Revista Científica de Ingeniería, Industria y Arquitectura
Vol.7, Núm.14 (jul-dic 2024) ISSN: 2737-6451
Cita sugerida: Pillapa, J., López, L., Yépez, A., & Navarro, C. (2024).
Evaluación de la planta de tratamiento de aguas residuales de “El Corazón”
del Cantón Pangua-Ecuador. Revista Científica FINIBUS – Ingeniería,
Industria y Arquitectura. 7(14) 155-164
https://doi.org/10.56124/finibus.v7i14.015
DOI: https://doi.org/10.56124/finibus.v7i14.015
Recibido: 30-mayo-2024 Revisado: 10-julio-2024
Aceptado: 19-julio-2024 Publicado: 31-julio-2024
Artículo
Evaluación de la planta de tratamiento de Aguas
Residuales de “El Corazón” del Cantón Pangua,
Ecuador
Jorge Pillapa Ponluisa
[1]
Liliana López López
[2]
Ambar Yépez Intriago
[2]
[1] Profesional independiente
[2] Universidad Técnica de Ambato, Facultad de Ingeniería Civil y Mecánica, Carrera de Ingeniería Civil, Ambato 180206, Ecuador
Autor para correspondencia: ac.yepez@uta.edu.ec
Resumen
En este trabajo experimental se realizó la evaluación de una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) con el objetivo
de determinar si el agua tratada que se descarga al río cumple con la normativa. Para ello se recolectó información de todo el
sector en donde está ubicada actualmente la PTAR; se procedió a realizar la recolección de datos de los caudales del afluente
y efluente, se realizó el muestreo del agua residual en los puntos de ingreso y salida a la PTAR para el análisis de las
características fisicoquímicas que fueron procesadas en un laboratorio. Posteriormente se realizó la comparación con los
parámetros de descarga de aguas que establece el TULSMA 2015 donde se pudo verificar que la Demanda Bioquímica de
Oxigeno (DBO) y la Demanda Química de Oxigeno (DQO) no cumplen con lo establecido en la normativa vigente, por lo que
se optó en buscar una propuesta que permitan mejorar los parámetros mencionados. Con los resultados obtenidos se procedió
a realizar un análisis según el grado de remoción real para realizar un recalculo de sus propiedades geométricas con el fin de
dar un diagnóstico definitivo del estado actual de la PTAR y se comprobó que permiten mejorar el DBO y DQO del agua
tratada antes de su descarga final, misma que incluye: cribado, desarenador, tanque INHOFF, filtro percolador, fafa, lecho de
secado de lodos y una planta de desinfección. Adicionalmente se implementó un plan de operación y mantenimiento que cumpla
eficientemente el propósito para el cual fue diseñada dicha PTAR.
Palabras Clave: PTAR, Normativa, DBO, DQO, INHOFF, Evaluación, FAFA
Evaluation of the El Corazón Wastewater Treatment Plant – Pangua Canton, Ecuador.
Abstract
In this experimental work the evaluation of a WWTP was carried out with the aim of determining whether the treated water
discharged into the river complies with the regulations, for this purpose information was collected from the entire sector where
the WWTP is currently located; data was collected on the influent and effluent flows, wastewater sampling was carried out at
the entry and exit points to the WWTP for the analysis of the physical-chemical characteristics that were processed in a
laboratory. Subsequently, a comparison was made with the water discharge parameters established by the TULSMA 2015,
where it was verified that the Biochemical Oxygen Demand (BOD) and Chemical Oxygen Demand (COD) do not comply with
current regulations, so it was decided to seek a proposal to improve the parameters. With the results obtained, we proceeded to
carry out an analysis according to the actual degree of removal to recalculate its geometric properties in order to give a definitive
diagnosis of the current state of the WWTP and it was found that they allow to improve the BOD and COD of the treated water
before its final discharge, which includes: screening, sand trap, INHOFF tank, trickling filter, fafa, sludge drying bed and a
disinfection plant. In addition, an operation and maintenance plan were implemented to efficiently fulfil the purpose for which
the WWTP was designed.
Keywords: WWTP, Regulation, BOD, COD, INHOFF, Evaluation, FAFA
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Pillapa et al. (2024) https://doi.org/10.56124/finibus.v7i14.015
1. Introducción
La Organización de las Naciones Unidas tienen como
enfoque el desarrollo sostenible, con el propósito de
garantizar la disponibilidad de agua y su gestión sostenible y
que todas las personas cuenten con el saneamiento adecuado.
La visión es proteger el planeta, que las personas vivan en un
área de sostenibilidad medio ambiental, económica y social.
Por lo cual se requiere de infraestructuras adecuadas,
además, proporcionar instalaciones sanitarias y promover
prácticas de higiene (Baque, E. E. L., Cevallos, M. G. M., &
Macías, B. A. C. 2024).
En el año 2022, aproximadamente 2200 millones de
personas carecen de servicios de agua potable, 3500 millones
carecen de servicios de saneamiento y 2000 millones de
personas carecen de servicios de higiene básicos. Dentro de
los objetivos para el desarrollo sostenible para el 2030 es
brindar a todos servicios de saneamiento e higiene
adecuados. De ahí la importancia de contar con sistemas de
tratamiento adecuados (Moran, M. 2024)
A nivel mundial el manejo de los diferentes tipos de aguas
residuales se lo hace de forma incorrecta debido a lo
sofisticado y costoso de las redes de distribución y equipos
de monitoreo para obtener datos de alta calidad y con ello
poder conocer las diversas sustancias toxicas que se vierten
en el ambiente (Toledo, 2002). Todo esto ocasiona una
disminución sustancial de la calidad del agua lo que influye
en la disminución de la disponibilidad de esta para los usos
humanos y también de la vida del planeta.
Ecuador no cuenta con datos específicos y exactos sobre sus
sistemas de saneamientos. De acuerdo con la base de datos
de la Organización Panamericana de la Salud (OPS) estima
que en América Latina el 13.7% de las aguas servidas están
conectadas a redes de alcantarillado con tratamiento. En
función de ello la estimación de la situación es preocupante
tomando en cuenta que gran número de plantas de
tratamiento se encuentran abandonadas o a su vez funcionan
precariamente (Jouravlev, 2004).
El tratamiento de aguas residuales, sean de uso doméstico o
industriales tiene como objetivo principal eliminar los
contaminantes dando cumplimiento con las normativas
existentes, Ecuador busca tratar sus aguas residuales
mitigando los daños ambientales y con ello mejorar la
calidad de vida de sus habitantes. En cuanto a sus aguas
residuales provenientes de hospitales, centros de salud y
similares requieren de tratamientos específicos debido a los
agentes químicos que en estas se producen. El agua
proveniente de los hogares e industrias se descargan en el
sistema de alcantarillado público para un tratamiento y
posterior su vertido en cuencas hidráulicas. Las aguas
residuales de zonas hospitalarias, el Ministerio de Salud
Pública, Ministerio del Ambiente, entre otros, exigen a los
centros de salud implementar una planta de tratamiento en
cada establecimiento (León. J., Godoy. S., & Miguez. R.,
2023).
Los indicadores ODS de agua a nivel nacional, saneamiento
e higiene en Ecuador En Ecuador de acuerdo con la base de
datos de Secretaría Nacional del Agua y ENEMDU 2016, EL
92.2% tienen acceso a una fuente de agua adecuada, el 70.1%
cuentan con suministro seguro. En cuanto para los ODM el
agua entubada tiene una cobertura de 81.6%. para el
saneamiento el 95.5% de los servicios de saneamiento al
mejorado y 85.5% de la población poseen instalaciones para
lavarse las manos ( Indicadores ODS de agua, saneamiento
e higiene en Ecuador, 2016).
Las platas de tratamiento de aguas residuales han sido
motivo de estudio en los últimos años, debido a la
importancia que estas tienen en la situación ecológica y
ambiental. El incremento de población está directamente
relacionado con el uso doméstico, agrícola, industrial y
pluvial (Rueda, F. V., Guarín, A. F. M., & Pramparo, L. M.,
2019).
Las aguas residuales son evacuadas mediante un sistema de
redes hacia Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales
(PTAR). La falta de tratamiento adecuado genera problemas
por la acumulación de sólidos y materia orgánica en las
PTAR, lo cual incide en un incremento de operaciones y por
ende costo de operaciones, por lo expuesto anteriormente es
necesario evaluar el estado de las infraestructuras, su
funcionamiento y que cumplan con la normativa legal
ambiental (González, M. R. M., & Calero, J. M. G., 2022) y
(Echeverría, I., Escalante, C., Saavedra, O., Escalera, R.,
Heredia, G., & Montoya, R., 2021).
La Planta de Tratamiento de este trabajo de investigación
está ubicado en la Parroquia El Corazón. La población de
este lugar se dedica principalmente a la agricultura y a la
producción de panela, aguardiente, entre otros; los cuales son
comercializados a varias provincias del Ecuador. Las
actividades diarias generan considerables cantidades de agua
residual que contienen contaminantes los cuales afectan a la
salud de las personas y el medio ambiente (ACURED, 2021).
Una PTAR debe encontrarse en óptimas condiciones y
contar con una infraestructura de calidad y el proceso de
tratamiento que en esta se desarrolle debe remover en su
totalidad los diversos constituyentes del agua residual ya sea
sus componentes físicos, químicos y biológicos. Por lo tanto,
si la plata no es capaz de tratar el caudal para el que fue
diseñada, puede provocar el colapso de esta y aumentar el
índice de contaminación (Eddy, M. A., Tchobanoglous, G.,
Burton, F. L., & Cajigas, 1995). De ahí la importancia de
monitorear y dar mantenimiento a las PTAR y poder
garantizar el adecuado tratamiento de las aguas residuales y
mejorar la calidad de vida de la población (Reynolds, 2002).
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Evaluación de la planta de tratamiento de Aguas Residuales de “El Corazón” del Cantón Pangua,
Ecuador
2. Metodología
Las aguas residuales son desechos líquidos y residuos
sólidos que son producto de las actividades diarias que
provienen de aguas lluvias, industrias, residencias,
instituciones (públicas o privadas). Dichos productos son
recolectados por diferentes sistemas de alcantarillado que
posteriormente se conducen a las PTAR para disminuir su
nivel de contaminación o a su vez se descargan en cuerpos
de agua locales sin ningún tratamiento. Las aguas residuales
tienen varias sustancias tanto físicas, químicas y biológicas
que son perjudiciales para los seres vivos y el medio
ambiente (Navarro, 2012).
Las aguas residuales en general contienen el 1% de materia
sólida en suspensión (SSS) y el 99% está conformada por
agua. La materia solida puede ser de tipo orgánico e
inorgánico. El material solido inorgánico está contenido en
un 0.3% (conformado por los siguientes componentes:
fosforo, nitrógeno, cloruro, sulfatos y ciertas sustancias
toxicas), en tanto, el material orgánico constituye un 0.7%.
Los principales componentes son: desechos orgánicos,
microorganismos patógenos, sustancias orgánicas,
sustancias inorgánicas, sustancias radio activas, vegetales,
calor y sedimentos. Además, las aguas residuales tienen una
composición muy variable debido a los varios factores que
lo afectan de cierta forma. Es muy importante hacer la
cuantificación dichos componentes que permita establecer
un sistema de tratamiento adecuado para garantizar la
calidad del agua tratada que disminuirá el impacto ambiental
y el riesgo para la salud en caso de ser reutilizada (Portero.
M, and Amat, V., 2017)
Las aguas residuales deben pasar por diferentes procesos
para ser óptimas para la descarga en los caudales naturales.
El presente proyecto tiene como enfoque realizar la
evaluación del funcionamiento de la Planta de Tratamiento
de Aguas Residuales (PTAR), donde se lo realizará por
medio de los siguientes pasos:
FASE 1: Información del sector
En la investigación de campo hay que identificar de manera
visual la localización, los componentes y características
propias de la estructura así también como la obtención de
datos para la presente investigación se sustente en visitas de
campo a la PTAR.
FASE 2: Recolección de datos de caudales de Afluentes y
Efluentes.
Medición de los caudales de entrada y salida para realizar un
muestreo de agua residual en los horarios de máxima
demanda, así también para determinar las horas pico de los
días en los que hay un mayor caudal.
FASE 3: Análisis de laboratorio de las características
fisicoquímicas del agua.
Investigación de laboratorio donde se realiza el análisis del
tipo de calidad de agua tanto del caudal de entrada como el
caudal de salida de la PTAR que permite determinar la
composición física, química y biológica para identificar la
remoción de contaminantes del agua residual. Se obtiene
varios componentes que posee en agua residual como son:
DBO5, DQO, Nitrógeno, Fósforo, aceites y grasas,
detergentes, etc.
FASE 4: Análisis general del funcionamiento de la PTAR
Análisis y verificación del funcionamiento donde hay que
comparar los análisis obtenidos en laboratorio con la norma
TULSMA para descargas a un cuerpo de agua dulce (ríos).
FASE 5: Diagnóstico General de la PTAR
Diagnóstico de la construcción hidráulica existente (PTAR)
donde hay que identificar que parte de la estructura no se
encuentra funcionando correctamente para plantear un
modelo de solución donde permita mejorar los parámetros
ambientales y los caudales de descarga que van directamente
al cuerpo dulce.
3. Resultados y discusión
FASE 1: Información del sector
El área de estudio para la investigación es la planta de
tratamiento de aguas residuales de la parroquia El Corazón
(Figura 1), ubicada en el cantón Pangua provincia de
Cotopaxi. Tiene una extensión de 714,90 km
2
y cuenta con
una población de 22289 habitantes aproximadamente.
Pangua está ubicado al Sur Occidente de la provincia de
Cotopaxi y tiene un clima cálido y templado con una
temperatura media anual de 20°C.
Figura 1: Parroquia “El Corazón”, Pangua- Cotopaxi.
La parroquia de El Corazón en el sector urbano cuenta con
agua para alrededor de 1436 habitantes que, según
estadísticas municipales, el 24% de la parroquia dispone de
servicios de alcantarillado que son conducidas hacia las
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plantas de tratamiento de aguas residuales para descargas de
agua residual domésticas y el 76% utiliza letrinas o cualquier
otro tipo de disposición. La planta de tratamiento de aguas
residuales se encuentra ubicadas exactamente aguas abajo de
la parroquia, actualmente dicha planta se encuentra en
funcionamiento y fue puesta en operación en el año 2014.
La PTAR mencionada cuenta con diversos procesos
unitarios para el tratamiento de las aguas residuales en lo que
consta: Rejilla de entrada, Desarenador, Tanque Imhoff,
Filtro percolador y un lecho de secado de lodos, dichos
componentes de la planta de tratamiento se encuentran en un
predio con un área aproximada de 600m
2
(Figura 2).
Figura 2: Planta de Tratamiento de Aguas Residuales “El Corazón”
FASE 2: Recolección de datos de caudales de Afluentes y
Efluentes.
Para la recolección de información se tomaron mediciones
de los caudales al ingreso y a la salida de la PTAR, las
mediciones se realizaron en diferentes intervalos de tiempo
(Figura 3Figura 5Figura 6) .
Figura 3: Toma de muestra para la medición de caudales en la
PTAR
FASE 3: Análisis de laboratorio de las características
fisicoquímicas del agua.
Se realizaron muestreos en dos puntos, a la entrada y a la
salida de la planta de tratamiento, según las indicaciones
establecidas por la norma NTE INEN 2 176:1998 y NTE
INEN 2 169:1998. El muestreo se lo realizó manualmente a
la entrada de la PTAR (afluente) y en la salida de la planta
(efluente) (Figura 4).
Figura 4: Obtención de muestras en la PTAR
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Figura 5: Compartamiento de caudales de ingreso al TPAR (L/s)
Figura 6: Compartamiento de caudales de salida al TPAR (L/s)
FASE 4: Análisis general del funcionamiento de la PTAR
La PTAR analizada cuenta actualmente con varios procesos
en los que se aprecia de manera general el estado físico de
cada una de estas de acuerdo como se indica en la Figura 3.
La planta de tratamiento actual cuenta con los siguientes
procesos: reja de entrada, desarenador, tanque imhoff, filtro
percolador y un lecho de secado de lodos (Figura 7).
FASE 5: Diagnóstico General de la PTAR
En base al análisis general del funcionamiento de la PTAR
de cada uno de sus elementos, se evidencia que la planta de
tratamiento a pesar de tener un mantenimiento periódico
presenta problemas para tratar el caudal que a esta llega.
Además la planta de tratamiento no se encuentra en buenas
condiciones estructurales y funcionales aparentemente
debido a errores en el proceso de construcción.
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Figura 7: Proceso de tratamiento actual de la PTAR de la Parroquia El Corazón.
Comparación y análisis de resultados con la normativa
ambiental TULSMA 2015
Las muestras tomadas se las realizó según las indicaciones
establecidas por la norma NTE INEN 2 176 y NTE INEN 2
169. Posteriormente se enviaron las muestras al laboratorio
de servicios ambientales ALS Global en la ciudad de Quito
y realizar los respectivos análisis fisicoquímicos del agua
residual cruda y tratada.
La planta de tratamiento de aguas residuales de la parroquia
El Corazón está conformada por las siguientes operaciones y
procesos unitarios: Reja de entrada, Desarenador, Tanque
Imhoff, Filtro percolador, Lecho de secado de lodos. Dichos
procedimientos tienen una remoción teórica de carga
contaminante que se muestra en la Tabla 1, mismos que serán
utilizados para el análisis de los posteriores resultados.
Tabla 1: Grado de remoción teórica de contaminantes por procesos unitarios.
UNIDADES DE
TRATAMIENTO
RENDIMIENTO DE ELIMINACIÓN DEL CONSTITUYENTE,
PORCENTAJE
DBO
DQO
SS
Pb
N-Org c
NH3-N
Rejas de barra
0
0
0
0
0
0
Desarenadores
0-5
0-5
0-10
0
0
0
Sedimentación primaria
30-40
30-40
50-65
10-20
10-20
0
Filtros percoladores
Alta carga, medio pétreo
65-80
60-80
60-85
8-12
15-50
8-15
Total remoción teórica
99.05
97.15
98.65
34
75
27.75
Los diferentes resultados obtenidos en los análisis realizados
fueron comparados con los parámetros para descargas de
agua residual en un cuerpo de agua dulce procedente del
TULSMA 2015, con la finalidad de verificar los resultados
con la normativa vigente.
En la Tabla 2, tenemos los resultados de la comparación de
cada parámetro con la normativa ambiental vigente
(TULSMA 2015), a través del análisis de laboratorio se
determinó que la mayoría de los parámetros cumplen a
excepción de la DQO (Demanda Química de Oxígeno) y
DBO5 (Demanda Bioquímica de Oxígeno, estas presentan
niveles relativamente altos al límite permisible en la salida
de la PTAR.
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Tabla 2: Comparación de los resultados del análisis de laboratorio con la normativa (Muestra 1 y 2 a la entrada y salida de la PTAR).
PARÁMETRO
U
MÉTODO
ENTRADA
SALIDA
TULSMA
LÍMITE
MÁX.
CUMPLE
Fósforo Total
mg/l
Standard Methods Ed.
23,2017,4500P-B y 4500
P-C
3,77
2,78
10
SI
Sólidos
Suspendidos
mg/l
Standard Methods Ed.
23,2017,2540A y 2540 D
150,0
70,0
130
SI
Nitrógeno Total
mg/l
Standard Methods Ed.
23,2017,4500-Nag C
74,13
39,06
50
SI
Nitrógeno
Amoniacal
mg/l
Standard Methods Ed.
23,2017,4500-NH3F
59,65
21,70
30
SI
DQO
mg/l
Standard Methods Ed.
23,2017,5220A y 5220D
542,0
301,3
200
NO
DBO 5
mg/l
Standard Methods Ed.
23,2017,5210B
223,28
131,98
100
NO
Tabla 3: Remoción real de contaminantes (Muestra 1 y 2).
PARÁMETRO
U
ENTRADA
SALIDA
REMOCIÓN REAL
(%)
Fósforo Total
mg/l
3.77
2.78
26%
Sólidos Suspendidos
mg/l
150
70
53%
Nitrógeno Total
mg/l
74.13
39.06
47%
Nitrógeno Amoniacal
mg/l
59.65
21.7
64%
DQO
mg/l
542
301.3
44%
DBO 5
mg/l
223.28
131.98
41%
Tabla 4: Remoción teórica de contaminantes (Muestra 1 y 2).
PARÁMETRO
U
ENTRADA
SALIDA
REMOCIÓN TEÓRICA
(%)
Fósforo Total
mg/l
3.77
2.48
34%
Sólidos Suspendidos
mg/l
150
1.5
99%
Nitrógeno Total
mg/l
74.13
18.5
75%
Nitrógeno Amoniacal
mg/l
59.65
43.5
27%
DQO
mg/l
542
15.23
97%
DBO 5
mg/l
223.28
2.18
99%
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Pillapa et al. (2024) https://doi.org/10.56124/finibus.v7i14.015
Figura 8: Esquema de remoción real de contaminantes (Muestra 1 y 2).
Figura 9: Esquema de remoción teórica de contaminantes (Muestra 1 y 2).
Del análisis realizado de los resultados obtenidos se
concluye que el funcionamiento integral de la planta de
tratamiento de aguas residuales de la parroquia El Corazón
se encuentra operando de forma parcial, por lo que es
necesario realizar una evaluación mucho más profunda del
funcionamiento de cada obra hidráulica que conforman la
PTAR.
Para el diagnóstico de la PTAR se ha considerado las
dimensiones de cada una de las unidades de tratamiento, así
como también las condiciones del agua residual cruda y
tratada para realizar la verificación del estado en la que se
encuentra actualmente. Para ello se hizo el levantamiento de
las propiedades geométricas actuales de cada elemento
hidráulico, su ubicación de acuerdo como se indica en la
Figura 7.
Mediante una evaluación actual de parámetros, cálculos y
diseños de los elementos de la PTAR, se concluye que la
PTAR remueve los diferentes contaminantes que presenta el
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agua residual sin tratar, pero esta no se encuentra
funcionando de forma correcta, debido a que los elementos
no se encuentran dimensionados y operando adecuadamente,
son incapaces de cumplir con su función principal para
remover la carga contaminante y cumplir con el límite de
descarga a un cuerpo de agua dulce.
Es importante que en la PTAR de la parroquia El Corazón se
implemente un sistema estricto para el cribado del agua
residual (para los sólidos gruesos y plásticos) y con ello
proteger los siguientes procesos del tratamiento, también es
necesario incorporar un filtro anaerobio de flujo ascendente
(FAFA) para disminuir la DBO y DQO.
Debido al incumplimiento con la normativa TULSMA 2015
para descarga de aguas tratadas a un cuerpo de agua dulce,
se determinó la implementación obligatoria de un sistema de
desinfección del agua tratada antes de su descarga final de
forma que se evite el incumplimiento con la norma y
garantizar un buen tratamiento para futuros procesos. Se
establece un esquema para el correcto funcionamiento de la
planta.
Figura 10: Esquema para el correcto proceso de tratamiento
4. Conclusiones
Se evaluó el proceso de tratamiento donde se compararon los
resultados obtenidos en el análisis de laboratorio realizados
en los que se analizaron cinco componentes principales,
dándonos como resultados que la Demanda Bioquímica de
Oxigeno (DBO) y la Demanda Química de Oxigeno (DQO)
en la salida a la PTAR, no cumplen con el límite máximo
aceptable de descarga que estipula la normativa actual
TULSMA 2015.
En base a la remoción real y teórica de los contaminantes a
la entrada y salida de la planta de tratamiento de aguas
residuales de la parroquia El Corazón, se sugiere un nuevo
proceso de tratamiento que permitan mejorar los parámetros
analizados y por ende cumplir con las normativas
ambientales vigentes, dicho proceso de tratamiento consta
con: una criba, un tanque Imhoff, un filtro percolador, un
filtro anaerobio de flujo ascendente (FAFA), un lecho de
secado de lodos y un sistema estricto de desinfección para el
agua tratada antes de su descarga final al cuerpo dulce.
Referencias
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Contribución de los autores (CRediT)
Conceptualización, Análisis formal de datos, Investigación,
Metodología, Recursos materiales, Redacción-borrador
original, Redacción-revisión y edición: J.P.P., L.L.L, A.Y.I.,
C.N.P. Todos los autores han leído y aceptado la versión
publicada del manuscrito.
Conflicto de intereses
Los autores han declarado que no existe conflicto de
intereses en esta obra.
Derechos de autor 2024. Revista Científica
FINIBUS - ISSN: 2737-6451.
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.4.0