
|
Estadístico de
prueba |
,000 |
|
Error estándar |
36,827 |
|
Estadístico de
prueba estandarizado |
-4,412 |
|
Sig. asintótica
(prueba bilateral) |
,000010 |
P-valor= 0.000010
P-valor de una cola= 0.000005
El P-valor 0.000005 ≤ 0.05, se acepta la
hipótesis alterna. Por tanto, la mediana de la calidad de la demanda bioquímica
de oxígeno del efluente del proceso de filtro biológico de la planta de
tratamiento de agua residual es menor a 100 mg/L y, de acuerdo a la Figura 1 de
la prueba de rangos con signo de Wilcoxon, la mediana
observada de la calidad del efluente es de 70 mg/L. En consecuencia, el nivel
de calidad de DBO del efluente del proceso de filtro biológico de la planta de
tratamiento de agua residual de Yauli– Huancavelica,
si cumplen con los límites máximos permisibles.
Figura 1.
Mediana de la calidad de DBO del efluente.
DISCUSIÓN
En la
presente investigación del nivel de la calidad de la demanda bioquímica de oxígeno
en el proceso de filtro biológico, en el efluente de la planta de tratamiento
de agua residual se llegó a disminuir la cantidad DBO5 hasta una
media de 67.96 mg/L, mejorando la calidad del efluente debido a la aplicación del
filtro biológico, el cual reduce la cantidad de materia orgánica y mejora la
calidad de la demanda bioquímica de oxígeno con 69 % de eficiencia. Sin embargo, la eficiencia de eliminación de DBO5,
de esta clase de tratamientos biológicos, es del 85-95 %
El biofiltro, a base de levadura (Saccharomyces cerevisiae) y piedra
pómez, llega a reducir la concentración de demanda bioquímica de oxígeno en un 14.7 % de eficiencia que se
reduce de 4484 mg/L a un 3825 mg/L haciendo una diferencia de 659 mg/L de
concentración de la demanda bioquímica de oxígeno
Independientemente de la necesidad de
acudir al fraccionamiento de la demanda
bioquímica de oxígeno para la aplicación de los modelos de la IAWQ, la
descomposición de la demanda bioquímica
de oxígeno para el tratamiento biológico hace mención que aporta las
ventajas como la mejora el conocimiento de la composición tanto de los
afluentes como de los efluentes, simplifica el trabajo vinculado a la
realización de la predicción de resultados, posibilita una mejor explicación de
las eficiencias obtenidas en la reducción de demanda bioquímica de oxígeno y permite conocer de manera
anticipada la máxima eficiencia.
La DBO5 en aguas
residuales posibilita determinar la cantidad de sustancias orgánicas que los
microorganismos pueden descomponer durante el procesamiento biológico
De acuerdo a los resultados la diferencia en promedio
de DBO5 entre el afluente y efluente es de 115 mg/L de la planta de
purificación, siendo eficiente el sistema de filtro biológico de carbón vegetal
utilizado para la extracción de materia orgánica en el tratamiento de aguas
residuales de Yauli – Huancavelica, permitiendo la descarga del efluente dentro
de los límites máximos permisibles al rio Yauli para su posterior utilización
en la agricultura, entre otros sectores.
El uso del carbón vegetal en el filtro biológico es
importante y eficiente para disminuir la cantidad de materia orgánica del agua
residual de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales del distrito de Yauli
– Huancavelica. Al pasar por los filtros biológicos, se presentó un buen nivel
de calidad con una eficiencia alta, de acuerdo con la norma Efluentes de plantas de tratamiento de aguas
residuales domésticas o municipales, según el Decreto Supremo Nº
003-2010-MINAM-PERU.
Al mejorar la calidad del nivel de la demanda
bioquímica de oxígeno del proceso de los filtros biológicos de la planta de
tratamiento de agua residual municipal, mejora la calidad del agua para la conservación
hídrica en beneficio de la biodiversidad del rio Yauli y, también mejora el proceso
de eficiencia de nivel de materia orgánica del efluente.
CONCLUSIONES
Se identificó el nivel de calidad
aceptable (70 mg/L) de DBO5 en la Planta de Tratamiento de Aguas
Residuales del distrito de Yauli – Huancavelica; por tanto, los parámetros se
ajustan al límite máximo permisible, según el Decreto Supremo Nº
003-2010-MINAM-PERU. Con ello, se comprueba que el filtro biológico vegetal
cumple con disminuir la carga orgánica del efluente en el proceso de
tratamiento.
Por tanto, se determinó el nivel de
la calidad de la demanda bioquímica de oxígeno en el proceso de los filtros
biológicos, presentando bajo nivel de contenido de carga orgánica; en
consecuencia, la disminución de carga orgánica del efluente tiene efectos
positivos en la biodiversidad del río Yauli y estas aguas tratadas pueden ser
utilizadas en la agricultura, piscicultura e industria.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Organización de las Naciones Unidas. Cumbre Mundial de Desarrollo
Sostenible. Departamento de asuntos económicos y sociales. Programa 21: Capitulo
18 [Internet]. Mar de la plata: ONU; 2000 [Consultado 10 de enero del 2023].
Disponible en: HYPERLINK
https://www.un.org/spanish/esa/sustdev/agenda21/agenda21spchapter18.htm
2. Pillapa YE, Córdova Suárez MA, Cabrera Valle DA. Estimación de la
Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) en aguas residuales de las empresas de
jeans de la ciudad de Pelileo utilizando redes neuronales artificiales.
ConcienciaDigital. 2022 agosto; 5(3).
http://repositorio.uta.edu.ec/handle/123456789/34978
3. Giraldez WL. Caracterizacion de las Aguas Residuales en el Efluente de
la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales del Distrito de
Yauli-Huancavelica. Universidad Nacional de Huancavelica. 2020 diciembre;
1(100). https://repositorio.unh.edu.pe/handle/UNH/3317
4. Rojas R. Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales. Curso Internacional
Gestión Integral de tratamiento de aguas residuales del 25 al 27 de setiembre
de 2002. Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente
División de Salud y Ambiente. 2002.
https://docplayer.es/11882686-Conferencia-sistemas-de-tratamiento-de-aguas-residuales.html
5. Garzón MA, Buelna G, Moeller GE. La biofiltración sobre materiales orgánicos,
nuevas tecnologías para planta de tratamiento de aguas residuales e industrial.
Tecnología y ciencia del agua. 2012 setiembre; 111(3): 1-9. https://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S2007-24222012000300011
6. Méndez C, Dueñas J. Los procesos biológicos de tratamiento de aguas
residuales desde una visión no convencional. Ing. Hidráulica y Ambiental. 2018;
39(3):97-107 http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_abstract&pid=S1680-03382018000300097&lng=es&nrm=iso
7. Raffo E, Ruiz E. Caracterización de las aguas residuales y la demanda
bioquímica de oxígeno. Revista de la Facultad de Ingeniería Industrial. 2014;
17(1): p. 71-80. https://www.redalyc.org/pdf/816/81640855010.pdf
CONFLICTO DE INTERESES. En el presente
trabajo no existe conflicto de interés, al utilizar un filtro biológico vegetal
proveído por la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales del distrito de Yauli
– Huancavelica, donde brindaron la libertad y facilidad para realizar el
estudio, sin ninguna condición.