Memoria para optar al Título Profesional de Ingeniero en Recursos Naturales Renovables

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El primer capítulo trata acerca de los antecedentes, la evaluación de aguas residuales y sus orígenes e historia. Se señalan cuáles son sus características y la evolución de los diferentes tratamientos que reciben éstas, así como el desarrollo tecnológico de los diferentes sistemas de tratamiento, es decir, el tratamiento convencional y el tratamiento biológico natural. El segundo capítulo describe las características del distrito de Jesús María, tales como su ubicación geográfica, el clima del distrito, los servicios de abastecimiento. Se plantea la alternativa para mejorar esta problemática distrital que encierra estos tres servicios básicos. El tercer capítulo desarrolla los aspectos técnicos del proyecto. Se plantea el objetivo, se determina la ubicación de la planta de tratamiento de aguas residuales, se realiza un predimensionamiento con los valores obtenidos en el análisis de laboratorio del agua residual captada en el punto de toma, se calcula el caudal a partir de los requerimientos de riego, y se determina sus características a la salida del proceso. Se complementa con un sistema de riego por aspersión para hacer más eficiente el proceso. Además, se realiza una comparación económica de dos alternativas, la planteada en esta tesis y otra muy común utilizada en diversos distritos, en la cual se puede mostrar que lo planteado en esta tesis presenta una factibilidad económica que, junto con la factibilidad técnica y ambiental, hace viable el proyecto. Finalmente, en el cuarto capítulo se realiza el análisis de impacto ambiental, que determina el impacto que traería al medio ambiente, una planta de tratamiento de aguas residuales en el distrito, en sus diferentes etapas y las maneras de mitigarlos para no generar alteraciones al ecosistema. / Tesis

La creciente demanda de reutilización de agua residual urbana, los elevados requerimientos de calidad, la preocupación por el medio ambiente y la presencia en las diferentes matrices de agua de compuestos orgánicos persistentes a los tratamientos biológicos convencionales han derivado en el desarrollo de nuevas tecnologías de depuración más eficientes y sostenibles para la obtención de aguas tratadas de alta calidad aptas para su reutilización. Aunque los procesos de tratamiento anaerobios son ampliamente conocidos, investigaciones recientes han puesto de manifiesto su eficiencia en combinación con otros sistemas en el tratamiento de ciertos microcontaminantes. No obstante, quedan aún por clarificar aspectos como la influencia de la carga orgánica del afluente en los rendimientos de eliminación de estos compuestos. Este estudio analiza el efecto de la carga orgánica del afluente en la eficiencia de eliminación de 30 microcontaminantes de diferente naturaleza, materia orgánica y nutrientes mediante un sistema combinado consistente en un reactor anaerobio de manto de fangos de flujo ascendente-UASB con un biorreactor de membranas –MBR. Se llevó a cabo también la evaluación de los principales parámetros de operación de la planta combinada, como son: el control del ensuciamiento de la membrana de microfiltración, la evolución de los MLSS, el oxígeno disuelto, la acidez del medio, el comportamiento biocinético de los fangos aerobios o la producción y calidad del biogás generado en el proceso de digestión anaerobia. Durante una primera fase experimental se operó una planta piloto escala laboratorio UASB-MBR a tres escalones de carga orgánica diferentes y con la biomasa aerobia suspendida. En una segunda fase experimental se introdujeron biosoportes en el tanque aerobio a fin de evaluar la influencia de la presencia de biomasa soportada en los rendimientos de eliminación de la planta combinada. Los resultados pusieron de manifiesto las sinergias establecidas entre ambos sistemas anaerobio y aerobio. La degradación de la materia orgánica fue superior al 97% durante toda la experimentación, con máximos superiores al 99% operando a cargas orgánicas altas y medias. El reactor UASB fue el principal responsable de las eliminaciones en cargas orgánicas altas mientras que, cuando descendió su rendimiento en cargas más bajas, fue el MBR el encargado de dichas eliminaciones. La eliminación de nutrientes en el reactor UASB fue muy limitada y se debió fundamentalmente a su acumulación por parte de la biomasa anaerobia activa para su asimilación celular. El MBR fue el principal responsable de la reducción de NT y PT, donde los altos tiempos de retención celular, un elevado ratio de recirculación entre el tanque de membranas y el tanque aerobio y la coexistencia de biomasa aerobia suspendida y soportada favorecieron el rendimiento de los procesos de nitrificación-desnitrificación, obteniendo rendimientos medios de eliminación de NT y PT del 35,5% y 40,0% y máximos del 44,8% y 54% respectivamente. Para la mayor parte de los 30 microcontaminantes las eficiencias de eliminación superiores al 90%. Los compuestos más recalcitrantes tanto al tratamiento anaerobio (UASB) como al tratamiento combinado en el UASB-MBR fueron las triazinas atrazina, simazina y terbutilazina, el linurón y, especialmente, los fármacos carbamazepina y diclofenaco. Los mayores rendimientos se obtuvieron cuando el influente estuvo en carga orgánica alta (0,7±0,1 kg DQO/m3·d) y con presencia de biomasa aerobia soportada, generando a la vez una alta tasa de producción de biogás (0,48 m3 biogás·kg DQO-1) con un contenido medio de CH4 del 73%, adecuado para su recuperación energética. La presencia de biomasa soportada mejoró las eliminaciones de todos los compuestos, especialmente de las triazinas, el linurón y la carbamazepina.

La eliminación de los residuos urbanos y los tratamientos ineficientes que estos reciben, es la preocupación principal en la sociedad actual. La degradación ambiental y el cambio climático están afectando seriamente el desarrollo ambiental y amenazando todas las perspectivas de futuro de nuestros pueblos. El crecimiento tecnológico y el aumento acelerado de la población ha producido grandes presiones sobre el ecosistema terrestre, lo que ha llevado a buscar soluciones para evitar el agotamiento de los recursos, y a promover el desarrollo sostenible. En la región Lambayeque existen comunidades que se ven afectadas directa e indirectamente por la cercanía a la disposición de los efluentes urbanos, ya que éstos son tratados en lagunas anaeróbicas o eliminados al mar sin ningún tratamiento previo; lo que ha ocasionado la emisión de gases de efecto invernadero y están afectado la vida de las especies. Esto nos ha llevado a buscar soluciones sostenibles al tratamiento de los residuos y mejorar la calidad de vida de las comunidades. Por ello, en el presente trabajo de investigación se plantea tratar las aguas residuales usando reactores UASB que producen biogás y éste será utilizado en la generación de energía eléctrica, lo cual representa una opción viable para mejorar el entorno ambiental, social y las condiciones de salud de las poblaciones cercanas a las zonas de tratamiento, como las lagunas de oxidación de la empresa Epsel cercanas al distrito de San José.

El presente trabajo tiene como finalidad la valorización de los lodos que se generan en las lagunas de estabilización de la empresa Epsel S.A., partiendo de la falta de tratamiento sobre estos lodos; debido a que este tipo de residuos son causantes de contaminación al ambiente, creando uno de los retos a los que la sociedad se enfrenta, en su preocupación por la disposición de lodos. Así se plantea la valoración de lodos para obtener abono orgánico, por lo cual se analizó la situación actual del mercado de fertilizantes en la región de Lambayeque, encontrando una gran demanda sobre el uso de este producto. Se realizó la caracterización de los lodos para fijar y evaluar las condiciones fisicoquímicas y microbiológicas que posee, fijándose dentro de los parámetros para su uso como enmienda de suelos. Se estableció la metodología para obtener el abono orgánico a partir de los lodos, resultando el proceso de compostaje por pilas de volteo como el más viable; para la ubicación de la planta se tuvo en cuenta factores como disponibilidad de materia prima, teniendo un área de 3 483,23 m2. Por último se determinó la viabilidad económica y financiera de la producción de abono a fin de establecer la factibilidad para la aplicación en suelos agrícolas de la región. De esta manera se pretende reducir la contaminación ambiental y contribuir con el desarrollo sustentable de Lambayeque, para lo cual se establece una propuesta de manejo adecuada de lodos para la planta de tratamiento de aguas residuales de Epsel S.A.

La propuesta de un sistema de tratamiento y reutilización del agua de teñido de la Empresa Textil Hilados Richard’s S.A.C., a partir del actual manejo ineficiente de las aguas residuales y su arrojo directo hacia las redes de alcantarillado. Con la ayuda de un examen físico – químico, se comprobó que los parámetros de salida, como la dureza y los Sólidos Suspendidos, del agua residual están fuera tanto de los Valores Máximos Admisibles para la evacuación de efluentes, como de los estándares para la reutilización dentro del proceso de teñido. La dureza con que sale el agua es de 127,75 mg CaCO3/L y 994 mg/L de SST. Teniendo los valores de los parámetros de salida del agua residual, y utilizando un diagrama de decisiones, se escogió el sistema de tratamiento que consta de un tratamiento primario: la sedimentación, que haciendo uso de floculante y coagulante, permite remover los sólidos disueltos en un 70%; obteniendo un valor menor a los 500 mg/L de SST en el agua. Y un tratamiento secundario: la adsorción mediante zeolita, con el cual se reduce los gramos de dureza a 12 mg CaCO3/L. Con dichos valores, se podrá reutilizar el 85% del agua residual. Esta propuesta de sistema resulta rentable, como lo demuestra el estudio de costo – beneficio, se determinó que el beneficio de la propuesta es 5,6 veces mayor que la inversión, con un periodo de recuperación de 2,2 años; y en caso sea financiado el proyecto, el período de recuperación se reduce a 1,7 años.

La industria Textil genera gran cantidad de aguas residuales, estos efluentes poseen elevadas concentraciones de colorantes y otros compuestos tóxicos. La Hilandería La Inmaculada S.A.C. es una empresa de la región de Lambayeque que no cuenta con un sistema de tratamiento de aguas residuales, y sus efluentes son vertidos directamente a la red de alcantarillado. El presente trabajo de investigación tuvo como objetivo proponer un sistema de tratamiento de aguas residuales en la Hilandería La Inmaculada S.A.C., para su reutilización en el proceso productivo. Para ello se determinó la cantidad de efluente de manera experimental, midiendo los volúmenes utilizados en el proceso productivo; también se determinaron las características fisicoquímicas de las aguas residuales, por medio de análisis de pH, Demanda Biológica de Oxígeno, Demanda Química de Oxígeno, Sólidos Totales en Suspensión, temperatura y conductividad. Luego, se identificó que el tratamiento más adecuado para las aguas residuales, tomando como criterio de evaluación y selección las características obtenidas en los análisis físico-químicos, la viabilidad desde el punto de vista económico y técnico, y la posibilidad de reutilización del agua tratada, es el proceso de Ozonización. Con el tratamiento del efluente mediante ozonización, se alcanza una reducción del consumo de agua, superior al 80%, pues dichas aguas se pueden reutilizar hasta en 06 ocasiones, en el mismo proceso de teñido. Finalmente en el estudio económico-financiero, se determinó la viabilidad económica del proyecto, y se obtuvieron valores de la Tasa Interna de Retorno de 15% y Valor Actual Neto $ 18 740,23.

Estas aguas residuales o llamado comúnmente como purín de cerdo, que se generan en dicha granja, contribuyen directamente a la contaminación ambiental, específicamente a los suelos. Anualmente se le da una limpieza a la posa de oxidación 01 donde se almacenan estas aguas residuales con un costo anual de $ 9 957,75. Es por ello que se trataron estas aguas residuales, para obtener un combustible llamado biogás, y reemplazarlos por el GLP que se usa en los sistemas de calefacción de las áreas de maternidad. El trabajo propio de esta investigación consistió en dar una solución a esta problemática, alcanzando los objetivos planteados con la finalidad de establecer una solución a los problemas que se presentaron. Para ello en primer lugar se realizó la caracterización del agua residual de la Empresa Rico Cerdo F&G S.A.C. El punto de muestreo en donde se recolectó la muestra de agua residual, fue en la tubería de descarga del efluente de la fosa de oxidación 01, en esta fosa es en donde se concentran todas aguas residuales provenientes de todas las etapas productivas de la granja. Se enviaron 2 botellas de 1 litro al laboratorio de agua, suelo, medioambiente y fertirriego de la facultad de ingeniería agrícola de la Universidad Nacional Agraria la Molina, obteniendo los siguientes resultados: un pH de 6,96; DQO de 22210 mg/l, DBO5 de 250 mg/l, fósforo total de 149,30 y nitrógeno total de 621,26 mg/l. Concluyendo que el agua residual es un efluente totalmente contaminante, debido a su elevada carga orgánica. Posteriormente se estimó el consumo de gas (GLP) del sistema de calefacción de las dos áreas de maternidad, obteniendo un consumo promedio de 227,21 m3 al mes de GLP, generando un costo anual de $ 5 977,67. Teniendo este dato se propuso el diseño del biodigestor tipo laguna cubierta para la obtención de biogás; este biodigestor produce en promedio 8 633,4 m3 biogás al mes (80% metano y 20% CO2), abasteciendo al 100% el sistema de calefacción de las áreas de maternidad y generando un sobrante de biogás en promedio de 6 409,72 m3/mes, que será vendido generando ingresos anuales a la granja de $ 123 066,6. Para finalizar el sistema de biodigestión propuesto para la obtención de biogás, generó una inversión inicial de $ 110 876,56. El cual recién en el 2 año de su puesta en marcha, podrá recuperar su inversión.

Las industrias avícolas generan grandes cantidades de efluentes los cuales causan un impacto negativo si no son tratados antes de su vertimiento a cuerpos receptores. El Centro de Beneficio Avícola Andy S.R.L. es una de ellas, pues utiliza elevados volúmenes de agua en su proceso, cuyos efluentes son vertidos al desagüe ocasionando colapsos en las redes de alcantarillado y costos por desatoro. La presente investigación tiene como objetivo proponer un sistema de tratamiento para obtener agua reutilizable en la limpieza de las áreas de trabajo. Para esto, primero se evaluó la calidad de los efluentes a través de un análisis físico-químico cuyas características halladas fueron: pH: 6,62; demanda biológica de oxígeno (DBO): 2150 mg/l; demanda química de oxígeno (DGO): 2902,5 mg/l; aceites y grasas: 219,51 mg/l; sólidos sedimentables totales: 35 mg/L y coliformes termotolerantes: 2,80E+06 NMP/100ml; las cuales se encuentran fuera de los límites máximos permisibles a excepción del pH. Luego se identificó el tratamiento adecuado para estas aguas, el cual es el sistema por lodos activados seleccionado a partir de criterios de evaluación y selección como eficiencia de remoción, calidad del agua tratada y costos de operación. El sistema cuenta también con un proceso de desinfección permitiendo que el reúso de las aguas sea eficiente, lo que significa el ahorro en costos de agua potable, costos por multas y pérdidas por cierre definitivo. Por último la relación costo-beneficio demuestra que el proyecto es rentable pues por cada dólar invertido se genera una ganancia de $ 0,673 dólares.