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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.
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.
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 4. Resumen de prueba de rangos con signo de Wilcoxon para efluente.
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.
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 % (4).
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 (5).
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 (6). A mayor presencia de sustancias orgánicas es necesario mayor demanda de oxígeno para ser posible la degradación de las materias orgánicas presentes en el agua residual; es decir, cuanto mayor sea la cantidad de materia orgánica en una muestra de agua, más microorganismos transportadores de oxígeno se necesitarán para oxidarla o descomponerla (7). Por tanto, la DBO5 es un indicador apropiado para determinar la eficiencia de la planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR).
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.
