universidad central del ecuador ambiental ......en mi calidad de tutor del trabajo de titulación,...
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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y
AMBIENTAL
CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL
Evaluación del Sistema de tratamiento de aguas residuales de una industria farmacéutica
de la ciudad de Quito
Trabajo de titulación, modalidad Proyecto de investigación para la obtención del título
de Ingeniera Ambiental
AUTORA: Guamán Pineda Erika Liliana
TUTOR: Dr. Félix Daniel Andueza Leal, MSc, PhD
Quito, 2020
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© DERECHOS DE AUTOR
Yo, ERIKA LILIANA GUAMÁN PINEDA, en calidad de autor y titular de los derechos
morales y patrimoniales del trabajo de titulación EVALUACIÓN DEL SISTEMA DE
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE UNA INDUSTRIA
FARMACÉUTICA DE LA CIUDAD DE QUITO, modalidad Proyecto de investigación,
de conformidad con el Art. 114 del CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA
SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN, concedo a
favor de la Universidad Central del Ecuador una licencia gratuita, intransferibles y no
exclusiva para el uso no comercial de la obra, con fines estrictamente académicos.
Conservo a mi favor todos los derechos de autor sobre la obra, establecidos en la
normativa citada.
Así mismo, autorizo a la Universidad Central del Ecuador para que realice la
digitalización y publicación de este trabajo de titulación en el repositorio virtual, de
conformidad a lo dispuesto en el Art. 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior.
El autor declara que la obra objeto de la presente autorización es original en su forma de
expresión y no infringe el derecho de autor de terceros, asumiendo la responsabilidad por
cualquier reclamación que pudiera presentarse por esta causa y liberando a la Universidad
de toda responsabilidad.
________________________
Erika Liliana Guamán Pineda
C.C. 1725621625
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APROBACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del Trabajo de Titulación, presentado por ERIKA LILIANA
GUAMÁN PINEDA, para optar por el Grado de Ingeniera Ambiental; cuyo título es:
EVALUACIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE
UNA INDUSTRIA FARMACÉUTICA DE LA CIUDAD DE QUITO, considero que
dicho trabajo reúne los requisitos y méritos suficientes para ser sometido a la presentación
pública y evaluación por parte del tribunal examinador que se designe.
En la ciudad de Quito, a los 17 días del mes de diciembre de 2019.
__________________________
Dr. Félix Andueza MSc, PhD
DOCENTE-TUTOR
C.C. 1757134646
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APROBACIÓN DEL TRABAJO DE TITULACIÓN POR PARTE DEL
TRIBUNAL
Los miembros del proyecto integrador denominado: “EVALUACIÓN DEL SISTEMA
DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE UNA INDUSTRIA
FARMACÉUTICA DE LA CIUDAD DE QUITO” preparado por la señorita ERIKA
LILIANA GUAMÁN PINEDA, egresada de la Carrera de Ingeniería Ambiental, declaran
que el presente proyecto ha sido revisado, verificado y evaluado detenida y legalmente,
por lo que lo califican como original y auténtico de la autora.
En la ciudad de Quito, a los 06 días del mes enero del 2020.
__________________ __________________
Ing. Teresa Palacios Ing. Andrea Chávez
MIEMBRO MIEMBRO
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A mis padres, Jaime Guamán y Rosita Pineda
por brindarme su amor, apoyo incondicional, y
por mostrarme el camino hacia la superación.
A mi hermana, Abigail
por estar en los momentos más importante de mi vida y,
por su cariño.
A los pequeñitos de casa, Dulce y Theo
por alegrar mis días, los amo.
Liliana
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AGRADECIMIENTOS
La vida se encuentra llena de retos y uno de ellos es la universidad, sin embargo, más
allá de ser un reto, fue una de etapas más bonitas de la vida ya que me permitió
formarme como profesional y crecer como persona.
A mis padres, por ser los principales promotores de mis sueños, gracias a ellos por la
dedicación, paciencia, amor y apoyo incondicional, por cada día confiar en mí y en mis
expectativas, a mi madre, por ser un grande ejemplo de mujer, por darme su mano en cada
caída que he tenido y ser la razón de levantarme y continuar; a mi padre, por siempre
desear y anhelar lo mejor para mi vida, gracias por cada consejo y por cada una de sus
palabras que me guiaron.
A mis hermanas y mi sobrino por la alegría y cariño que día a día me brindan y por confiar
en mis sueños y hacerlos parte de ellas.
David, porque con tu cariño y alegría me animaste a continuar cuando parecía que me iba
a rendir.
Nel, por tu paciencia y apoyo en la realización de los análisis microbiológicos de esta
investigación.
A la Industria Farmacéutica en donde se llevó a cabo la investigación por brindarme el
apoyo y ayuda necesaria.
Agradezco a todas las personas y amigos que estuvieron a mi lado y formaron parte del
desarrollo de mi proyecto de titulación.
Finalmente agradezco a quien lee este apartado y más de mi tesis, por permitir que mi
experiencia, investigación y conocimiento forme parte de su recopilación de información.
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CONTENIDO
pág.
LISTA DE TABLAS ....................................................................................................... xi
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................... xiii
LISTA DE ECUACIONES ........................................................................................... xiv
LISTA DE ANEXOS ..................................................................................................... xv
ABREVIATURAS ........................................................................................................ xvi
RESUMEN ................................................................................................................... xvii
ABSTRACT ................................................................................................................ xviii
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 1
1. MARCO TEÓRICO ..................................................................................................... 3
1.1. Marco institucional, legal y ético .............................................................................. 3
1.1.2. Marco Legal ............................................................................................................ 3
1.1.3. Marco Ético ............................................................................................................ 7
1.2. Aguas residuales ........................................................................................................ 7
1.2.1. Aguas residuales industriales.................................................................................. 7
1.2.2. Características principales de las aguas residuales ................................................. 7
1.3. Tratamiento de aguas residuales .............................................................................. 10
1.3.1. Pre-tratamiento ..................................................................................................... 10
1.3.2. Tratamiento primario ............................................................................................ 10
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viii
1.3.3. Tratamiento secundario ........................................................................................ 11
1.3.4. Tratamiento terciario ............................................................................................ 14
1.4. Descripción general de la industria Farmacéutica en estudio.................................. 14
1.4.1. Descripción del área de estudio ............................................................................ 15
1.4.2. Descripción de las instalaciones y áreas de producción ....................................... 15
1.4.3. Generación de efluentes residuales....................................................................... 16
1.4.4. Descripción del sistema de tratamiento de aguas residuales actual...................... 17
2. METODOLOGÍA ................................................................................................... 20
2.1. Zona de investigación .............................................................................................. 20
2.2. Materiales ................................................................................................................ 20
2.3. Procedimiento .......................................................................................................... 21
2.3.1. Descripción del sistema de tratamiento de aguas residuales. ............................... 21
2.3.2. Caracterización física y química de las aguas residuales de la industria
farmacéutica.................................................................................................................... 28
2.3.3. Análisis Microbiológico ....................................................................................... 31
2.3.4. Análisis estadístico de los datos ........................................................................... 35
2.3.5. Descripción de los problemas de la planta de tratamiento y propuestas de mejora
………………………………………………………………………………………….37
3. ANÁLISIS EN INTERPRETACIÓN DE DATOS .................................................... 38
3.1. Descripción del sistema de tratamiento de aguas residuales de la industria
farmacéutica en estudio .................................................................................................. 38
3.1.1. Caudal de ingreso al sistema de tratamiento de aguas residuales......................... 38
3.1.2. Caudal de ingreso al tanque de aireación del sistema de tratamiento de aguas
residuales …… ............................................................................................................... 38
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ix
3.1.3. Caudal de descarga del sistema de tratamiento de aguas residuales .................... 38
3.2. Tiempo de retención hidráulica ............................................................................... 39
3.3. Caracterización de las aguas residuales ................................................................... 39
3.3.1. Parámetros físico-químicos “in situ” .................................................................... 39
3.3.2. Resultados de laboratorio ..................................................................................... 45
3.4. Eficiencias de fuentes bibliográficas ....................................................................... 48
3.5. Determinación de la eficiencia del sistema de tratamiento de aguas residuales ..... 48
3.6. Análisis microbiológico ........................................................................................... 52
3.6.1. Recuento de bacterias aerobias mesófilas heterótrofas ........................................ 52
3.6.2. Recuento coliformes totales y fecales .................................................................. 53
3.6.3. Caracterización macroscópica .............................................................................. 55
3.6.4. Resultados de las pruebas bioquímicas con el sistema comercial de identificación
Microgen de las cepas aisladas del sistema de tratamiento de aguas residuales de la
industria Farmacéutica planta Pifo. ................................................................................ 57
3.6.5. Resultados de la identificación a nivel de género y especie de las colonias
bacterianas aisladas en las aguas residuales de la planta de producción de Pifo de la
industria farmacéutica en estudio. .................................................................................. 58
3.6.6. Resultados de la identificación de levaduras en las aguas residuales del sistema de
tratamiento….. ................................................................................................................ 60
3.6.7. Resultados de la identificación de los hongos presentes en las aguas residuales del
sistema de tratamiento. ................................................................................................... 61
3.7. Evaluación de la PTAR ........................................................................................... 64
3.8. Descripción del problema ........................................................................................ 65
4. DISCUSIÓN............................................................................................................ 66
4.1. PROPUESTA ................................................................................................... 70
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x
5. CONCLUSIONES .................................................................................................. 74
6. RECOMENDACIONES ......................................................................................... 76
BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................ 77
ANEXOS ........................................................................................................................ 83
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xi
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1. Características químicas agua residual (Metcalf y Eddy, 1995: 73) .................. 9
Tabla 2. Características biológicas agua residual (Metcalf y Eddy, 1995: 103) .............. 9
Tabla 3. Operaciones unitarias del pretratamiento (Centa, 2019) .................................. 10
Tabla 4. Operaciones unitarias del tratamiento primario (Ortiz y Quishpe, 2015) ........ 11
Tabla 5. Operaciones unitarias del tratamiento secundario (Ortiz y Quishpe, 2015) ..... 11
Tabla 6. Principales componentes lodos activados (Ramírez, 2004) ............................. 12
Tabla 7. Operaciones unitarias del tratamiento terciario (Ortiz y Quishpe, 2015) ......... 14
Tabla 8. Clasificación de los efluentes residuales (Romero, 2008) ............................... 23
Tabla 9. Consideraciones generales para toma de muestras (INEN, 2013) ................... 26
Tabla 10. Parámetros de monitoreo en descargas industriales ....................................... 29
Tabla 11. Parámetros de evaluación ............................................................................... 29
Tabla 12. Métodos empleados para análisis de parámetros físico-químicos .................. 30
Tabla 13. Puntos de muestreo ......................................................................................... 39
Tabla 14. Resultados de los parámetros físico-químicos "in situ" del afluente ............. 40
Tabla 15. Resultados de los parámetros físico-químicos "in situ" del tanque de aireación
........................................................................................................................................ 41
Tabla 16. Resultados de los parámetros físico-químicos "in situ" del efluente residual 42
Tabla 17. Resultados promedios de los parámetros físico-químicos "in situ" del sistema
de tratamiento de aguas residuales ................................................................................. 44
Tabla 18. Resultados físico-químicos del afluente de la planta de producción de Pifo de
la industria farmacéutica. ................................................................................................ 46
Tabla 19. Criterios de biodegradabilidad (Ardila et al., 2012) ....................................... 47
Tabla 20. Resultados físico-químicos del efluente de la planta de producción de Pifo de
la industria farmacéutica. ................................................................................................ 47
Tabla 21. Eficiencias del tratamiento de lodos activados con aireación extendida. ....... 48
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xii
Tabla 22. Eficiencias de remoción de los contaminantes del sistema de tratamiento de
aguas residuales de la industria farmacéutica., planta Pifo ............................................ 49
Tabla 23. Resultados de recuento promedio de bacterias aerobias mesófilas heterótrofas
del sistema de tratamiento de aguas residuales .............................................................. 52
Tabla 24. Recuento de coliformes totales y fecales del efluente residual de la planta de
producción de Pifo de la industria farmacéutica. ........................................................... 53
Tabla 25. Resultados de la morfología de las cepas aisladas del sistema de tratamiento
de aguas residuales. ........................................................................................................ 55
Tabla 26. Resultados de las pruebas bioquímicas Microgen de las cepas aisladas ........ 57
Tabla 27. Cepas identificadas en el agua residual del sistema de tratamiento. .............. 58
Tabla 28. Recuento cepas identificadas del agua residual en el tanque de aireación. .... 58
Tabla 29. Recuento cepas identificadas del agua residual en el efluente. ...................... 59
Tabla 30. Aislamiento de levaduras del agua residual del sistema de tratamiento ........ 60
Tabla 31. Identificación de hongos filamentosos ........................................................... 61
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xiii
LISTA DE FIGURAS
pág.
Figura 1. Sistema de tratamiento de aguas residuales actual de la Industria Farmacéutica
en estudio (JBP, 2014). ................................................................................................... 17
Figura 2. Ubicación de la planta de producción Pifo. .................................................... 20
Figura 3. Mapa de procesos generadores de efluentes líquidos ..................................... 22
Figura 4. Puntos de muestreo ......................................................................................... 25
Figura 5. Resultados de los parámetros fisicoquímicos “in situ” del afluente residual.. 40
Figura 6. Resultados de los parámetros fisicoquímicos “in situ” del tanque de aireación.
........................................................................................................................................ 42
Figura 7. Resultados de los parámetros fisicoquímicos “in situ” del efluente residual.. 43
Figura 8. Resultados de los parámetros fisicoquímicos “in situ” del Sistema de
tratamiento de aguas residuales de la planta de producción de Pifo. ............................. 45
Figura 9. Eficiencia de la remoción de la DQO. ............................................................ 50
Figura 10. Eficiencia de la remoción de la DBO5. ......................................................... 50
Figura 11. Eficiencia de la remoción de los Sólidos Suspendidos Totales (SST). ......... 51
Figura 12. Eficiencia de la remoción del nitrógeno total de Kjendahl. .......................... 51
Figura 13. Resultado del recuento promedio de bacterias aerobias mesófilas del sistema
de tratamiento de aguas residuales de la planta de producción de Pifo. ......................... 52
Figura 14. Coliformes fecales y totales en el efluente residual. ..................................... 53
Figura 15. Proporción en las que se encuentran presentes las diferentes cepas
identificadas en el tanque de aireación. .......................................................................... 59
Figura 16. Proporción en las que se encuentran presentes las diferentes cepas
identificadas en el efluente. ............................................................................................ 59
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xiv
LISTA DE ECUACIONES
pág.
Ecuación 1. Caudal por el método volumétrico ............................................................. 27
Ecuación 2. Tiempo de retención hidráulica .................................................................. 28
Ecuación 3. Eficiencia de tratamiento ............................................................................ 35
Ecuación 4. Promedio aritmético.................................................................................... 36
Ecuación 5. Desviación estándar .................................................................................... 36
Ecuación 6. Coeficiente de variación ............................................................................. 37
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xv
LISTA DE ANEXOS
pág.
ANEXO A. Límites máximos permisibles NT002 ......................................................... 84
ANEXO B. Organigrama de la planta de producción Pifo de la Industria Farmacéutica
en estudio. ....................................................................................................................... 87
ANEXO C. Lista de productos fabricados en la planta de producción Pifo. ................. 88
ANEXO D. Esquema de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales Industriales de
la planta de producción de Pifo de la industria Farmacéutica en estudio. ...................... 90
ANEXO E. Planos de diseño de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de la
Industria Farmacéutica., planta Pifo. .............................................................................. 91
ANEXO F. Caudal del afluente residual ....................................................................... 96
ANEXO G. Caudal de ingreso al sistema de tratamiento de aguas residuales ............... 99
ANEXO H. Caudal del efluente del sistema de tratamiento de aguas residuales ....... 102
ANEXO I. RECOPILACIÓN HISTÓRICA DE MONITOREOS AMBIENTALES DEL
AGUA RESIDUAL ...................................................................................................... 105
ANEXO J. MUESTREOS Y PRODUCCIÓN ............................................................. 106
ANEXO K. REGISTRO FOTOGRÁFICO .................................................................. 107
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xvi
ABREVIATURAS
DQO: Demanda Química de Oxígeno
DBO: Demanda Bioquímica de Oxígeno
SST: Sólidos Suspendidos Totales
SDT: Sólidos Disueltos Totales
NTK: Nitrógeno Total de Kjendahl
PTAR: Planta de Tratamiento de Aguas Residuales
OD: Oxígeno Disuelto
pH: Potencial Hidrógeno
mg/L: miligramos por litro
Kg: kilogramo
uS/cm: micro Siemens por centímetro
UFC: unidades formadoras de colonias
°C: grados centígrados
TRH: Tiempo de Retención hidráulico
TRH TH: Tiempo de Retención Hidráulico del Tanque de Homogenización
TRH TA: Tiempo de Retención Hidráulico del Tanque de Aireación
SSV: Sólidos Suspendidos Volátiles
AAAr: Autoridad Ambiental de Aplicación Responsable
EPP´s: Equipo de protección personal
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xvii
TÍTULO: Evaluación del Sistema de tratamiento de aguas residuales de una industria
farmacéutica de la ciudad de Quito.
Autora: Erika Liliana Guamán Pineda
Tutor: Dr. Félix Daniel Andueza Leal, MSc, PhD.
RESUMEN
La industria farmacéutica en estudio se dedica a la elaboración de productos inyectables,
cápsulas blandas, sólidos y jeringas prellenadas para uso humano, al igual que el resto de
industrias genera aguas residuales como producto de la limpieza de áreas de producción,
lavado de maquinarias, reactores, utensilios, pisos y uniformes que por sus características
estos efluentes deben recibir un tratamiento previo a ser descargados, la industria para dar
tratamiento a sus aguas residuales emplea un sistema de lodos activados con aireación
extendida. El objetivo del presente estudio fue evaluar el sistema de tratamiento de aguas
residuales, para lo cual se establecieron 2 puntos de muestreo para un análisis físico
químico (afluente y efluente) obteniendo las siguientes eficiencias de remoción: DQO:
(54,51%), DBO5 (57,19%), SST (-28,21%), nitrógeno total Kjeldahl (-14,41%), aceites y
grasas (21,29 %), tensoactivos (40,87%), y fósforo total (74,17%). De igual manera para
el análisis microbiológico se definieron 2 puntos de muestreo (tanque de aireación y
efluente) obteniendo un promedio de 2,98 x 109 UFC/mL de bacterias aerobias mesófilas
heterótrofas en el tanque de aireación, se identificaron 3 especies de bacterias:
Burkholderia pseudomallei, Klebsiella terrígena y Enterobacter agglomerans; 7 especies
de hongos Absidia spp., Penicillium spp., Trichophyton spp., Cladosporium spp.,
Aspergillus spp., Alternaria spp., Aspergillus terreus y 3 cepas de levaduras que forman
parte del complejo microbiano del sistema. De los resultados obtenidos, se concluye que
el sistema de tratamiento bajo las condiciones físicas en las que se encuentra operando no
es eficiente, por lo cual se propone una serie de actividades que incluyen: seguridad
industrial, mantenimiento, limpieza y cambios en las unidades del proceso de tratamiento
que permitirán mejorar el sistema.
PALABRAS CLAVE: FARMACÉUTICA / AGUAS RESIDUALES / EFICIENCIA /
LODOS ACTIVADOS / COMPLEJO MICROBIANO.
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xviii
TITLE: Evaluation of the Wastewater Treatment System of a pharmaceutical industry in
the city of Quito.
Author: Erika Liliana Guamán Pineda
Tutor: Dr. Félix Daniel Andueza Leal, MSc, PhD.
ABSTRACT
The pharmaceutical industry under study is dedicated to the production of injectable
products, soft capsules, solids and prefilled syringes for human use, just as the rest of the
industries generate wastewater as a product of cleaning production areas, washing
machines, reactors , utensils, floors and uniforms that due to their characteristics these
effluents must be treated before being discharged, the industry to treat its wastewater uses
an activated sludge system with extended aeration. The objective of the present study was
to evaluate the wastewater treatment system, for which 2 sampling points were
established for a chemical physical analysis (tributary and effluent) obtaining the
following removal efficiencies: COD: (54.51%), BOD5 (57.19%), SST (-28.21%), total
Kjeldahl nitrogen (-14.41%), oils and fats (21.29%), surfactants (40.87%), and total
phosphorus ( 74.17%). Similarly, for the microbiological analysis, 2 sampling points
(aeration tank and effluent) were defined, obtaining an average of 2.98 x 109 CFU/ mL of
heterotrophic mesophilic aerobic bacteria in the aeration tank, 3 species of bacteria were
identified: Burkholderia pseudomallei, Klebsiella terrígena and Enterobacter
agglomerans; 7 species of fungi Absidia spp., Penicillium spp., Trichophyton spp.,
Cladosporium spp., Aspergillus spp., Alternaria spp., Aspergillus terreus and 3 yeast
strains that are part of the microbial complex of the system. From the results obtained, it
is concluded that the treatment system under the physical conditions in which it is
operating is not efficient, so a series of activities are proposed that include: industrial
safety, maintenance, cleaning and changes in the units of the treatment process that will
improve the system.
KEYWORDS: PHARMACEUTICAL / WASTEWATER / EFFICIENCY /
ACTIVATED SLUDGE / MICROBIAL COMPLEX.
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1
INTRODUCCIÓN
El mundo actual depende sin excepción de productos químicos (Ramos et al., 2005) por
esta razón su importancia a nivel mundial es cada vez mayor.
La industria farmacéutica constituye un participante vital dentro de la cadena de valor de
las actividades de cuidado de la salud en todo el mundo (ESPAE, 2018). Al igual que el
resto de industrias genera efluentes líquidos de acuerdo al tipo de productos fabricados y
se asocian a los principios activos y excipientes que se utiliza en su preparación (Fabara
et al., 2010).
La generación de residuos líquidos es un problema ambiental importante para la industria
farmacéutica por la toxicidad de algunas de las sustancias contenidos en ellos (Ramos,
2006). La fuente principal de residuos líquidos ocurre en la producción de jarabes, cremas
y ungüentos, productos del lavado de las máquinas, reactores donde se preparan los
medicamentos, lavado de pisos y limpieza de áreas (ACHS, 2001).
Los diversos procesos productivos de la industria de medicamentos hacen que las
características de las aguas residuales generadas presenten una gran variabilidad
(Zalakain y Manterola, 2011) y dificultad de tratar sus efluentes residuales (Ramos y
Pellón, 2006).
La planta de producción de la línea humana ubicada en la parroquia de Pifo tiene
implementado un sistema de lodos activados con aireación extendida para dar tratamiento
a las aguas residuales generadas por la industria. Sin embargo, desconoce la eficiencia de
remoción de los contaminantes.
Es por ello que en el presente proyecto de titulación se propusieron los siguientes
objetivos:
Objetivo General:
Estudiar el sistema de tratamiento de aguas residuales de una industria farmacéutica de la
ciudad de Quito y proponer una alternativa de optimización para el mismo.
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2
Objetivos Específicos:
• Identificar los procesos productivos dentro de la industria que generan efluentes
líquidos.
• Clasificar los tipos de efluentes líquidos.
• Determinar la situación actual del sistema de tratamiento de aguas residuales
mediante la caracterización físico-química y microbiológica de los efluentes
líquidos residuales de la industria farmacéutica al inicio y final del proceso de
tratamiento.
• Proponer una optimización del sistema de tratamiento y manejo de efluentes
líquidos industriales que adecue las cantidades de estos productos contaminantes
a los niveles máximos permisibles establecidos por la normativa legal vigente.
Para realizar la evaluación se establecieron 2 puntos de muestreo dentro del sistema de
tratamiento de aguas residuales y se efectuaron cinco mediciones en distintas fechas, los
criterios del muestreo se detallan en la metodología.
Se llevó a cabo un análisis de los siguientes parámetros: Demanda Bioquímica de
Oxígeno (DBO5), Demanda Química de Oxígeno (DQO), Sólidos Suspendidos Totales
(SST), Nitrógeno Total Kjeldahl (NTK), tensoactivos, fósforo total, aceites y grasas.
El criterio utilizado para determinar estos parámetros estuvo basado en los análisis de
seguimiento trimestral que realiza la empresa y en los parámetros más importantes que se
pueden presentar en este tipo de efluentes de acuerdo a lo establecido en la Norma técnica
para control de descargas líquidas (NT002) tabla No. A, en la cual cataloga a este tipo de
industrias con código 2423: “Fabricación de productos farmacéuticos, sustancias
químicas medicinales y productos botánicos”; cabe mencionar que se consideró esta
normativa ya que se encontraba vigente en el período de monitoreo.
El vertido de efluentes residuales líquidos en cloacas y cuerpos de agua contribuyen en
gran parte a la contaminación del recurso hídrico y a la contaminación ambiental en
general (Peuchert, 1998). Por esta razón es importante considerar que este proyecto de
tesis toma como principal fundamento la conservación del medio ambiente y el
cumplimiento de la normativa legal vigente que establece los límites máximos
permisibles para descargas de efluentes residuales.
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3
1. MARCO TEÓRICO
1.1. Marco institucional, legal y ético
1.1.1. Marco institucional
La Secretaría de Ambiente del Distrito Metropolitano de Quito, ejerce el rol de autoridad
ambiental de aplicación responsable (AAAr) y le corresponde gestionar la prevención,
control y seguimiento de la calidad del agua, velará por mantener un ambiente sano y
garantizará un modelo sustentable de desarrollo.
La industria farmacéutica en la que se realizó el presente estudio es la empresa
responsable del manejo, control y tratamiento de las aguas residuales que se producen en
las diferentes áreas productivas, desde su generación hasta su descarga final.
La carrera de Ingeniería Ambiental de la Facultad de Ingeniería en Geología, Minas,
Petróleos y Ambiental de la Universidad Central del Ecuador forma profesionales de
excelencia con conocimiento técnico- humanístico y valores éticos en el desarrollo de la
investigación y aprovechamiento racional y sustentable de los recursos naturales
renovables y no renovables, dentro de la matriz productiva y desarrollo del país.
1.1.2. Marco Legal:
El marco legal se encuentra determinado por los siguientes instrumentos legales:
Constitución de la República del Ecuador: Registro Oficial No. 449 del 20 de
octubre 2008 (Asamblea_Nacional_del_Ecuador, 2008).
Art. 3, numeral 7, establece como un deber primordial del estado el “Proteger el
patrimonio natural y cultural del país”.
Art. 14.- Se reconoce el derecho de la población a vivir en un ambiente sano y
ecológicamente equilibrado, que garantice la sostenibilidad y el buen vivir, sumak
kawsay. Se declara de interés público la preservación del ambiente, la prevención del
daño ambiental y la recuperación de los espacios naturales degradados.
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4
Art. 15.- El Estado promoverá, en el sector público y privado, el uso de tecnologías
ambientalmente limpias y de energías alternativas no contaminantes y de bajo impacto.
Art. 66, numeral 27 establece: “el derecho a vivir en un ambiente sano, ecológicamente
equilibrado, libre de contaminación y en armonía con la naturaleza”
Art. 72.- La naturaleza tiene derecho a la restauración.
Art. 74.- Las personas, comunidades, pueblos y nacionalidades tendrán derecho a
beneficiarse del ambiente y de las riquezas naturales que les permitan el buen vivir.
Art. 83, numeral 6. Respetar los derechos de la naturaleza, preservar un ambiente sano
y utilizar los recursos naturales del modo racional, sustentable y sostenible…
Ley Orgánica de Salud (Congreso_Nacional, 2017).
Art. 97.- La autoridad ambiental nacional dictará las normas para el manejo de todo
tipo de desechos y residuos que afecten la salud humana; normas que serán de
cumplimiento obligatorio para las personas naturales y jurídicas.
Art. 103.- Se prohíbe a toda persona, natural o jurídica, descargar o depositar aguas
servidas y residuales, sin el tratamiento apropiado, conforme lo disponga en el
reglamento correspondiente, en ríos, mares, canales, quebradas, lagunas, lagos y otros
sitios similares. Se prohíbe también su uso en la cría de animales o actividades
agropecuarias.
Art. 104.- Todo establecimiento industrial, comercial o de servicios, tiene la obligación
de instalar sistemas de tratamiento de aguas contaminadas y de residuos tóxicos que se
produzcan por efecto de sus actividades…
Código Orgánico del Ambiente: Registro Oficial Suplemento No. 983 del 12 de abril
2017 (MAE, 2017).
Art. 5.- Derecho de la población a vivir en un ambiente sano.
Art. 9, numeral 1, la responsabilidad de quien promueve una actividad que genere o
pueda generar impacto sobre el ambiente, principalmente por la utilización de
sustancias, residuos desechos o materiales tóxicos o peligrosos, abarca de manera
integral, responsabilidad compartida y diferenciada. Esto incluye todas las fases de
dicha actividad, el ciclo de vida del producto.
Art. 26, numeral 8, establece “controlar el cumplimiento de los parámetros ambientales
y la aplicación de normas técnicas de los componentes agua, suelo, aire y ruido”.
Art. 191.- Del monitoreo de la calidad del aire, agua y suelo. La autoridad ambiental
nacional o el gobierno autónomo descentralizado competente, en coordinación con las
demás autoridades competentes, según corresponda, realizarán el monitoreo y
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5
seguimiento de la calidad del aire, agua y suelo, de conformidad con las normas
reglamentarias y técnicas que se expidan para el efecto.
Art. 199.- Las acciones de control y seguimiento de la calidad ambiental tienen como
objeto verificar el cumplimiento de la normativa y las obligaciones ambientales
correspondientes, así como la efectividad de las medidas para prevenir, evitar y reparar
los impactos o daños ambientales.
Art. 208.-El operador será el responsable del monitoreo de sus emisiones, descargas y
vertidos, con la finalidad de que estas cumplan con el parámetro definido en la
normativa ambiental. La autoridad ambiental competente, efectuará el seguimiento
respectivo y solicitará al operador el monitoreo de las descargas, emisiones y vertidos,
o de la calidad de un recurso que pueda verse afectado por su actividad...
Código Orgánico Integral Penal: Registro Oficial Suplemento No. 180 del 10 de
febrero 2014 (Asamblea_Nacional_del_Ecuador, 2014).
Artículo 251.- La persona qué contraviniendo la normativa vigente, contamine,
deseque o altere los cuerpos de agua, vertientes, fuentes, caudales ecológicos, aguas
naturales afloradas o subterráneas de las cuencas hidrográficas y en general los recursos
hidrobiológicos o realice descargas en el mar provocando daños graves, será
sancionada con una pena privativa de libertad de tres a cinco años…
Acuerdo Ministerial No. 097-A
Reforma Texto Unificado Legislación Secundaria, Medio Ambiente, Libro VI:
Registro Oficial Edición Especial No. 387 del 04 de noviembre 2015 (MAE, 2015).
ANEXO 1: Del libro VI del texto unificado de legislación secundaria del ministerio del
ambiente: norma de calidad ambiental y de descarga de efluentes al recurso agua
tiene como objeto la prevención y control de la contaminación ambiental, en lo
relativo al recurso agua.
Normas generales de descarga de efluentes:
- Normas generales para descarga de efluentes, tanto al sistema de alcantarillado
como a los cuerpos de agua.
- Límites permisibles, disposiciones y prohibiciones para descarga de efluentes al
sistema de alcantarillado.
Límites permisibles, disposiciones y prohibiciones para descarga de efluentes a un
cuerpo de agua o receptor…
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ORDENANZA METROPOLITANA No. 138: que establece El sistema de manejo
ambiental del distrito metropolitano de Quito (MDMQ, 2007).
Lo dispuesto en esta ordenanza es aplicable en el territorio del distrito metropolitano
de Quito, en las materias que como autoridad ambiental de aplicación responsable (en
adelante AAAr) es competente.
El municipio del distrito metropolitano de Quito por medio de la autoridad ambiental
Distrital aplicará los lineamientos en materia de prevención, regularización,
seguimiento y control ambiental, sujetos a la política, dirección, coordinación y control
como parte del sistema nacional descentralizado de gestión ambiental (en adelante
SNDGA) y del Sistema Único de Manejo Ambiental (en adelante SUMA)…
Norma Técnica para control de descargas líquidas (NT002) (SAQ, 2016).
El objetivo principal de la presente norma es proteger la calidad del recurso agua para
salvaguardar y preservar los usos asignados, la salud e integridad de las personas, de
los ecosistemas y sus interrelaciones y del ambiente en general.
Para ello, se establecen los límites permisibles de concentración de contaminantes en
los efluentes líquidos de origen industrial, comercial y de servicios, vertidos al sistema
de alcantarillado y cauces de aguas.
Todo efluente líquido residual proveniente de establecimientos industriales,
comerciales y de servicios, pública o privada está sujeto a la aplicación de la presente
norma técnica dentro del territorio de Quito. Toda descarga de aguas residuales
proveniente de actividades en plantas o bodegas industriales, emplazamientos
agropecuarios o agroindustriales, locales de comercio o de prestación de servicios,
actividades de almacenamiento o comercialización de sustancias químicas en general,
y actividades de gestión de residuos, deberá ser vertida al receptor cumpliendo los
valores máximos permisibles estipulados en la Tabla A1 (ANEXO A), Tabla A2 o
Tabla A3. Las aguas residuales que no cumplan con los parámetros de descarga
establecidos en esta Norma deberán ser tratadas adecuadamente, sea cual fuere su
origen: público o privado y los sistemas de tratamiento deben contar con un plan de
contingencias frente a cualquier situación que afecte su eficiencia…
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1.1.3. Marco Ético
El presente proyecto de titulación no infringe los intereses de la industria farmacéutica ya
que se llevará a cabo en un marco de respeto de sus principios y políticas institucionales,
se garantiza la autenticidad y responsabilidad en cuanto al manejo de datos, información
y resultados obtenidos.
1.2. Aguas residuales
Son aquellas aguas cuyas características originales han sido modificadas por actividades
humanas y que por su calidad requieren un tratamiento previo, antes de ser reusadas,
vertidas a un cuerpo natural de agua o descargadas al sistema de alcantarillado (OEFA,
2014: 2).
1.2.1. Aguas residuales industriales
Las aguas residuales de origen industrial resultan de los procesos de producción de las
diferentes industrias de manufactura (Romero, 2008: 17). Los vertidos industriales
producen generalmente un menor volumen de agua residual que los urbanos, pero sus
características provocan más daños al dominio público hidráulico, ya que, en ocasiones,
se trata de vertidos con componentes peligrosos, tóxicos y bioacumulables (Bautista,
2008).
1.2.2. Características principales de las aguas residuales
Las principales características de las aguas residuales se dividen en los siguientes: físicas,
químicas y bilógicas (Metcalf y Eddy, 1995: 53).
Características físicas
El parámetro físico más importante del agua residual es el contenido de sólidos, el cual
está compuesto por materia flotante y materia en suspensión, en disposición coloidal y en
disolución, otros parámetros físicos son la temperatura, el olor y color (Metcalf y Eddy,
1995: 59).
Cuando se habla de sólidos contenidos en un agua residual se está haciendo referencia a
aquello que permanece como residuo después de la evaporación y secado de la muestra a
103 °C (Menéndez y Pérez, 2007).
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Los sólidos contenidos en un agua residual se los puede clasificar de la siguiente manera
(CONAGUA, 2016: 7):
- Sólidos suspendidos totales: SST, cantidad de sólidos que el agua conserva en
suspensión después de 10 minutos de asentamiento y se mide en mg/L.
- Sólidos disueltos totales: SDT, cantidad total de sólidos disueltos en el agua, está
relacionada con la conductividad eléctrica.
- Sólidos sedimentables: sólidos que sedimentan cuando el agua se deja en reposo
durante 1 hora.
Temperatura: La temperatura del agua residual suele ser siempre más elevada que la del
agua de suministro por la incorporación de agua caliente de los diferentes usos
industriales (Metcalf y Eddy, 1995: 71). Cuando el agua presenta niveles elevados de
temperatura la vida acuática se ve afectada debido a que la concentración de oxígeno
disuelto y actividad bacteriana se modifican (Davis, 2010). El crecimiento de vida
bacteriana se desarrolla óptimamente a temperaturas entre los 25°C a 35° C (Romero,
2008: 70).
Olor: Se debe a los gases producidos por la descomposición de la materia orgánica. El
agua residual reciente tiene un olor peculiar algo desagradable, pero más tolerable que el
agua residual séptica (Metcalf y Eddy, 1995: 63). Las aguas residuales industriales tienen
a veces olores característicos y específicos del proceso industrial del cual provienen y
constituyen una de las principales objeciones ambientales y su control en plantas de
tratamiento es muy importante (Romero, 2008: 63).
Color: Se refiere a la edad del agua residual, que puede ser determinada cualitativamente
en función de su color y olor (Metcalf y Eddy, 1995: 72). En aguas residuales industriales
es un indicador del origen de la polución, así como el buen estado o deterioro de os
procesos de tratamiento (Romero, 2008: 37).
Características químicas
En la Tabla 1 como se me muestra a continuación, se describen las principales
características químicas que presenta un agua residual.
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Tabla 1. Características químicas agua residual (Metcalf y Eddy, 1995: 73)
Característica Definición y Aplicación
Materia orgánica 75% de sólidos en suspensión y el 40% de sólidos filtrables son
de naturaleza orgánica. Los principales grupos de sustancias
orgánicas presentes son: proteínas 40-60%, carbohidratos 25-
50%, grasas y aceites 10%, agentes tensoactivos,
Materia inorgánica Los componentes inorgánicos tienen importancia para la
determinación y control de la calidad del agua. Entre estos
parámetros está: pH, cloruros, nitrógeno, fósforo, azufre,
compuestos tóxicos inorgánicos (cobre, plomo, plata, arsénico)
y metales pesados (níquel, manganeso, cromo, cadmio,
mercurio, hierro, plomo).
Gases Los gases que con mayor frecuencia son: nitrógeno N2, oxigeno
O2, dióxido de carbono CO2, sulfuro de hidrógeno H2S,
amoniaco NH3 y metano CH4. Los tres últimos proceden de la
descomposición de la materia orgánica presente en las aguas
residuales.
Características biológicas
Los principales grupos de organismos presentes en aguas residuales se clasifican en
organismos eucariotas, eubacterias y arqueobacterias (Metcalf y Eddy, 1995: 103), en la
Tabla 2 se detallan cada uno de ellos.
Tabla 2. Características biológicas agua residual (Metcalf y Eddy, 1995: 103)
Microorganismos Definición
Bacterias Desempeñan un papel importante en los procesos de
descomposición y estabilización de la materia orgánica, tanto en
el marco natural como en las plantas de tratamiento.
Coliformes Indicadores de la contaminación por desechos humanos.
Hongos Son saprófitos es decir basan su alimentación en materia orgánica
muerta. Juntos con las bacterias son los principales responsables
de la descomposición del carbono en la biosfera.
Algas El exceso de algas genera problemas de eutrofización.
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Protozoos De gran importancia tanto para el funcionamiento de los
tratamientos biológicos como en la purificación de cursos de agua
ya que son capaces de mantener el equilibrio natural entre los
diferentes tipos de microorganismos (amebas, flagelados, ciliados
Organismos
patógenos
Pueden ser excretados por el hombre. Los principales son:
bacterias, virus, protozoos y el grupo de los helmintos.
1.3. Tratamiento de aguas residuales
El tratamiento de las aguas residuales puede llevarse a cabo por muchos procesos, los
cuales pueden basarse en tratamientos químicos, físicos y/o biológicos (Jiménez, 2014).
Su objetivo es adecuar la composición de las aguas residuales para cumplir con la
legislación ambiental vigente (Bautista, 2008).
1.3.1. Pre-tratamiento
Proceso que implica la reducción de sólidos en suspensión o el acondicionamiento de las
aguas residuales (Ramalho, 1991). Las operaciones unitarias comúnmente utilizadas se
detallan en la Tabla 3:
Tabla 3. Operaciones unitarias del pretratamiento (Centa, 2019)
Proceso Aplicación
Desbaste Eliminación de sólidos de pequeño (10-25 mm) y mediano (50-100
mm) tamaño a través de rejas.
Tamizado Reducción de sólidos en suspensión mediante su filtración a través de
un soporte delgado llamado tamiz dotado de ranuras de paso, pueden
ser estáticos, autolimpiables, rotativos y deslizantes.
Desarenado Eliminación de materias pesadas de tamaño superior a 0,2 mm para
evitar que sedimenten en canales y conducciones.
Desengrasado Elimina grasa y demás materias flotantes más ligeras que el agua.
1.3.2. Tratamiento primario
Tiene como objetivo la remoción de sólidos orgánicos e inorgánicos sedimentables, para
disminuir la carga en el tratamiento biológico (Centa, 2019), mediante la aplicación de
tratamientos físicos o físico/químicos (Ortiz y Quishpe, 2015).
En la Tabla 4 se describe las principales operaciones unitarias que se utilizan:
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Tabla 4. Operaciones unitarias del tratamiento primario (Ortiz y Quishpe, 2015)
Proceso Aplicación
Floculación Agregación de pequeñas partículas aumentando el tamaño de estas
para mejorar su eliminación por sedimentación por gravedad.
Sedimentación Eliminación de sólidos sedimentables y espesamiento de fangos.
Flotación Eliminación de sólidos en suspensión finamente divididos y de
partículas con densidades cercanas a las del agua.
1.3.3. Tratamiento secundario
El propósito del tratamiento secundario es completar el proceso de remoción de tal modo
que se evacúe el 90% de los contaminantes (BELZONA, 2010). La remoción de los
contaminantes se realiza a través de la oxidación biológica de la materia orgánica
(Moeller y Tomasini, 2004: 149).
Las operaciones unitarias comúnmente utilizadas se detallan en la Tabla 5 a continuación:
Tabla 5. Operaciones unitarias del tratamiento secundario (Ortiz y Quishpe, 2015)
Proceso Aplicación
Fangos Activados Eliminación de DBO carbonosa
Sistema de lagunaje Eliminación de DBO carbonosa
Filtros percoladores Eliminación de DBO carbonosa
Biofiltros Eliminación de DBO carbonosa
Debido a que el sistema de tratamiento de aguas residuales que tiene empleado la industria
farmacéutica en la que se realizó el presente estudio está constituido por lodos activados
con aireación extendida, a continuación, se define este proceso.
Lodos activados
El proceso de lodos activados es uno de los ejemplos más comunes de tratamiento de
aguas residual tanto de origen doméstico como industrial y tiene como objetivo remover
la materia orgánica, en términos de DBO mediante la conversión biológica en presencia
de oxígeno molecular por microorganismos (CONAGUA, 2016: 47).
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Este tipo de proceso es de tipo aeróbico y está constituido principalmente por un tanque
de aireación llamado reactor en donde todos los lodos y microorganismos son mezclados
para que luego las partículas se junten y se formen partículas más grandes denominadas
floc biológicos, estos floc formados en este proceso sedimentan en un tanque de
sedimentación o clarificador, el lodo sedimentado retorna al tanque de aireación y se
repite el proceso (Arroba y Ávila, 2015). La combinación de microorganismos y agua
residual se conoce como lodo activado (CONAGUA, 2016: 47).
Aireación extendida
El proceso de aireación extendida es una variante del proceso convencional de lodos
activados, consiste en el empleo de altos tiempos de retención hidráulica, altas
concentraciones de lodos activados en el reactor, altos valores de la edad de lodos y bajas
relaciones A/M (Alimento/Microorganismos) (CONAGUA, 2016: 54).
Proceso ampliamente utilizado en el tratamiento de aguas residuales industriales, es un
proceso estable y con altas eficiencias de remoción de materia orgánica (Ramírez, 2004:
47). La aplicabilidad de este proceso se limita, generalmente a plantas pequeñas (de las
llamadas “plantas paquetes” para gastos menores de 25 L/s) (CONAGUA, 2016: 54).
Componentes del sistema de lodos activados
El proceso básico de lodos activados se integra por varios componentes que se
interrelacionan entre sí como se muestra en la Tabla 6:
Tabla 6. Principales componentes lodos activados (Ramírez, 2004)
Componente Definición
Tanque de aireación Produce mezclado completo o para trabajar como flujo pistón.
Fuente de aireación
Transfiere el oxígeno y proporciona la mezcla que requiere el
sistema, mediante un soplador con difusores o inyección de
oxígeno puro.
Sedimentador Separa los sólidos biológicos del agua tratada.
Sistema de tuberías y
bomba
Recirculación de sólidos biológicos del sedimentador al reactor
biológico.
Purga de lodos Tubería para desechar el exceso de lodos biológicos del sistema
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Características del proceso
El proceso se aireación extendida es empleado generalmente sin sedimentación primaria,
este proceso puede ocurrir en un reactor totalmente mezclado con el fin de aprovechar
mejor la energía requerida (CONAGUA, 2016: 55).
Remoción esperada del proceso
El efluente de un buen sistema de aireación extendida puede llegar a tener una buena
calidad comparable a la de una fuente de agua potable. Los porcentajes típicos de
remoción de contaminantes con los siguientes: DBO 85-95%. N-NH3 50-90%
(CONAGUA, 2016: 56).
Generación de lodos
La generación de lodos biológicos en este proceso es una de las más bajas entre todas las
variantes del proceso de lodos activados, generalmente entre 0,15-0,30 kg de exceso de
lodos generados por kilogramo de DBO removida (CONAGUA, 2016: 57).
Con la ventaja adicional de que los lodos producidos están casi totalmente digeridos y
son relativamente fáciles de desaguar (CONAGUA, 2016: 55).
Impacto Ambiental
Los posibles impactos ambientales de este proceso son (CONAGUA, 2016: 52):
- Producción de lodos biológicos que deben ser estabilizados para prevenir condiciones
insalubres.
- Posibles problemas de olores, controlables con un buen diseño y operación.
- En el caso de aireadores mecánicos, posible formación de aerosoles.
- Consumos relativamente altos de energía eléctrica.
Papel de los microorganismos
Los microorganismos para la remoción de la DBO carbonácea, la coagulación de los
sólidos no sedimentables y disueltos y la estabilización de la materia orgánica, intervienen
una serie de diferentes microorganismos, principalmente bacterias. Los microorganismos
utilizan la materia orgánica coloidal y disuelta como alimento para llevar a cabo todas sus
funciones metabólicas, como crecimiento y reproducción, generando como productos
finales, varios tipos de gases y materia inorgánica y más células (biomasa). Ya que la
gravedad específica de la biomasa es ligeramente mayor que la del agua, éstas pueden
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removerse por sedimentación. Para un diseño efectivo de un proceso biológico de
tratamiento de aguas residuales es necesario entender: las necesidades nutricionales de
los microorganismos, los factores ambientales que afectan el crecimiento microbiano, el
metabolismo de los microorganismos y la relación entre el crecimiento biológico y la
utilización del sustrato (Moeller y Tomasini, 2004: 151).
1.3.4. Tratamiento terciario
Conocidos también como tratamiento avanzados, más rigurosos y complementarios que
permiten obtener efluentes finales de mejor calidad para que puedan ser vertidos en zonas
donde los requisitos legales son más exigentes o puedan ser reutilizados (Centa, 2019).
En la Tabla 7 se detalla los procesos que destacan en este tratamiento:
Tabla 7. Operaciones unitarias del tratamiento terciario (Ortiz y Quishpe, 2015)
Proceso Aplicación
Adsorción con carbón
activo
Eliminación de materia orgánica no eliminada por métodos
convencionales de tratamiento químico y biológico.
Ósmosis inversa Eliminación de sólidos disueltos.
Precipitación química Eliminación de fósforo y mejora de eliminación de sólidos
suspendidos.
Intercambio iónico Eliminación de nitrógeno amoniacal y nitratos.
Desinfección con cloro Destrucción selectiva de organismos causantes de
enfermedades.
Desinfección con ozono Destrucción selectiva de organismos causantes de
enfermedades.
1.4. Descripción general de la industria Farmacéutica en estudio.
La industria farmacéutica constituye un participante vital dentro de la cadena de valor de
las actividades de cuidado de la salud en todo el mundo (ESPAE, 2018), dedicada
principalmente al descubrimiento, desarrollo, fabricación y comercialización de
medicamentos tanto para la salud humana y animal (INSHT, 1998).
La industria Farmacéutica Jen la que se desarrolló el presente proyecto es una empresa
orgullosamente ecuatoriana, dedicada a la fabricación y comercialización de productos
farmacéuticos y biológicos de uso veterinario y humano.
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Con el pasar de los años la industria farmacéutica es parte de los líderes en el mercado
veterinario suficiente para visionar el crecimiento de la compañía hacia el área humana,
iniciando sus primeros pasos en el año 2005. La industria farmacéutica cuenta con
certificados de calidad ISO 9001: 2008 y de buenas prácticas de manufactura.
1.4.1. Descripción del área de estudio
El presente estudio se realizará en la planta de producción ubicada en la parroquia de Pifo,
organizacionalmente está constituida por: Gerente de Operaciones; Jefes de Producción
de las distintas áreas, Jefe de Aseguramiento de la Calidad; Jefe de Seguridad, Salud y
Ambiente; Jefe de Mantenimiento; Jefe de Bodega y el Personal operativo (Trávez, 2012).
Ver (ANEXO B).
La planta cuenta con las siguientes áreas: bodega, mantenimiento, bioterio,
aseguramiento de calidad, administración, control de calidad, microbiología, biológicos,
empaque, producción humanos (ANEXO C).
1.4.2. Descripción de las instalaciones y áreas de producción
La planta de producción en estudio de la Industria Farmacéutica se dedica a la elaboración
de productos farmacéuticos inyectables, cápsulas blandas y jeringas prellenadas para uso
humano. Cuenta con la disponibilidad de las siguientes instalaciones:
Entrada de Guardianía: control de ingreso del personal y visitas externas.
Parqueaderos: para disposición de sus trabajadores y personal de visita.
Oficinas administrativas: para todos los niveles organizacionales dentro de la planta.
Comedor: para el servicio de alimentación del personal.
Baterías sanitarias: disponibles en todas las áreas de producción y administrativas.
Planta de Producción: cuenta con subáreas que se mencionan a continuación
- Área de Bodega 1: almacena la materia prima y material de empaque para la
producción de la planta, el lugar cuenta con piso impermeable.
- Planificación de producto: órdenes de producción donde constan las
especificaciones del producto.
- Central de lavado: garantiza que equipos y utensilios estén en completa asepsia y no
haya contaminación en los productos elaborados.
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- Área de sopleteado de frascos: esteriliza y evita la contaminación del medicamento
o producto al momento de embotellarlos.
- Área de producción de cápsulas blandas: las cápsulas blandas están constituidas
por una sola sección, su dosificación compuesta de polvos, pastas, soluciones,
granulados es sellada dentro de una gelatina blanda.
- Área de semisólidos: Desarrollan fármacos heterogéneos destinados a ser aplicados
sobre la piel o sobre mucosas.
- Área de jeringas prellenadas: elaboración a base de resinas especiales que impiden
la liberación de sustancias contaminantes.
- Área de productos líquidos: producen dos tipos de productos: suspensiones orales
con saborizantes y jarabes.
- Área de inyectables: desarrollan fármacos en forma líquida o semilíquida, estéril,
constituida por uno o más principios medicamentosos y es destinado a suministrarse
por vía subcutánea, intramuscular, intravenosa, intrarraquídea u otra vía parenteral.
- Área de polvos solubles: permiten la elaboración de suspensiones orales
concentradas.
- Área de control de calidad: garantiza la calidad y especificaciones de todo producto
para aprobar su distribución.
- Área de empaque: empacan la totalidad de productos terminados y esperan un
periodo de cuarentena, para ser almacenados.
Bioterio: permiten la cría y reproducción de ratones, purines y conejos de laboratorio que
son utilizados para desarrollar pruebas con los medicamentos elaborados.
Lavandería: destinado al lavado de ropa y uniformes del personal de planta.
1.4.3. Generación de efluentes residuales
Las aguas residuales industriales presentan una composición cambiante, de acuerdo con
los ciclos de producción de la planta, cambios de producción y fluctuaciones en el caudal
impredecibles debido a fugas y vertidos accidentales (Bautista, 2008).
La industria Farmacéutica en estudio genera efluentes residuales industriales como
consecuencia de la limpieza de áreas de producción, lavado de maquinarias, reactores,
utensilios, pisos y uniformes, por sus características estos efluentes deben recibir un
tratamiento previo antes de ser descargados al alcantarillado. Sin embargo, las aguas
lluvia y aguas residuales generadas en servicios higiénicos y comedor se los descarga
directamente al sistema de alcantarillado
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1.4.4. Descripción del sistema de tratamiento de aguas residuales actual
Los diferentes procesos de producción dentro de la empresa tienen como consecuencia
agua residual de tipo industrial, la misma que no puede ser descargada directamente a un
cuerpo de agua sin un tratamiento previo.
El método utilizado para dar tratamiento a las aguas residuales industriales son lodos
activados con aireación extendida (ANEXO D). Este proceso envuelve oxigeno
introducido a una mezcla de agua residual previamente tamizada, combinándola con
microrganismos para formar un flóculo biológico el cual reduce el contenido orgánico del
agua residual. La combinación del agua residual y la masa biológica es como licor mezcla
(AWT, 2012: 2). La capacidad de tratamiento de la PTAR es de 15 m3/día (ANEXO E).
Para el correcto funcionamiento de la PTAR se debe cumplir las siguientes etapas,
mismas que se han detallado en la Figura 1 en el siguiente diagrama de flujo (JBP, 2014):
Ingreso efluente residualETAPA 1
Cisterna de homogenización
ETAPA 2Tanque de aireación
ETAPA 3Clarificador o sedimentador
ETAPA 4Cámara de desinfección
Descarga alcantarillado
Capacidad de 16 m3
Tiempo de residencia 24h
Caudal de ingreso máximo 3 gal/min
Tiempo de retención 24 h
Tiempo de retención 4h
Tiempo de retención 30 minClorado
Figura 1. Sistema de tratamiento de aguas residuales actual de la Industria
Farmacéutica en estudio (JBP, 2014).
Etapa 1: Recolección de Aguas Residuales Industriales
El tratamiento inicia con una recolección de las aguas residuales industriales en una
cisterna que posee una capacidad de 16 m3; el agua residual industrial proviene de todos
los procesos de fabricación que realiza la compañía. En el tanque tiene un tiempo de
residencia de 24 horas, en el cual se realiza un proceso de homogenización de las
características físico químicas del agua. La cisterna tiene una comunicación directa con
el primer tanque de aireación mediante tubería de PVC y una bomba (JBP, 2014: 4).
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Etapa 2: Proceso de aireación
Posterior a la llegada del agua residual de la cisterna, esta es enviada mediante el apoyo
de bombas y un tamiz hacia el tanque de aireación que es el primer tanque de la PTAR.
El caudal de ingreso debe ser máximo 3 gal/min. El oxígeno se produce mediante dos
blowers que inyectan aire hacia 10 difusores que se encuentran distribuidos en el fondo
del tanque, el aire fluye hacia arriba lo que permite que se mantengan las bacterias en
suspensión y da la cantidad de oxígeno necesaria para los procesos de respiración y
digestión de las bacterias (JBP, 2014: 4).
Esta cámara es el componente más grande del sistema y se ha diseñado para dar un tiempo
de retención de 24 horas diarias para el flujo promedio del agua residual. Esta agua
residual contiene una gran concentración de bacterias aerobias muy activas que se
alimentan de la materia orgánica existente. Se realiza un control de lodos mediante la
toma de una muestra directa de agua presente en el tanque de aireación en un vaso de
precipitación de 1000 mL, dicha muestra se deja reposar 40 minutos aproximadamente.
El promedio óptimo es 30% y como máximo 40%. El lodo en exceso es llamado lodo
activado de desecho y se envía a una piscina de secado de lodos (JBP, 2014: 5).
Etapa 3: Proceso de Sedimentación
La tercera operación consiste en la sedimentación y clarificación. Luego de las 24 hora
de retención en la cámara de aireación, todo el líquido es eventualmente desplazado por
el agua residual nueva que entra a la unidad de tratamiento. Este líquido desplazado fluye
alrededor de un deflector y de un orificio hacia una cámara separada denominada
clarificador o sedimentador. Este clarificador tiene un tiempo mínimo de retención de 4
horas para el líquido influyente, tiempo necesario para asegurar la separación de los
sólidos presentes en el líquido. Este proceso de sedimentación separa el lodo que precipita
y el líquido claro fluye hacia arriba alrededor del deflector (JBP, 2014: 5).
El lodo que se encuentra en la parte media del clarificador es drenado continuamente
hacia arriba mediante bombas especiales de retorno de lodos la misma que se activa cada
4 minutos y se realiza el retorno a la cámara de aireación durante 1 minuto. Cualquier
material flotante en el líquido que fluye al clarificador, es contenido por el deflector del
clarificador y llevado hacia un desnatador o skimmer. Este material flotante es descargado
en la cámara de aireación (JBP, 2014: 6).
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Etapa 4: Desinfección
La cuarta etapa consiste en la desinfección del líquido clarificado mediante el uso de cloro
que permite matar las bacterias antes de la descarga al ambiente. El líquido descargado
del clarificador es clorado mediante una bomba dosificadora, la cámara de desinfección
contiene el líquido un tiempo mínimo de contacto de 30 minutos con el máximo flujo. La
cámara de desinfección contiene deflectores para procurar la correcta mezcla del cloro
con el agua. Una vez que el agua residual industrial ha sido expuesta al tratamiento de
lodos activados antes mencionado se descarga al alcantarillado (JBP, 2014: 6).
Monitoreo de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales
Para verificar el buen funcionamiento de la planta de tratamiento de aguas residuales de
la empresa se realiza un monitoreo trimestral por parte de un proveedor calificado por el
Ministerio del Ambiente. Los parámetros que se monitorean son los siguientes: aceites y
grasas, arsénico, demanda bioquímica de oxígeno 5, demanda química de oxígeno,
tensoactivos MBAS, sólidos suspendidos y pH in situ.
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20
2. METODOLOGÍA
2.1. Zona de investigación
La presente investigación se llevó a cabo en la planta de producción Pifo ubicada al
nororiente del Distrito Metropolitano de Quito en la parroquia de Pifo, Av. Interoceánica
(E28C) Km 23 1 2⁄ (JBP, 2015). Coordenadas Geográficas: 0.21° S, 78.35 °W.
Figura 2. Ubicación de la planta de producción Pifo (Google Earth, 2019).
La planta de tratamiento de aguas residuales está ubicada al norte del terreno de la planta
de producción como se observa en la Figura 2, diagonal a las bodegas y posee una
infraestructura con protección a base de rejas.
2.2. Materiales
Los materiales utilizados en el proyecto de titulación fueron: equipo de muestreo (mandil,
guantes, cofia, mascarilla, envases plásticos 100 mL, envases de vidrio ámbar 100 mL,
cooler de espuma flex, etiquetas, marcador de tinta indeleble), suministros de oficina,
computador portátil, cámara fotográfica de 12 Mp, cronómetro digital de precisión
milimétrica, GPS +/- 5m y multiparámetro Sonda multiparámetro WTW Multi 3410 SET
4 número 2FD454.
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2.3. Procedimiento
Para realizar la evaluación del sistema de tratamiento de aguas residuales de la industria
farmacéutica se ha considerado la ejecución de una serie de actividades secuenciales en
cuatro fases:
1. Compilación de información, esta etapa incluye la descripción del sistema de
tratamiento de aguas residuales en base a la información disponible de construcción
y manual de funcionamiento de la PTAR, además de la clasificación y elaboración
de un mapa de procesos generadores de efluentes líquidos.
2. Trabajos de campo, laboratorio y gabinete: esta etapa incluye la valoración de los
procesos productivos de la industria farmacéutica, el cálculo de caudales de ingreso
y salida del tratamiento de aguas residuales, finalmente la toma de muestras puntuales
de agua para realizar una caracterización de las aguas al inicio y final del tratamiento.
3. Análisis de los resultados con el fin determinar la situación actual de la industria
farmacéutica respecto a la normativa legal vigente (NT002).
4. Interpretación de resultados y propuesta de una alternativa de optimización y/o
mejora del sistema de tratamiento de aguas residuales.
A continuación, se describen las técnicas y herramientas empleadas en cada etapa.
2.3.1. Descripción del sistema de tratamiento de aguas residuales.
En base a la información proporcionada por la empresa y las visitas de campo se
caracterizó la situación actual de la PTAR, identificando los procesos productivos que
generan efluentes residuales y se procedió a determinar el volumen del tanque de
homogenización, del tanque de aireación y tiempo de retención hidráulica de los mismos.
Además, se determinó el caudal de ingreso y descarga del tratamiento de aguas residuales
por un periodo de cinco días laborales. De igual manera, para el desarrollo de la
evaluación y descripción del funcionamiento general y operaciones unitarias de la PTAR,
se realizaron visitas, revisión del manual de operación de la planta de tratamiento y
revisión bibliográfica.
Determinación de los puntos de generación de aguas residuales
En base al estudio de impacto ambiental proporcionado por parte de la empresa se ha
podido identificar las diferentes áreas de generación de efluentes y se procedió a elaborar
un mapa de procesos con la identificación del tipo de efluente como se detalla a
continuación en la Figura 3:
-
22
BIO
LÓG
ICO
SLA
VA
ND
ER
ÍAIN
GR
ES
O M
AT
ER
IA
PR
IMA
CÁ
PS
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OR
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S
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EC
TA
BLE
SP
OLV
OS
SO
LUB
LES
BIO
TE
RIO
Recepción materia prima
CuarentenaControl de
calidad
Almacenamiento
Devolución a proveedores o entrega a gestor ambiental
SíNo
Depósito de materia prima en reactor
Encapsulado EmpaqueCuarentena/Control de
calidad
Depósito de materia prima en reactor
Llenado EmpaqueCuarentena/Control de
calidad
Agua residual de lavado de reactores, equipos y limpieza área
Almacenamiento
Almacenamiento
Depósito de materia prima en reactor
Llenado de viales
Agua residual de lavado del reactor, viales, equipos y limpieza área
Depósito de materia prima en reactor
Sopleteado de envases
Llenado de envases
Agua de lavado del reactor, frascos y limpieza área
Cuarentena/Control de
calidad
Almacenamiento
Sellado hermético y etiquetado
EmpaqueCuarentena/ Control de
calidadAlmacenamiento
Depósito de materia prima en
reactor
Lavado de envases
Llenado
Agua residual del lavado del reactor, envases y limpieza área
SelladoControl óptico
EmpaqueCuarentena/ Control de
calidadAlmacenamiento
Depósito de materia prima en reactor
Empacado en fundas de alumino
Empaque y codificación
Cuarentena/Control de
calidad
Agua residual del lavado del reactor, equipos y limpieza área
Almacenamiento
Pruebas de laboratorio
DesinfecciónEsterilización
Agua de lavado jaulas con sangre por disecciones y limpieza área
Fosa de mortandad
Reproducción de ratones, conejos,
purines
Tanque de homogenización
Sistema de tratamiento de aguas residuales
Preparación de cápsulas
blandas
Elaboración de gelatina
Agua residual de lavado de reactores, equipos y limpieza área
Recepción de uniformes
Ropa blanca
Ropa color
Proceso de lavado
Proceso de lavado
Proceso de secado
Proceso de secado
Almacenamiento
Agua residual del lavado de uniformes, lavadoras y limpieza área
Banco de célulasMaterias primas e
insumos
FormulaciónLavado de envases
LlenadoControl óptico
EmpaqueCuarentena/
Control de calidadAlmacenamiento
Agua de lavado insumos, materiales, diluyentes y limpieza área
Sellado
Empaque
Figura 3. Mapa de procesos generadores de efluentes líquidos
-
23
En la tabla 8, de acuerdo a Romero (2008) se ha clasificado los efluentes residuales
generados en planta de producción Pifo:
Tabla 8. Clasificación de los efluentes residuales (Romero, 2008)
Área Tipo Efluente Tratamiento Cuerpo
receptor
Oficinas
administrativas Aguas negras
No
(alcantarillado) Alcantarillado
Comedor Aguas negras No
(alcantarillado) Alcantarillado
Lavandería Aguas grises Sí (PTAR) Alcantarillado
Cápsulas blandas Aguas residuales
industriales de proceso Sí (PTAR) Alcantarillado
Semisólidos Aguas residuales
industriales de proceso Sí (PTAR) Alcantarillado
Jeringas
prellenadas
Aguas residuales
industriales de proceso Sí (PTAR) Alcantarillado
Productos
líquidos
Aguas residuales
industriales de proceso Sí (PTAR) Alcantarillado
Inyectables Aguas residuales
industriales de proceso Sí (PTAR) Alcantarillado
Polvos solubles Aguas residuales
industriales de proceso Sí (PTAR) Alcantarillado
Bioterio Aguas residuales
industriales de proceso Sí (PTAR) Alcantarillado
Biológico Aguas residuales
industriales de proceso Sí (PTAR) Alcantarillado
Muestreo
El programa de muestreo se emplea con el fin de evaluar las características de un agua
residual (Landi, 2018).
Se debe tomar en cuenta los siguientes criterios a la hora de establecer los puntos de
muestreo (Mezquida, 2012):
-
24
- Accesibilidad: Los puntos de muestreo debe estar en un lugar de fácil acceso de modo
que facilite el transporte de equipos y muestras.
- Representatividad: Los puntos de muestreo deben ser lo más representativo posible
de las características generales del cuerpo de agua.
- Seguridad: Los puntos de muestreo, sus alrededores y las condiciones
meteorológicas deben garantizar la seguridad de la persona responsable de tomar las
muestras.
La presente investigación por el tipo de variables es transversal y observacional, las
variables medidas corresponden a un determinado periodo de tiempo. De la primera visita
al lugar se identificaron 3 puntos de muestreo: afluente, tanque de aireación y efluente.
Se consideraron estos 3 puntos de muestreo ya que de acuerdo con la CONAGUA (2016)
el afluente es el agua cruda sin tratamiento y el efluente es el agua residual tratada, como
el objetivo del presente estudio es evaluar el sistema de tratamiento es importante conocer
los valores que poseen los parámetros a medir en el afluente y efluente a fin de calcular
la eficiencia de remoción de contaminantes; además se consideró el tanque de aireación
y efluente como puntos de muestreo para los análisis microbiológicos ya que de acuerdo
a la CONAGUA (2016) el tanque de aireación es la unidad fundamental de un tratamiento
biológico ya que ahí se siembra el protocolo de microorganismos, mismos que son
encargados de la remoción de la carga contaminante y el efluente residual ya que este
debe estar libre de microorganismos y coliformes fecales y totales.
Una vez seleccionados los puntos de muestreo, se determinó los días a muestrear: martes,
miércoles y jueves con una frecuencia de quince días (24,25 y 26 de septiembre 2019),
(08,09,10,22,23 y 24 de octubre 2019) y (05,06,07,19,20 y 21 de noviembre 2019), se
consideró esta frecuencia ya que de acuerdo con Tuset (2015) las aguas residuales de una
industria farmacéutica se caracteriza por presentar una enorme variabilidad en el tiempo
en cuanto a su caudal y composición, parámetros que dependen del régimen de
producción y elaboración concreta que se esté llevando a cabo. Se despreciaron los días
lunes ya que este día el laboratorio realizó la entrega de los equipos de campo y los días
viernes, debido a que los ensayos tenían que realizarse al siguiente día de realizarse el
muestreo. Se realizó el muestreo en los meses de septiembre, octubre y noviembre (2019)
y se recolectó un total de 5 muestras por cada punto: afluente, tanque de aireación,
efluente final.
-
25
Cinco muestreos fueron designados para el análisis de parámetros físico-químicos, las
muestras fueron tomadas del afluente y del efluente. Cinco muestreos designados para el
análisis microbiológico, las muestras fueron tomadas del tanque de aireación y efluente.
De acuerdo a Barilla y Córcega (2006) una sola muestra es insuficiente para alcanzar un
nivel razonable de confianza para la caracterización de un sistema en estudio, por lo que
mientras mayor es el número de muestreos mayor será la confianza de los resultados
estadísticamente, bajo esta afirmación y la limitación de materiales y presupuesto se
justifica el número de muestreos realizados con una frecuencia de 15 días que obedece a
la variabilidad de las aguas residuales de una industria farmacéutica.
En la figura 4 se detallan los puntos de muestreo que se han escogido para la evaluación
del sistema de tratamiento de aguas residuales.
Afluente por tratar
Tanque de aireación
Efluente final
Figura 4. Puntos de muestreo
El protocolo de muestreo se realizó en base a la metodología descrita en la NORMA
INEN 2176: Agua. Calidad del agua. Muestreo. Técnicas de muestreo. NORMA INEN
5667-3: Conservación y manipulación de las muestras de agua y NORMA INEN 5667-
1:2014 Programa de muestreo y técnicas de muestreo, descrito a continuación:
- Con ayuda del GPS se determinó la ubicación del punto de muestreo.
- Para la recolección del volumen de muestra se utilizó botellas de vidrio ámbar de 500
mL (recipientes adecuados para la determinación de parámetros físico-químicos en
aguas residuales).
- Para la recolección de muestras para análisis microbiológicos se utilizó recipientes de
aproximadamente 100 mL, estériles y herméticamente cerrados.
- Previo a la toma de muestras, se realizó la homogenización de los recipientes, para lo
cual se sumergió las botellas selladas en el cuerpo de agua y se las lavó, con el fin de
evitar contaminación de la muestra por factores externos.
-
26
- Las muestras se etiquetaron con fecha de toma de muestra, punto de muestreo y se
colocaron dentro de un cooler con hielo con el fin de mantener condiciones de
temperatura de 5 ˚C para finalmente transportarlas al laboratorio siguiendo los
lineamientos establecidos en la NORMA INEN 2169: Agua. Calidad del agua.
Muestreo. Manejo y conservación de muestras.
De acuerdo con lo estipulado en la tabla 1 de la NORMA INEN 2169:2013 a
continuación, en la Tabla 9 se muestra los parámetros físicos y químicos que se analizó,
recipientes utilizados, conservación y volumen mínimo requerido.
Tabla 9. Consideraciones generales para toma de muestras (INEN, 2013)
Parámetros Tipo de
recipiente
Volumen
mínimo para
análisis (mL)
Conservación
Tiempo
máximo de
conservación
Aceites y Grasas Vidrio
ámbar 1000
Acidificar a pH a 2
con HCL o H2SO4 1 mes
DBO5 Plástico 1000
Refrigeración 4°C
24 horas
DQO Plástico 100 1 mes
Fósforo Total Plástico 250 1 mes
Nitrógeno Total
Kjendahl Plástico 250 1 mes
Sólidos
suspendidos Plástico 500 2 días
Tensoactivos Vidrio
ámbar 500
Acidificar a pH a 2
con HCL o H2SO4
Refrigeración 4°C
2 días
Las mediciones “in situ” se realizaron para los siguientes parámetros físico-químicos: pH,
temperatura, conductividad eléctrica (CE) y oxígeno disuelto (OD), utilizando el medidor
multiparámetro calibrado previamente, marca Sonda multiparámetro WTW Multi 3410
SET 4 número 2FD454.
El protocolo aplicado para la medición “in situ” fue el siguiente:
- Previo a la medición, las sondas fueron lavadas con agua destilada para evitar la
contaminación de la muestra.
-
27
- Para medir los parámetros: pH, temperatura y conductividad se recolectó la muestra
en un vaso plástico de 100 mL.
- Se colocó la sonda por un tiempo determinado hasta que el valor medido se estabilice.
- El parámetro oxígeno disuelto (OD) en el caso del tanque de aireación fue medido
directamente, para esto se introdujo la sonda en el agua y se esperó hasta que el valor
medido se estabilice.
- El registro de los datos obtenidos en cada medición en los puntos de muestreo se
registró en una libreta de campo.
Determinación de caudal de ingreso y salida del sistema de tratamiento de aguas
residuales
Para determinar el caudal que ingresa al sistema de tratamiento de aguas residuales se
utilizó el método volumétrico.
De acuerdo a Romero (2008) el método volumétrico consiste en dividir el volumen de
agua recogido en un recipiente por el tiempo que demoró en llenarse. Para caudales de
más de 4L/s es adecuado un recipiente de 10 litros de capacidad y para caudales mayores
es recomendable usar un recipiente aproximadamente de 200 litros. Además, la
determinación de caudales se deber realizar por lo menos 5 jornadas de medición y
muestreo horario de 24 horas de duración.
Debido a aspectos de seguridad la gerencia permitió que el trabajo de realice en jornadas
de 7:00 a 17:00 horas, durante un periodo de 5 días.
Procedimiento para determinar el caudal
- Colocar directamente en la descarga un recipiente de volumen conocido
- Cronometrar el tiempo de llenado
- Vaciar el recipiente, repetir 3 veces el procedimiento, promediar los tiempos.
Para determinar el caudal se divide el volumen del recipiente por el tiempo promedio,
según la Ecuación (1):
Ecuación (1). Caudal por el método volumétrico
𝑄 =𝑉
𝑡 (1)
-
28
Donde:
Q= Caudal (m3/día)
V= volumen (m3)
t= tiempo (s)
Determinación del tiempo de retención hidráulico
De acuerdo a Romero (2008) el