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DIAGNÓSTICO
DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO
DE AGUAS RESIDUALES DE MANTA
DIAGNOSIS OF WASTEWATER TREATMENT SYSTEM OF MANTA
Giselle Velasco T.
1
, Jorge Moncayo S.
1
& David Chuquer S.
1, 2
Recibido: 09 octubre 2018/ Aceptado: 15 noviembre 2018
DOI: 10.26807/ia.v7i1.90
Palabras claves: DBO
5
, DQO, lagunas de oxidación,
materia orgánica, tratamiento de agua residual.
Keywords: BDO
5
, COD, oxidation lagoons, organic matter,
wastewater treatment.
RESUMEN
Se realizó un diagnóstico de la eficiencia de remoción de contaminantes en la
planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) de la ciudad de Manta, la cual
recibe en promedio un caudal de 30798 m
3
d
-1
de agua residual. Para ello se
caracterizó fisicoquímicamente el agua durante el tratamiento, determinándose
1 Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ciencias Químicas, Quito, Ecuador.
(gpvelasco@uce. edu.ec; jemoncayo@uce.edu.ec; dschuquer@uce.edu.ec)
2 Pontificia Universidad Católica del Ecuador, Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Escuela de Cien-
cias Químicas, Quito, Ecuador.
(dchuquer295@puce.edu.ec)
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eficiencias de remoción de DBO
5
del 51 % y de DQO del 56 %, valores que,
al ser comparados con otras PTAR del mismo tipo, indican una pobre remoción
de materia orgánica. Con respecto al efluente de descarga del sistema, se en-
contró que los parámetros DQO, DBO
5
, nitrógeno Kjeldahl y sólidos totales,
sobrepasan los límites máximos permisibles de la normativa ecuatoriana. En
conclusión, se demostró que el sistema requiere mantenimiento especialmente
en las lagunas facultativas, ya que son las principales responsables de la dismi-
nución de la eficiencia global de remoción de contaminantes.
ABSTRACT
A diagnosis of the removal efficiency of pollutants was made in the wastewater
treatment plant (WWTP) of the city of Manta. The plant receives on average a
volume of 30798 m
3
d
-1
of wastewater. To that end, physicochemical analyses
were carried out in the different stages of the treatment process. The results
showed removal efficiencies of BOD
5
of 51 % and COD of 56 %. These values,
when compared with other WWTPs of the same type, indicate a poor removal
of organic matter. Regarding the discharge effluent system, it was found that the
COD, BOD
5
, Kjeldahl Nitrogen and Total Solids parameters exceed the maxi-
mum permissible limits of the Ecuadorian regulations. In conclusion, it was
shown that the system requires maintenance, especially at the facultative la-
goons, since it is the main responsible stage to reduce the global efficiency of
pollutants removal.
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DE AGUAS RESIDUALES DE MANTA
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La ciudad de Manta tiene una pobla-
ción de aproximadamente 220000
habitantes. Hasta el 2013, la cober-
tura de agua potable y alcantarillado
en Manta fue del 78,7 % y 64,1%,
respectivamente (SENPLADES, 2014).
Sin embargo, la cobertura de sanea-
miento necesita todaa inversión, es-
pecialmente en el tratamiento de
efluentes domésticos.
Se estima que en el Ecuador, se rea-
liza el tratamiento de entre el 10 y 25
% de las aguas residuales que se des-
cargan a cuerpos de agua (Sato,
Qadir, Yamamoto, Endo, & Zahoor,
2013). La solución planteada para
afrontar este problema en las princi-
pales ciudades del país, fue la cons-
trucción de sistemas de lagunas de
oxidación o estabilización, como en
el caso de las ciudades de Manta,
Cuenca, Guayaquil y Portoviejo, de-
bido a aspectos como el bajo costo
en la implementación, facilidad al
construirlas y su operatividad (Ho,
Van Echelpoel, & Goethals, 2017)..
Desde 1972, en el sector de San Juan
de Manta se implementó una planta
de tratamiento de aguas residuales
(PTAR), sistema que se compone de
tres lagunas anaerobias, tres faculta-
tivas y cuatro de maduración o puli-
mento, que constituyen las tres fases
del tratamiento, y que interconecta-
das trabajan continuamente, para de-
purar en promedio 30798 m
3
d
-1
de
agua residual, como se muestra en la
Figura 1.
La operación del sistema está a cargo
de la Empresa blica de Aguas de
Manta EPAM. El efluente del sistema
se descarga en el río Manta, el cual
en su recorrido se une al río Burro y
finalmente desemboca en el Océano
Pacífico (Velasco, 2018).
La falta de mantenimiento de los sis-
temas de lagunas de oxidación, ge-
nera graves problemas por la acumu-
lación de sólidos y materia orgánica
en las lagunas, lo que involucra la ne-
cesidad de operaciones adicionales,
aumentando los costos de operación
y disminuyendo la remoción de con-
taminantes (Grady, Daigger, Love, &
Filipe, 2011), así como la generación
de malos olores para la población ;
este último es un problema recurrente
en los barrios Miraflores, Tarqui y Los
INTRODUCCION
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Esteros de la ciudad de Manta (El Dia-
rio, 2016). Adicionalmente, se ha re-
portado que la calidad del agua en la
playa de Los Esteros no reúne las ca-
racterísticas necesarias para fines re-
creativos (González & González,
2016).
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Figura 1. Diagrama de flujo del sistema de tratamiento
Con estos antecedentes, se hace ne-
cesario un diagnóstico del funciona-
miento de la PTAR de Manta, ya que
su efluente es uno de los emisarios
más importantes que contribuyen a la
baja calidad del agua de los ríos
Manta, Burro y la playa de Los Este-
ros.
El objetivo de esta investigación fue
realizar un diagnóstico de la eficien-
cia de remoción de contaminantes en
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la PTAR de Manta, mediante la carac-
terización de parámetros fisicoquími-
cos del agua residual antes y después
de su tratamiento, para verificar el
cumplimiento de la norma ambiental
del TULSMA, Libro VI, Anexo 1 (Re-
gistro Oficial, 2015) y así recomen-
dar mejoras al sistema de tratamien-
to a base de los resultados obtenidos.
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Figura 2. Vista superior de la planta de tratamiento de aguas residuales de Manta
(Velasco, 2018)
MATERIALES Y MÉTODOS
Se colectaron muestras de agua resi-
dual de la PTAR de Manta entre mar -
zo y abril de 2017 en los sitios de
muestreo señalados en la Figura 2. El
muestreo se realizó tomando en
cuenta los tiempos de retención teó-
ricos del agua residual en las lagunas
y se detalla en la Tabla 1.
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La época en la que se realizó el
muestreo está caracterizada por pre-
cipitaciones en la zona (Hernández
& Zambrano, 2007). Las muestras
fueron recolectadas y preservadas to-
mando en cuenta las especificacio-
nes establecidas en la norma NTE
INEN 2169:2013.
Tabla 1. Programa de
muestreo ejecutado
Muestra Día 1 Día 3 Día 7 Día 14
M1 X
M2 X
M3 X
M4 X
M5 X
M7 X
Una vez recolectadas las muestras,
fueron trasladadas vía terrestre al La-
boratorio OSP (Oferta de Servicios y
Productos) de la Facultad Ciencias
Químicas de la Universidad Central
del Ecuador, acreditado bajo la
norma de calidad ISO 17025:2005
donde se analizaron los parámetros:
demanda química de oxígeno
(DQO), demanda bioquímica de oxí-
geno de 5 días (DBO
5
), fósforo total
(P), nitrógeno Kjeldhal, (N-K), nitró-
geno amoniacal (N-NH
3
), nitrógeno
total (NT), nitritos (NO
2
-
), nitratos
(NO
3
-
), lidos totales (ST), lidos
suspendidos (SS) y sólidos disueltos
(SD) mediante procedimientos estan-
darizados para cada fin como se
muestra en la Tabla 2.
Tabla 2. Métodos utilizados
para el análisis de muestras
Parámetro Método estandarizado
DBO
5
APHA 5210-B
DQO Merck 112, fotómetro SQ118
SD APHA 2540 C
SS APHA 2540 D
N-K AOAC 981.10
P APHA 4500-P C
pH APHA 4500-H B
NO
3
-
APHA 4500-NO3 B
NO
2
-
Colorimétrico HACH 375
N-NH
3
Colorimétrico HACH
NT Cálculo
ST Cálcul
o
Se determinó la eficiencia de la PTAR
dividiendo al sistema en tres etapas.
La etapa 1 (E1), desde el ingreso del
agua residual al sistema, hasta la sa-
lida del agua de las lagunas anaero-
bias. La etapa 2 (E2), desde el
efluente de las lagunas anaerobias
hasta el efluente de las lagunas facul-
tativas. La etapa 3 (E3), desde el
efluente de las lagunas facultativas
hasta el efluente de la laguna de ma-
duración o pulimento.
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Para identificar la eficiencia de las
etapas se dividió el sistema en tres
tipos de tratamientos. El tratamiento
1 (T1) corresponde a E1. El trata-
miento 2 (T2) corresponde a E1 se-
guida de E2, es decir, desde el ingre-
so del agua residual al sistema hasta
el efluente de las lagunas facultativas.
El tratamiento 3 (T3) está compuesto
por las etapas E1, E2 y E3, es decir
desde el ingreso del agua residual al
sistema hasta el efluente de las lagu-
nas de maduración o pulimento.
La remoción de contaminantes en la
PTAR se calculó mediante la ecua-
ción 1, dónde %E es el porcentaje de
remoción del contaminante en el tra-
tamiento, M1 es la concentración del
contaminante en la entrada al trata-
miento en miligramos por litro (mgL
-
1
) y Mx es la concentración del
contaminante en la salida del trata-
miento en mgL
-1
.
(1)
Para el lculo de las constantes de
degradación se aplicó el modelo de
Marais-Shaw (Cruz, Alayón-Torres &
Monsegny, 2000; Ho et.al., 2017).
Este modelo se ha utilizado en la ma-
yoría de los diseños de sistemas lagu-
nares, y se calcula mediante la ecua-
ción 2, dónde K es la constante de
biodegradación de primer orden en
dia
-1
y t el tiempo de retención de la
laguna en días.
(2)
Finalmente, para identificar si existen
diferencias significativas entre las
concentraciones de contaminantes
en todas las muestras analizadas en
cada etapa del tratamiento, se reali
la prueba de Mínima Diferencia Sig-
nificativa (LSD) mediante el “soft-
ware” estadístico Statgraphics ®.
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%E =
*
100
M1–Mx
M1
K = –
M1
Mx
*
t
1
t
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Tabla 3. Resultados de análisis fisicoquímico y remoción de contaminantes
Parámetro
M1 M2 Remoción M3 Remoción M4 Remoción M5 M7
LMP**
(mgL
-1
) (mgL
-1
) T1 (%) (mgL
-1
) T2 (%) (mgL
-1
) T3 (%) (mgL
-1
) (mgL
-1
)
DQO 567 207 63 264 53 252 56 203 115 200
DBO
5
264 117 56 122 54 128 51 80 49 100
P 5,5 2,3 58,5 6,8 -22,5 5,0 9,8 0,4 0,9 10,0
N-K 156,0 183,0 -17,1 330,9 -111,7 179,7 -14,9 158,7 154,0 50,0
NO
2
-
0,04 0,06 -62,16 0,06 -62,16 0,08 -116,22 0,09 0,07 NA
NO
3
-
9,3 2,1 77,5 2,1 76,9 1,6 82,3 2,3 2,4 NA
N-NH
3
49,3 34,1 30,7 32,2 34,6 19,9 59,6 6,7 6,1 30,0
NT 214,9 219,3 -2,0 365,3 -70,0 201,3 6,3 167,7 162,6 NA
pH* 7,8 7,6 2,6 9,7 -24,4 7,9 -1,3 7,5 7,8 6 a 9
SS 229 149 35 155 32 128 44 849 1007 130
SD 2133 2142 0 2502 -17 2049 4 2229 2436 NA
ST 2363 2291 3 2657 -12 2176 8 3079 3443 1600
% Cumple 50
* Es un parámetro adimensional; **Límite máximo permisible establecido en el TULSMA LIBRO VI ANEXO 1
Tabla 10; NA indica que no existe límite máximo permisible para dicho parámetro en la norma evaluada. El nú-
mero de cifras significativas se relaciona con la apreciación de cada método analítico.
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RESULTADOS
Eficiencia de los tratamientos
En la Tabla 3 se presentan los valores
de las eficiencias de remoción de
cada tratamiento para los parámetros
DBO
5
, DQO, P, N-K, NO
2
-
, NO
3
-
, N-
NH
3
, NT, SS, SD, ST y pH.
Constantes de degradación
La constante de degradación (K) rela-
ciona la tasa de remoción de materia
orgánica con respecto a la concentra-
ción del parámetro en el sistema. En
la Tabla 4 se indican las constantes
calculadas en cada una de las etapas
y tratamientos de la PTAR.
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Tabla 4. Constantes de degradación de materia orgánica
en las diferentes etapas y tratamientos
E1 E2 E3 T1 T2 T3
Tiempo de retención (d) 3,0 3,4 5,7 3,0 6,4 11,1
K DBO
5
(d
-1
) 0,42 NA NA 0,42 0,18 0,10
K DQO (d
-1
) 0,58 NA 0,01 0,58 0,18 0,11
NA: no hay remoción de materia orgánica
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Análisis estadístico
En la Tabla 5 se resumen los resulta-
dos de la prueba LSD con un 95 %
de confianza. Las muestras que tie-
nen casilleros en blanco significan
que no forman parte de ningún grupo
homogéneo en el parámetro defi-
nido, mientras que las muestras que
tienen casilleros con el mismo color
(gris o negro) significan que forma
parte de algún grupo homogéneo en
el parámetro definido.
Tabla 5. Resumen del análisis estadístico
MUESTRAS
PARÁMETROS
M1 M2 M3 M4
DQO
DBO
5
P
N-K
SS
SD
NO
2
-
NO
3
-
N-NH
3
pH
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Eficiencia de los tratamientos
En la Tabla 3 se observa que las lagu-
nas anaerobias (T1) presentan las ma-
yores remociones de DQO, DBO
5
y
P, con eficiencias superiores al 50 %
para cada uno de los parámetros. Los
T2 y T3 tienen menores remociones
de DQO, DBO
5
y P, por lo que se
puede considerar que para la remo-
ción de estos parámetros es suficiente
con la primera etapa de la PTAR.
Con respecto al N-K vemos que el
paso de agua por las lagunas faculta-
tivas provoca un aumento del 111,7
% de respecto al influente debido a la
proliferación vegetal excesiva de al-
gas cianofíceas lo cual ha creado una
capa superficial que impide el paso
de la luz solar y el intercambio de
oxígeno con la atmósfera. Posterior al
paso del agua residual por las lagunas
de maduración hay una disminución
de 151,7 mgL
-1
de N-K generando
concentraciones del parámetro simi-
lares al ingreso de agua residual al sis-
tema.
Con respecto al NO
2
-
existe un au-
mento durante todo el tratamiento
debido a las condiciones anaerobias
predominantes lo cual favorece la re-
ducción de los NO
3
-
lográndose re-
mociones de hasta el 82,3 %
mediante el T3. Con respecto al N-
NH
3
existe una remoción del 59,6 %
cuando se realiza el T3. En cuanto a
los SS, SD y ST tienen una remoción
del 44 %, 4 y 8 % respectivamente
en el T3, a pesar de la contaminación
sufrida durante el paso del agua resi-
dual por la laguna facultativa por la
acumulación de sólidos, lo cual re-
duce su volumen y sus tiempos de re-
tención, provocando una disminu-
ción en su desempeño (Oliveira &
von-Sperling, 2010).
Al comparar los parámetros fisicoquí-
micos evaluados con la legislación
vigente, los resultados de la Tabla 3
señalan que en la muestra M4 (salida
de la laguna maduración) se tiene un
incumplimiento de la normativa am-
biental vigente del 50 % de los pará-
metros analizados en este estudio
(DQO, DBO
5
, N-K y ST). En defini-
tiva, el tratamiento que se ejecutó en
la PTAR de Manta al momento del
diagnóstico, solo condujo al cumpli-
miento de los límites permisibles de
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DISCUSIÓN
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los parámetros SS y N-NH
3
, ya que
los parámetros P y pH estaban en
cumplimiento de los límites permisi-
bles antes del ingreso a la PTAR.
Constantes de degradación
La Tabla 4 muestra las constantes de
degradación del sistema en sus dife-
rentes etapas. Es notorio que E1 (la-
gunas anaerobias) es la que aporta la
mayor remoción de materia orgánica,
mientras que E2 (lagunas facultativas)
y E3 (lagunas de maduración) no
contribuyen significativamente en su
remoción provocando una disminu-
ción de las constantes de degrada-
ción.
El sistema en conjunto (E1, E2 y E3)
presenta una pobre remoción en
DBO
5
y DQO (51 % y 56 % respec-
tivamente) comparado con otras
PTAR con remociones de DBO
5
de
entre el 70 y 95 % (Espinosa, von
Sperling & Verbyla, 2017; Cárdenas,
et.al. 2005; El Sharkawi, El Sebaie,
Hossam & Abdel Kerim, 1995; Pear-
son, Mara, Cawley, Arridge & Silva,
1996; von-Sterling & Chenircharo,
2005).
Análisis estadístico
En la Tabla 5 se detalla el análisis es-
tadístico mediante LSD. El resultado
indica que el T3 provoca una dismi-
nución estadísticamente significativa
de parámetros de DBO
5
, DQO, SS,
NO
3
-
y N-NH
3
. Parámetros como el
NO
2
-
y N-K presentan un aumento
significativo durante T3, mientras que
el P y SD no presentan diferencias
significativas durante el T3.
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CONCLUSIONES
Se realizó un diagnóstico puntual de
la eficiencia de remoción de conta-
minantes en la PTAR de la ciudad de
Manta durante la época lluviosa de la
zona, siendo las lagunas anaerobias
son las que remueven la mayor parte
de materia orgánica y determinán-
dose que el sistema aplicado actual-
mente presenta deficiencias debido a
la acumulación de sólidos en las la-
gunas facultativas, que causa un de-
cremento de la calidad del agua
residual que sale de ellas. Se reco-
mienda realizar una limpieza o dra-
gado de las lagunas facultativas.
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Los resultados del estudio establecen
que el efluente de la PTAR de Manta
no cumple con los límites permisi-
bles establecidos en la normativa am-
biental vigente ecuatoriana en los
parámetros DQO, DBO
5
, N-K y ST ,
para lo cual es necesario realizar
nuevos estudios que corroboren el
comportamiento del sistema de trata-
miento.
infoANALÍTICA 7 (1)
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