I FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA AMBIENTAL TESIS EFICIENCIA DE LOS PROCESOS FENTON Y FOTOFENTON EN LA REMOCIÓN DE LA 𝐷𝐵𝑂5 DEL EFLUENTE DEL CAMAL MUNICIPAL CUSCO-2021 LÍNEA DE INVESTIGACIÓN: Tecnologías Limpias y Remediación Presentado por: Bach. ZAVALETA ESPINOZA, Shiomara Jhamilet Para optar al Título Profesional de: Ingeniero Ambiental Asesor: Mg. Karen Melissa Garces Porras CUSCO – PERÚ 2022 EFICIENCIA DE LOS PROCESOS FENTON Y FOTOFENTON EN LA REMOCIÓN DE LA 〖DBO〗_5 DEL EFLUENTE DEL CAMAL MUNICIPAL CUSCO-2021 por Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Fecha de entrega: 13-jun-2023 08:28a.m. (UTC-0500) Identificador de la entrega: 2115248459 Nombre del archivo: TESIS_FINAL_SJZE.docx (62.06M) Total de palabras: 28418 Total de caracteres: 150392 2 1 1 3 Recibo digital Este recibo confirma quesu trabajo ha sido recibido por Turnitin. A continuación podrá ver la información del recibo con respecto a su entrega. La primera página de tus entregas se muestra abajo. Autor de la entrega: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Título del ejercicio: TESIS Título de la entrega: EFICIENCIA DE LOS PROCESOS FENTON Y FOTOFENTON EN L… Nombre del archivo: TESIS_FINAL_SJZE.docx Tamaño del archivo: 62.06M Total páginas: 241 Total de palabras: 28,418 Total de caracteres: 150,392 Fecha de entrega: 13-jun.-2023 08:28a. m. (UTC-0500) Identificador de la entre… 2115248459 Derechos de autor 2023 Turnitin. Todos los derechos reservados. EFICIENCIA DE LOS PROCESOS FENTON Y FOTOFENTON EN LA REMOCIÓN DE LA 〖DBO〗_5 DEL EFLUENTE DEL CAMAL MUNICIPAL CUSCO-2021 INFORME DE ORIGINALIDAD 21% 20% 9% 6% INDICE DE SIMILITUD FUENTES DE INTERNET PUBLICACIONES TRABAJOS DEL ESTUDIANTE FUENTES PRIMARIAS 1 hdl.handle.netFuente de Internet 3% 2 repositorio.ucv.edu.peFuente de Internet 2% 3 repositorio.uandina.edu.peFuente de Internet 1% 4 repositorio.uncp.edu.peFuente de Internet 1% 5 Submitted to Universidad Andina del CuscoTrabajo del estudiante 1% 6 bibdigital.epn.edu.ecFuente de Internet <1% 7 repositorio.uap.edu.peFuente de Internet <1% 8 repositorio.unach.edu.peFuente de Internet <1% II AGRADECIMIENTOS Agradezco a Dios por haberme orientado, apoyado y quien hizo posible culminar la presente investigación. A la Universidad Andina del Cusco, mi sincero agradecimiento por haberme forjado durante estos 5 años, como una profesional apasionada por su carrera. A mi estimada y querida asesora Mg. Karen Melissa Garces Porras, por su apoyo, por compartir aún más su amplio conocimiento, experiencia y la paciencia brindada durante todo el desarrollo de la investigación. Mi mayor gratitud a todos los docentes de la Escuela Profesional de Ingeniería Ambiental quienes fueron los actores directos en mi formación personal y profesional, por compartir sus densos conocimientos, experiencia y momentos emotivos. A la ing. Athali Castro Peña, por su incondicional apoyo, y contribución durante la primera fase de la presente investigación. A mis queridos amigos y amigas, por su apoyo, motivación brindada y amistad sincera. SHIOMARA JHAMILET ZAVALETA ESPINOZA III DEDICATORIA A Dios por ser mi guía y mi mejor compañía, en el logro de mis objetivos y en superar obstáculos. A mis queridos padres, por su apoyo y contribución incondicional, que demostraron siempre en mi vida. A mis pequeñas hermanas Shiamira y Shiamely, quienes me tuvieron paciencia y respetaron el tiempo que muchas veces deje de compartir con ellas. A toda mi familia, por el cariño, confianza, comprensión y en agradecimiento a tantos años que me acompañaron y me motivaron para cumplir mis sueños. SHIOMARA JHAMILET ZAVALETA ESPINOZA IV ÍNDICE 1. CAPITULO I: INTRODUCCIÓN ....................................................................... 1 1.1. Planteamiento del Problema ............................................................................. 1 1.2. Formulación del Problema ............................................................................... 2 1.2.1. Problema general ....................................................................................... 2 1.2.2. Problemas específicos ............................................................................... 2 1.3. Justificación ...................................................................................................... 3 1.3.1. Conveniencia ............................................................................................. 3 1.3.2. Relevancia social ....................................................................................... 3 1.3.3. Implicancias prácticas ............................................................................... 4 1.3.4. Valor teórico .............................................................................................. 4 1.3.5. Utilidad metodológica ............................................................................... 5 1.4. Objetivos de la Investigación ........................................................................... 5 1.4.1. Objetivo general ........................................................................................ 5 1.4.2. Objetivos específicos ................................................................................. 5 1.5. Delimitación del estudio................................................................................... 5 1.5.1. Delimitación espacial ................................................................................ 5 1.5.2. Delimitación temporal ............................................................................... 6 2. CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO ................................................................... 7 2.1. Antecedentes de la Investigación ..................................................................... 7 2.1.1. Antecedentes internacionales .................................................................... 7 2.1.2. Antecedentes nacionales ............................................................................ 9 2.1.3. Antecedentes locales ............................................................................... 11 2.2. Bases Teóricas ................................................................................................ 11 2.2.1. Camal o matadero .................................................................................... 11 2.2.2. Características del camal municipal de Cusco ........................................ 12 2.2.3. Agua residual del camal .......................................................................... 12 2.2.4. Contaminación del agua por efluentes del camal .................................... 14 2.2.5. Índice de biodegradabilidad de un efluente ............................................. 15 2.2.6. Principales parámetros indicadores de contaminación ............................ 16 2.2.7. Procesos de Oxidación Avanzada (POAs) .............................................. 17 2.2.7.1 Proceso Fenton ...................................................................................... 18 2.2.7.2 Proceso Fotofenton UV ......................................................................... 21 2.2.8 Diseño de experimentos ........................................................................... 26 2.2.8.1 Diseño de Box-Behnken ........................................................................ 26 2.3 Marco Conceptual .......................................................................................... 27 V 2.4 Hipótesis ......................................................................................................... 28 2.4.1 Hipótesis general ...................................................................................... 28 2.4.2 Hipótesis específicas ................................................................................ 28 2.5 Variables e indicadores .................................................................................. 28 2.5.1 Identificación de Variables ....................................................................... 28 2.5.2 Operacionalización de Variables .............................................................. 28 3 CAPÍTULO III: MÉTODO ................................................................................... 31 3.1 Alcance del estudio ........................................................................................ 31 3.2 Diseño de la investigación.............................................................................. 32 3.3 Población ........................................................................................................ 56 3.4 Muestra ........................................................................................................... 56 3.5 Técnicas e instrumentos de recolección de datos ........................................... 63 3.6 Validez y Confiabilidad de los Instrumentos ................................................. 71 3.7 Plan de análisis de datos ................................................................................. 71 4 CAPITULO IV: RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN ............................. 74 4.1 Resultados respecto a los objetivos específicos ............................................. 74 4.2. Resultados respecto al objetivo general ....................................................... 104 5 CAPÍTULO V: DISCUSIÓN .............................................................................. 106 5.1 Descripción de los hallazgos más relevantes y significativos ...................... 106 5.2 Limitaciones del estudio............................................................................... 107 5.3 Comparación crítica con la literatura existente ............................................ 108 5.4 Implicancias del estudio ............................................................................... 112 C. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .............................................. 113 D. REFERENCIAS ............................................................................................... 116 E. INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS ................................... 123 F. VALIDACIÓN DE INSTRUMENTOS .......................................................... 134 VI ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1 Caracterización de las aguas residuales del camal ................................................... 13 Tabla 2 Biodegradabilidad de un vertido ............................................................................... 15 Tabla 3 Ventajas y desventajas del Proceso Fenton ............................................................... 20 Tabla 4 Ventajas e inconvenientes del Proceso Fotofenton .................................................... 22 Tabla 5 Tipo de radiación UV ................................................................................................. 24 Tabla 6 Operacionalización de variables................................................................................ 29 Tabla 7 Niveles de concentración del catalizador .................................................................. 33 Tabla 8 Diseño Box-Behnken de los parámetros de Proceso-Fenton ..................................... 36 Tabla 9 Matriz de experimentación -Proceso Fenton ............................................................. 37 Tabla 10 Niveles de los parámetros del proceso Fotofenton .................................................. 48 Tabla 11 Matriz de experimentación Box Behnken para el proceso Fotofenton .................... 48 Tabla 12 Coordenadas de ubicación del PM-1 ....................................................................... 57 Tabla 13 Cálculo de volumen de cada alícuota - Proceso Fenton .......................................... 60 Tabla 14 Cálculo del volumen de cada alícuota-Proceso Fotofenton .................................... 61 Tabla 15 Consideraciones para la toma de muestra de 𝐷𝐵𝑂 y DQO .................................... 62 Tabla 16 Procedimientos para la toma de muestra................................................................. 64 Tabla 17 Métodos estandarizados para los análisis ............................................................... 65 Tabla 18 Equipos para la medición de parámetros en campo ................................................ 66 Tabla 19 Materiales de campo ................................................................................................ 66 Tabla 20 Equipos de protección personal ............................................................................... 67 Tabla 21 Instrumentos y equipos empleados en el proceso Fenton ........................................ 67 Tabla 22 Instrumentos y equipos empleados en el proceso Fotofenton .................................. 68 Tabla 23 Materiales de laboratorio ........................................................................................ 70 Tabla 24 Reactivos químicos para pruebas experimentales ................................................... 70 Tabla 25 Equipos de protección personal ............................................................................... 71 Tabla 26 Plan de análisis de datos .......................................................................................... 73 Tabla 27 Registro de parámetros en campo - Muestreo Proceso Fenton ............................... 74 Tabla 28 Valores de la DBO y pH del efluente - Proceso Fenton .......................................... 76 Tabla 29 Resultados de la medición de parámetros en campo - Proceso Fotofenton ............ 77 Tabla 30 Valores de la DBO y pH del efluente - Proceso Fotofenton .................................... 78 Tabla 31 Valores de la DBO y DQO antes del Proceso Fenton ............................................. 79 Tabla 32 Valores de la DBO y DQO antes del Proceso Fotofenton ....................................... 80 Tabla 33 Resultados de laboratorio - Proceso Fenton ........................................................... 82 Tabla 34 Eficiencia de remoción de la DBO del efluente -Proceso Fenton ........................... 84 Tabla 35 Prueba de normalidad – Proceso Fenton ................................................................ 84 Tabla 36 Prueba de hipótesis - Proceso Fenton ..................................................................... 85 Tabla 37 Análisis de Varianza para remoción de DBO5 – Proceso Fenton........................... 86 Tabla 38 Valores óptimos de los factores intervinientes – Proceso Fenton ........................... 87 Tabla 39 Resultados de Laboratorio-Proceso Fotofenton ...................................................... 93 Tabla 40 Eficiencia de remoción de la DBO del efluente - Proceso Fotofenton .................... 96 Tabla 41 Prueba de normalidad - Proceso Fotofenton ........................................................... 96 Tabla 42 Prueba de hipótesis - Proceso Fotofenton ............................................................... 97 Tabla 43 Análisis de Varianza para remoción de 𝐷𝐵𝑂 - Proceso Fotofenton ....................... 98 Tabla 44 Valores óptimos de concentraciones - Proceso Fotofenton ..................................... 99 Tabla 45 Eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción del efluente del camal municipal de Cusco, 2022 ........................................................................................... 105 VII ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 Mecanismo de reacción del Proceso Fotofenton ..................................................... 22 Figura 2 Representación del diseño de Box-Behnken ............................................................. 26 Figura 3 Prueba preexperimental-Proceso Fenton ................................................................ 34 Figura 4 Prueba preexperimental 2,3 y 4-Proceso Fenton .................................................... 35 Figura 5 Ajuste del pH de la muestra ..................................................................................... 38 Figura 6 Ajuste de la muestra a pH 3 ..................................................................................... 38 Figura 7 Pesado de sulfato ferroso heptahidratado ............................................................... 38 Figura 8 Sulfato ferroso heptahidratado añadido a las muestras de tratamiento ................. 39 Figura 9 Tratamiento de las muestras -Proceso Fenton........................................................ 40 Figura 10 Neutralización de las muestras ............................................................................. 40 Figura 11 Precipitación de las muestras ............................................................................... 41 Figura 12 Filtrado de las muestras después del tratamiento................................................. 42 Figura 13 Almacenamiento y transporte de las muestras a laboratorio ............................... 42 Figura 14 Secado de lodos generados después del tratamiento ............................................ 43 Figura 15 Pesado de las muestras de lodo ............................................................................ 43 Figura 16 Esquema del Proceso Fenton ................................................................................ 44 Figura 17 Pruebas de preexperimentación-Proceso Fotofenton ........................................... 45 Figura 18 Prueba preexperimental 1,2,3 y 4- Proceso Fotofenton ....................................... 46 Figura 19 Montaje del fotoreactor ......................................................................................... 50 Figura 20 Ajuste del pH a un valor 3 ..................................................................................... 50 Figura 21 Pesado de la cantidad necesaria de sulfato ferroso heptahidratado .................... 51 Figura 22 Adición de sulfato ferroso al fotoreactor .............................................................. 51 Figura 23 Encendido de la lámpara UV ................................................................................ 52 Figura 24 Aislamiento del fotoreactor ................................................................................... 52 Figura 25 Ajuste del pH de la muestra después del tratamiento ........................................... 53 Figura 26 Filtrado de las 15 muestras-Proceso Fotofenton .................................................. 53 Figura 27 Almacenamiento y transporte de las muestras laboratorio .................................. 54 Figura 28 Secado de lodos generados en el Proceso Fotofenton .......................................... 54 Figura 29 Pesado de lodos generados en el Proceso ............................................................ 55 Figura 30 Esquema del Proceso Fotofenton .......................................................................... 55 Figura 31 Ubicación del punto de monitoreo ......................................................................... 57 Figura 32 Mapa de Monitoreo - Efluente del Camal Municipal de Cusco............................. 58 Figura 33 Diagrama Procedimental para la toma de muestra .............................................. 63 Figura 34 Flujograma de las etapas de experimentación....................................................... 72 Figura 35 Medición del pH de la muestra para tratamiento Fenton ..................................... 76 Figura 36 Medición de pH de la muestra para tratamiento-Proceso Fotofenton .................. 78 Figura 37 Cantidad de lodos generados después del proceso Fenton ................................... 83 Figura 38 Comparación del proceso Fenton .......................................................................... 86 Figura 39 Diagrama de Pareto – Proceso Fenton ................................................................. 88 Figura 40 Efectos principales para remoción de DBO5......................................................... 89 Figura 41 Superficie de respuesta estimada - Proceso Fenton .............................................. 89 Figura 42 Superficie de repuesta estimada-Proceso Fenton .................................................. 90 Figura 43 Superficie de respuesta estimada-Proceso Fenton ................................................ 90 Figura 44 Diagrama de Contornos de la Superficie de Respuesta-Proceso Fenton ............. 91 Figura 45 Diagrama de Contornos de Superficie de Respuesta-Proceso Fenton .................. 91 Figura 46 Cantidad de lodos generados después del Proceso Fotofenton ............................. 94 Figura 47 Evaluación de la temperatura durante el Proceso Fotofenton .............................. 95 Figura 48 Comparación del Proceso Fotofenton ................................................................... 98 VIII Figura 49 Diagrama de Pareto - Proceso Fotofenton ......................................................... 100 Figura 50 Efectos principales para remoción de DBO5- Proceso Fotofenton.................... 101 Figura 51 Superficie de respuesta estimada - Proceso Fotofenton ..................................... 101 Figura 52 Superficie de respuesta estimada - Proceso Fotofenton ..................................... 102 Figura 53 Superficie de respuesta estimada - Proceso Fotofenton ...................................... 102 Figura 55 Diagrama de Contornos de la Superficie de Respuesta-Proceso Fotofenton ...... 103 Figura 54 Diagrama de Contornos de la Superficie de Respuesta-Proceso Fotofenton ...... 103 IX ACRÓNIMOS ANA Autoridad Nacional del Agua COT Carbono Orgánico Total DBO Demanda Bioquímica de Oxígeno DQO Demanda Química de Oxigeno DIGESA Dirección General de Salud ECA Estándar de Calidad Ambiental IB Índice de Biodegradabilidad LMP Límites Máximos Permisibles MINAGRI Ministerio de Desarrollo Agrario y Riego NTU Unidad Nefelométrica de Turbidez OD Oxígeno Disuelto POA Procesos de Oxidación Avanzada pH Potencial de Hidrógeno TDS Sólidos Totales Disueltos UV Ultravioleta X RESUMEN Las actividades de faenado en el camal de Cusco requieren de gran consumo de agua y, por consiguiente, generan aguas residuales con alta carga orgánica cuya disposición representa un problema ambiental. Por esta razón, la presente tesis tiene como finalidad comparar la eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la DBO5 del efluente del camal municipal de Cusco. En primer lugar, se realizó una evaluación, seguimiento y análisis de las características físicas, flujo volumétrico y tipos de residuos, tanto sólidos como líquidos presentes en el efluente correspondiente a cada etapa del proceso de faenamiento registrado en las bitácoras de observación N°1, 2, 3 y 4. Se realizó un diagnóstico del punto de muestreo previamente al trabajo en campo, cuya metodología y procedimientos de toma de muestra estuvo determinada por el “Protocolo Nacional para el Monitoreo de la Calidad de los Recursos Hídricos Superficiales-RJ.010-2016-ANA”, en consecuencia, dicha muestra compuesta se utilizó para la caracterización fisicoquímica y análisis en laboratorio de la DBO y DQO inicial, así como también para las pruebas experimentales. En relación, a la etapa de gabinete se utilizó el diseño Box–Behnken para la matriz de distribución de los 30 experimentos con sus respectivos niveles de los parámetros como son: 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂, 𝐻2𝑂2 y pH. En la etapa de laboratorio, se realizaron diferentes pruebas preexperimentales, en referencia al proceso Fenton se utilizó un test de jarras en modo discontinuo por lotes, con una velocidad de 150 rpm en un tiempo de reacción de 1 hora; no obstante, en el proceso Fotofenton se empleó agitadores magnéticos y se acondicionó adecuadamente el fotoreactor con una lampara UV-C (254 nm). Los resultados alcanzados en la investigación con respecto al proceso Fenton indica una remoción máxima del 93.96% de la DBO, mientras que el proceso Fotofenton alcanzó un valor máximo del 94.63% de remoción de la DBO del efluente del camal. Palabras clave: camal, aguas residuales, proceso Fenton, Fotofenton, remoción, DBO5 XI ABSTRACT Slaughtering activities in the Cusco slaughterhouse require large consumption of water and, therefore, generate wastewater with a high organic load, the disposal of which represents an environmental problem. For this reason, the purpose of this thesis is to compare the efficiency of the Fenton and Fotofenton processes in the removal of DBO5 from the effluent of the municipal slaughterhouse of Cusco. In the first place, an evaluation, monitoring and analysis of the physical characteristics, volumetric flow and type of solid and liquid waste present in the effluent corresponding to each stage of the slaughter process registered in the observation logs No. 1, 2, 3 and 4. A diagnosis of the sampling point was made prior to field work, whose methodology and sampling procedures were determined by the "National Protocol for Monitoring the Quality of Superficial Water Resources- RJ.010-2016 -ANA. Consequently, said composite sample was used for the respective analysis of the initial DBO and DQO, as well as for the experimental tests. In relation to the cabinet stage, the Box - Behnken design was used for the distribution matrix of the 30 experiments with their respective levels of parameters such as: 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂, 𝐻2𝑂2 and pH. In the laboratory stage, different pre- experimental tests were carried out, referring to the Fenton process, a jar test was produced in discontinuous batch mode, with a speed of 150 rpm in a reaction time of 1 hour; however, in the Fotofenton process, magnetic stirrers were used and the photoreactor was adequately conditioned with a UV-C lamp (254 nm). The results achieved in the investigation regarding the Fenton process indicate a 93.96% removal of BOD, while the Fotofenton process achieved the removal of 94.63% of BOD from the slaughterhouse effluent. Keywords: slaughterhouse, wastewater, Fenton process, Fotofenton, removal, DBO 1 1. CAPITULO I: INTRODUCCIÓN 1.1. Planteamiento del Problema Hasta el año 2016, fueron definidas 41 unidades hidrográficas que sobrepasan el indicador de calidad ambiental para agua (ECA), efectuados por la Autoridad Nacional del Agua, esto debido principalmente por, las descargas de aguas residuales procedentes de actividades productivas, domésticas y urbanas; de dichas fuentes de contaminación, la principal la constituye las descargas de aguas residuales municipales, puesto que, las diversas actividades cotidianas en los núcleos urbanos deterioran la calidad del recurso hídrico. (MINAGRI-ANA, 2016) A su vez, la disposición de las aguas residuales provenientes de los camales privados o municipales constituyen puntos álgidos de contaminación hídrica puesto que, estos efluentes contienen sangre, rumen, pelos, grasas y proteínas. Por esta razón, dichas aguas residuales tienen una alta carga orgánica, altos valores en la DBO, nutrientes, sólidos en suspensión, aceites y grasas que representan un foco de contaminación cuando son vertidas a un cuerpo hídrico, afectando al ecosistema y a la salud pública. (Briceño & Castillo,2009) En consecuencia, el incremento de la carga orgánica en el efluente trae consigo la disminución del oxígeno disuelto en el cuerpo receptor; la presencia elevada de nitrógeno que también afecta en el rendimiento de los sistemas de tratamiento y posibilita la eutrofización del cuerpo hídrico. (Briceño & Castillo,2009) En el caso del camal municipal de Cusco, este se encuentra localizado en el distrito de San Jerónimo, dicha instalación garantiza el abastecimiento de carne a la población cusqueña. En este camal, se realiza el faenado del ganado vacuno, y cuyas actividades comprende: lavado de los animales, desangrado, limpieza del producto cárnico, lavado de menudencias y también la limpieza de sus instalaciones. No obstante, dichas actividades requieren de gran consumo de agua y por consiguiente, generan aguas residuales con alta carga orgánica cuya disposición 2 representa un problema ambiental, esto porque al ser descargado al rio Huatanay directamente y sin previo tratamiento, desencadena una serie de impactos ambientales como son: mayor grado de alteración en la composición de las aguas del río Huatanay, presencia de vectores, olores fétidos, impacto visual negativo y la generación de residuos en la ribera del río. Además, considerando que los mataderos deben contar con un sistema de tratamiento de efluentes adecuado y cuya capacidad de tratar cubra todo el volumen generado en dicha actividad (D.S N°015-2012-AG) es necesario la aplicación de un tratamiento eficiente y adecuado al tipo de efluente generado en el camal. A pesar de ello, el desinterés por el control y tratamiento de los efluentes convirtió esta actividad en un problema ambiental; frente a ello los procesos de oxidación Fenton y Fotofenton son alternativas de tratamiento favorables y convenientes para la oxidación de compuestos orgánicos hasta lograr la mineralización de los contaminantes; con la finalidad de reducir la DQO y COT en las aguas residuales. (Monge, Silva, & Bengoa, 2014) 1.2. Formulación del Problema 1.2.1. Problema General ¿Cuál es la eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝐷𝐵𝑂5 del efluente del Camal Municipal de Cusco 2021? 1.2.2. Problemas Específicos PE-1: ¿Cuáles son los valores de los parámetros fisicoquímicos del efluente del camal Municipal de Cusco? PE-2: ¿Cuál es el grado de biodegradabilidad del efluente del camal Municipal de Cusco? PE-3: ¿Cuál es la eficiencia de remoción de la DBO en el efluente del camal empleando proceso Fenton? PE-4: ¿Cuál es la eficiencia de remoción de la DBO en el efluente del camal empleando proceso Fotofenton? 3 1.3. Justificación La realización del presente estudio de investigación tiene como motivación el poder aportar en la remediación de la contaminación hídrica que representa el efluente del camal municipal, del mismo modo, es de satisfacción personal el investigar, desarrollar y aplicar los procesos Fenton y Fotofenton como posible solución al problema socioambiental que representa la descarga del efluente. A continuación, se expondrá la relevancia de la siguiente investigación: 1.3.1. Conveniencia Si bien, el camal Municipal de Cusco garantiza la provisión de carne a la población cusqueña; la prestación de servicios de faenado de animales propias del camal constituye un problema ambiental, esto, a causa de la generación de residuos sólidos, líquidos y gaseosos los cuales son emitidos directamente al ambiente. Por ello, es de gran importancia la presente investigación como una alternativa eficiente de tratamiento que reduce la carga contaminante de este tipo de efluente y así, poder aminorar el impacto ambiental qué ocasiona en el medio natural y a la población; siendo una opción alternativa para la Municipalidad Provincial de Cusco puesto que, dicho organismo debe ocuparse del tratamiento del efluente del camal y, a su vez, será beneficioso para la población circundante y la población río abajo, quienes utilizan el agua del río Huatanay para el riego de sus cultivos. 1.3.2. Relevancia Social Los procesos Fenton y Fotofenton, representan una alternativa prometedora para el tratamiento de las aguas residuales del camal Municipal de Cusco. En ese sentido, al tratar los efluentes del camal se generarían impactos positivos en la salud y el bienestar de la población tales como: la minimización del foco infeccioso que representa el punto de descarga del efluente del camal; de tal manera que se reduciría la proliferación de vectores y emanación de 4 olores. Por otro lado, se minimizaría el riesgo sanitario aguas abajo del punto de descarga del efluente, esto porque, la población aledaña podría utilizar sin peligro el agua del río Huatanay para sus actividades de riego, así como también, se prevendría las enfermedades gastrointestinales por el consumo de dichos productos. 1.3.3. Implicancias Prácticas Los procesos Fenton y Fotofenton presentan una alta efectividad en la reducción de la carga orgánica del efluente, el cual al ser comprobada en laboratorio podría sostenerse como una alternativa de tratamiento para efluentes con características similares ampliando así, la aplicación de estos tratamientos en la depuración de efluentes provenientes de los camales o mataderos. A su vez, son eficaces en el tratamiento de aguas residuales de diferentes actividades industriales de las cuales se han obtenido resultados significativos, esto a razón de la capacidad de oxidación que poseen estos tratamientos para la depuración de compuestos tóxicos, recalcitrantes, emergentes el cual no se podría lograr por medio de tratamientos biológicos. 1.3.4. Valor teórico Debido a la contaminación ambiental que representan las descargas residuales del camal municipal de Cusco, es de importancia e interés científico, social y ambiental realizar investigaciones de tratamientos eficientes para este tipo de efluente tales como: los procesos Fenton y Fotofenton. En ese sentido, con la aplicación de estos tratamientos se demuestra su capacidad oxidativa en busca de la mineralización de la carga contaminante o su degradación del efluente, siendo así, la remoción de la DBO una variable relevante para la medición, determinación y comparación de la eficiencia que tiene el proceso Fenton frente al proceso de tratamiento Fotofenton, contribuyendo al enriquecimiento teórico y ampliando la aplicación de estos tipos de tratamiento en efluentes provenientes de actividades de camal. 5 1.3.5. Utilidad metodológica El estado actual de la contaminación evidenciada en el punto de descarga del efluente, permite investigar otros tipos de tratamientos que sean más efectivos en la remoción de la carga orgánica. En el presente estudio la metodología aplicada en campo consistió en la recolección y toma de muestra representativa, a su vez, la metodología en laboratorio consistió en la realización de diferentes experimentos para tratar el efluente del camal mediante los procesos Fenton y Fotofenton. 1.4. Objetivos de la Investigación 1.4.1. Objetivo General Comparar la eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la DBO del efluente del Camal Municipal de Cusco, 2021. 1.4.2. Objetivos Específicos OE-1: Determinar los valores fisicoquímicos del efluente del camal Municipal de Cusco, 2021. OE-2: Analizar el grado de biodegradabilidad del efluente del camal Municipal de Cusco, 2021. OE-3: Evaluar la eficiencia de remoción de la DBO del efluente del camal empleando el proceso Fenton. OE-4: Evaluar la eficiencia de remoción de la DBO del efluente del camal empleando proceso Fotofenton. 1.5. Delimitación del estudio 1.5.1. Delimitación Espacial El estudio se ejecutó en la zona de vertimiento del efluente del camal Municipal de Cusco ubicado en el distrito de San Jerónimo, lugar del cual se tomaron las muestras. A su vez, el estudio se efectúo también en laboratorio, donde se elaboraron los reactores para los procesos 6 Fenton y Fotofenton, las pruebas de experimentación y determinación de los niveles de DBO de las muestras tanto antes como después de aplicarse el tratamiento. 1.5.2. Delimitación Temporal La planificación de la investigación se empezó a ejecutar en el primer semestre del año 2022 y el desarrollo de la investigación se ejecutó en el segundo semestre del presente año. 7 2. CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO 2.1. Antecedentes de la Investigación 2.1.1. Antecedentes Internacionales (Behrouzeh, y otros, 2022) en su investigación “APPLICATION OF PHOTO- FENTON, ELECTRO-FENTON, AND PHOTO-ELECTRO-FENTON PROCESSES FOR THE TREATMENT OF DMSO AND DMAC WASTEWATERS”, emplearon aguas residuales sintéticas con contenido de compuestos orgánicos (DMSO y DMAC). La metodología experimental del estudio fue aplicada similarmente para los 3 tipos de tratamiento, primero inició con la preparación de 1L de muestra, después se realizó el ajuste del pH = 3 con 𝐻2𝑆𝑂4 para continuar agregando dosis óptimas del reactivo Fenton en un reactor con agitación constante por el lapso de 120 min. A su vez, para el proceso Fotofenton se añadió al reactor las lámparas UV, en el caso del proceso Electro-Fenton se inició la reacción al estar fijados los electrodos, cuyas corrientes aplicadas fueron 0,25; 0,5 y 1,2; y por último, para la toma de muestras después del tratamiento, se neutralizó y detuvo la reacción Fenton mediante el ajuste de pH utilizando el hidróxido de sodio añadiéndolo gradualmente hasta llegar a un pH 7, concluido ello, se separó los precipitados de hidróxido de hierro mediante el filtrado del sobrenadante de las muestras. Dentro de los resultados de la investigación, se obtuvo una degradación máxima del 98.64% correspondiente al efluente con contenido de DMSO y concentración final de 256.8 mg/L de COT respectivamente. De igual modo, la degradación de DMAC fue hasta el 96.31% y una concentración final de 10.03 mg/L de COT. Por lo cual, el estudio concluyó con la alta efectividad del proceso electrofenton para la eliminación de DMSO y DMAC en comparación a los resultados obtenidos con respecto a los otros tratamientos. 8 (Arroyo Vanegas, 2019) en su investigación “REMOCIÓN DE DQO EN UN EFLUENTE DE LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS MEDIANTE UN PROCESO FOTOFENTON”, empleó el efluente de una industria de alimentos cuyos valores iniciales de DQO corresponde a 4028 mg 𝑂2/ L y 1960 mg/L de DBO. En la experimentación realizada en laboratorio, logró alcanzar el 80% de remoción de la DQO en relación al valor inicial, cuyas condiciones óptimas de concentración: 𝐻2𝑂2= 12,5 g/L, 𝐹𝑒 2+= 0.67 g/L, en medio ácido pH=3 y en un tiempo de exposición a la radiación UV de 2.5 horas. (García Leiva, 2016) en su trabajo de investigación intitulado” DEGRADACIÓN DE XANTATO EN EFLUENTES POR OXIDACIÓN CON PERÓXIDO DE HIDRÓGENO, PROCESOS FENTON Y FOTO-FENTON”, utilizó un efluente sintético de xantato con una concentración de 𝐶2𝐻5𝑂𝐶𝑆 − 2 = 100 mg/L. Las condiciones de experimentación para el proceso Fenton fueron determinadas a partir de las siguientes razones molares: [xantato]:[𝐻2𝑂2]=1:14 , y [𝐹𝑒2+]:[ 𝐻2𝑂2]= 0:40 a 1:40; a su vez, las condiciones en laboratorio del proceso Fotofenton fueron las mismas e incluyendo las siguientes: fuente LED con una longitud de onda mayor a 400 nm y el rango de la radiación incidente = 0 a 30 mW/𝑐𝑚2. Los resultados obtenidos demuestran una eficiencia del 99% de degradación de xantato de etilo a pH=5, irradiancia de 30 mW/𝑐𝑚2, [𝐹𝑒2+]:[ 𝐻2𝑂2]= 1:40 y en sólo 5 minutos, esto debido a la sinergia entre los iones metales ferrosos con el peróxido de hidrógeno según afirma el autor. Sin embargo, en la aplicación del proceso Fotofenton se concluyó que la irradiancia no presentó influencia dentro del proceso debido al corto tiempo de eliminación (5 min) del xantato. (Páramo Vargas, 2015) llevó a cabo la siguiente investigación: “TRATAMIENTO DEL EFLUENTE DE UN RASTRO MUNICIPAL MEDIANTE PROCESOS DE OXIDACIÓN AVANZADA TIPO FENTON”, en el cual empleó el efluente de un rastro municipal con valores de DBO = 205 mg/L y DQO = 1159 mg/L, obteniendo 83% y 85% de remoción de DQO correspondiente a los tratamientos Fenton y Fotofenton respectivamente. 9 (Segovia, 2020) desarrolló la investigación “EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DE FOTO-FENTON CON LUZ ARTIFICIAL A DIFERENTES POTENCIAS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PROVENIENTES DE LA INDUSTRIA LÁCTEA”, realizó la caracterización físico-química y biológica de la muestra en estudio, aplicó el método Fenton en 12 pruebas de 1L de muestra para determinar las condiciones óptimas del proceso: 𝐹𝑒2+(100 – 400 ) mg/L, 𝐻2𝑂2(4500 – 6000) mg/L y pH= 2-3.5, adicional a ello en el proceso Fotofenton empleó lámparas UV de 10, 20 y 40 watts. Los resultados de su investigación determinaron que, para reducir en un 96.37 % de DBO se debe utilizar 331,50 mg/L de 𝐹𝑒2+, 5537 mg/L de 𝐻2𝑂2, pH de 3 y lámpara de 40 watts de potencia. (Anotaia, Ming Chun, & Chewpreechaa, 2006) en su artículo de investigación “KINETICS OF ANILINE DEGRADATION BY FENTON AND ELECTRO-FENTON PROCESSES “, siendo su procedimiento experimental la preparación de la anilina a las concentraciones planteadas, ajustando su pH a un valor de 2 con 𝐻𝐶𝐿𝑂4 para ambos tratamientos. Seguidamente, se emplearon 5 L de muestra en el reactor y en agitación constante, en el caso del electrofenton, se descargaba 4 amperios constantemente en el reactor, posteriormente se agregó 0.005, 0.01 o 0.05 M de 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂, seguidamente el 𝐻2𝑂2 fue añadido en intervalos de 20 minutos en las siguientes concentraciones 0,20; 0,30 o 0.44M. Para finalizar se tomó la muestra e inmediatamente se añadió una solución de 𝑁𝑎𝑂𝐻 hasta elevar su pH a 10 y se filtró para realizar el análisis respectivo a la solución. La investigación concluye que, la utilización de la corriente eléctrica puede mejorar la eficiencia de degradación de la anilina y la velocidad del proceso Fenton. 2.1.2. Antecedentes Nacionales (Montero del Águila, Orrego Zapo, & Uriarte Tirado, 2018). En el informe de investigación titulado “APLICACIÓN DEL PROCESO FENTON PARA DEGRADAR AGUAS RESIDUALES DEL CAMAL DE CHOTA”, manifiesta que el proceso Fenton 10 demostró una reducción a 0.5 el valor de la biodegradabilidad; y un 80% de remoción de la DQO en 18 minutos de reacción y con los siguientes valores de concentración: 2110,55 mg/L, 1092,67 mg/L y 3,22 para el 𝐹𝑒𝑆𝑂4, 𝐻2𝑂2 y pH respectivamente. (Menéndez, 2018). En su tesis titulada “REDUCCIÓN DE LA DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO EN LACTOSUERO MEDIANTE EL PROCESO FENTON”, determinó como las condiciones óptimas para el proceso los siguientes valores: 𝐻2𝑂2= 30,84 g, sal de 𝐹𝑒2+= 3,65 g (reactivo Fenton) en 43,84 minutos de tratamiento, a un pH comprendido entre 2,8 - 3 y a 15 °C. Los resultados obtenidos en el estudio, muestran que el tratamiento mediante el proceso Fenton logró porcentajes importantes de disminución de DQO = 78,93 %, ST = 73,20 %, SV = 84,40 %, STD = 63,45% y 63,35 % para la conductividad eléctrica. (Yaranga Montañéz, 2021) desarrolló la investigación intitulada “EFICIENCIA DE LA OXIDACIÓN FENTON Y FOTOFENTON EN LA REMOCIÓN DE DQO EN LIXIVIADOS DEL BOTADERO“EL PORVENIR”, DISTRITO DE EL TAMBO, HUANCAYO-JUNÍN, primeramente determinó las características fisicoquímicas del lixiviado con valores de DBO = 9058 mg/L y DQO= 55818 mg/L, una vez recolectada la muestra se efectuaron las diferentes pruebas de experimentación según los siguientes parámetros: rango de 𝐻2𝑂2= 400 -800 mg/L, 𝐹𝑒𝑆𝑂4 = 200 mg/L en condiciones ácidas pH = 3 y 4. Los resultados obtenidos en la investigación, demuestran una eficiencia del 56.66% mediante el tratamiento Fenton y el 90.68% con respecto al tratamiento Fotofenton. (Robles Kquerare & Cevallos Villegas, 2021) en su tesis intitulada “SISTEMA FOTOFENTON Y ADSORCIÓN PARA MEJORAR LA CALIDAD DE LAS AGUAS RESIDUALES DEL LABORATORIO DE QUÍMICA ORGÁNICA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA DE LA UNAC”, utilizó un diseño factorial para evaluar el efecto en la remoción de la DQO a partir del 𝐻2𝑂2 y 𝐹𝑒𝑆𝑂4. Los tratamientos que aplicó para el Fotofenton siguieron las siguientes concentraciones de 𝐻2𝑂2 = 10, 15 y 20 ml/L, 𝐹𝑒𝑆𝑂4 = 100, 11 150 y 200 mg/L, pH= 2.88 y lámpara UV de 16 watts, obteniendo como resultado una remoción máxima del 99.46% de remoción de DQO en 2 horas tratamiento. 2.1.3. Antecedentes locales (Pacco Illa & Reyes Rojas, 2020) en su investigación “EVALUACIÓN DEL PROCESO DE OXIDACIÓN AVANZADA DE AGUA CONTAMINADA CON SANGRE EN UN REACTOR BATCH DE BURBUJEO”, empleó como muestra de estudio el efluente proveniente de un matadero de pollos logrando remover el 73 % de la DBO y hasta un valor máximo de turbiedad de 180 NTU con las siguientes condiciones de experimentación: 150 ml/min de flujo de aire, 45 mg/L de 𝐻2𝑂2 y a 150 rpm de agitación. Las conclusiones que conlleva esta investigación, indican que tanto el flujo de aire como la velocidad de agitación no intervienen en la reducción de la turbiedad, a su vez, la disminución del pH al culminar el tratamiento, es a causa, de la mineralización de la carga orgánica. 2.2. Bases Teóricas 2.2.1. Camal o matadero El camal o conocido también como matadero es un establecimiento idóneo para la ejecución de las actividades que contempla el faenado de animales de abasto, este se caracteriza por las condiciones higiénico-sanitarias y porque cuenta con la autorización de SENASA; así lo define el reglamento sanitario del faenado de los animales de abasto (D.S.015-2012-AG). En tal sentido, la actividad que se realiza en un camal es la de producir carne preparada empleando técnicas higiénicas, donde se manipula y sacrifica a los animales. Dicha instalación facilita la inspección de la carne, para así, evitar el peligro de consumir carne infestada y, a su vez, facilite el manejo adecuado de los residuos generados en esta actividad para evitar contaminar el ambiente. Cabe resaltar que, los mataderos se clasifican según su administración en: cooperativas de productores, empresa comercial privada y de la administración municipal. (Veall, 1993). 12 2.2.2. Características del camal municipal de Cusco El camal municipal de Cusco se encuentra localizado en el distrito de San Jerónimo, en el departamento y provincia de Cusco, corresponde a una clasificación Tipo II que indica que la capacidad de las instalaciones del camal contempla el abastecimiento de carne hasta para consumo nacional y cuyas actividades realizadas abarca el faenado de bovinos y menudencias. (D.S.015-2012-AG). El proceso de faenamiento de ganado en el camal municipal del Cusco contempla las siguientes actividades: inicia con la recepción de animales, luego pasa a una inspección ante mortem de ganado en el cual se genera estiércol, seguidamente continúa con el proceso de lavado del ganado para retirar restos de polvo y estiércol, luego sigue el aturdimiento del animal, para proseguir con el degollamiento en el cual se genera grandes cantidades de sangre. En el proceso de desollado se obtienen cueros, cabeza del animal, entre otros que son almacenados en otro ambiente, posteriormente se pasa a la evisceración generándose viseras, sangre, contenido ruminal y estiércol, finalmente se realiza la inspección post mortem y al despacho del canal. En consecuencia, las aguas residuales generadas durante este proceso van a un colector principal para luego ser vertido directamente y sin previo tratamiento al río Huatanay. (Ver Anexo N°01) 2.2.3. Agua residual del camal En el camal se generan aguas residuales en los diferentes procesos, uno de sus constituyentes es la sangre; el residuo líquido de mayor impacto por su alta carga orgánica y concentraciones, que aporta por cada litro de sangre valores de DBO correspondiente a 150 000-200 000 mg/L hasta 405 000 mg/L en casos extremos, además de presentar alta carga de nitrógeno. Esto se debe, a los residuos sólidos que no son separados antes del lavado de la planta, lavado de corrales, derrames de sangre fuera de la noria de recolección y demás, que contribuye significativamente a la carga orgánica en el efluente. (Nuñez & Bustamante, 2012) 13 Adicionalmente, las aguas residuales de los camales están compuestos por orina, heces, sangre, lavazas, grasa, alimentos no digeridos y agua; con presencia de ácidos orgánicos volátiles, aminas y otros compuestos orgánicos nitrogenados. (Gonzales & Apanu, 2016) 2.2.3.1 Composición de las aguas residuales del camal En los centros de sacrificio animal se generan sustancias y elementos tales como: sangre, grasas y estiércol durante las diferentes etapas del proceso de faenamiento. Por consiguiente, el efluente del camal presenta valores elevados de materia orgánica (𝐷𝐵𝑂5 - DQO), sólidos y a su vez, alto contenido de grasas. (Hernandez & Sanchez, 2014). También, los residuos líquidos del camal están compuestos por: orina, heces, sangre, lavazas, grasa, alimentos no digeridos y principalmente agua proveniente de las actividades de limpieza, constituyendo así el efluente final de esta actividad. (Nolasco, 2018) Tabla 1 Caracterización de las aguas residuales del camal Características físico- PLANTA 1 PLANTA 2 PLANTA 5 PLANTA 6 químicas pH 7,435 7,355 7,68 7,47 T °C 23,95 23,1 24,67 23,18 Conductividad (μs/cm) 2675 3222,5 1734,58 1972,00 TDS (mg/L) 1364,5 1664,5 867,52 962,83 Salinidad (%) 0,14 0,17 0,43 0,09 Aceites y Grasas (%) 0,055 0,475 0,06 0,15 𝑫𝑩𝑶𝟓(mg/L) 1661,2 3433,85 641,48 1834,77 DQO (mg/L) 1880 4525 968,83 2783,33 Nitrito(mg/L) 86 17 51,20 6,17 Nitrato(mg/L) 6,05 114,5 22,45 38,50 N. Amoniacal(mg/L) 31,415 25,205 36,12 26,06 N. Total (mg/L) 123,465 156,705 65,01 70,72 Fosfato (mg/L) 34,25 171,5 35,35 97,33 Sulfuro((μg/L) 1195 1350 692,32 1110,00 𝑫𝑩𝑶𝟓/DQO 0,88 0,76 0,66 0,66 Nota: Becerra L. K, Horna M. V & Barrionuevo K.I. (2014). Nivel de contaminación en los efluentes provenientes de camales de la región la Libertad. Rev. cuerpo méd. HNAAA 14 2.2.4. Contaminación del agua por efluentes del camal La cantidad de agua consumida y el grado de contaminación que representan las aguas residuales del camal, están en función a los siguientes factores: - Especie animal - Clase y capacidad de las instalaciones - Limpieza de los canales - Locales de trabajo (Briceño & Castillo, 2009) Si bien, los residuos líquidos provenientes de los camales se caracterizan por sus valores altos de materia orgánica; esto implica que, para lograr su oxidación biológica se requiere de oxígeno. Sin embargo, los efluentes producidos en el camal al ser vertidos directamente al cuerpo de agua receptor muchas veces llegan anular el oxígeno y afectar la vida acuática existente. (Nolasco, 2018) Además, la inadecuada gestión de las aguas residuales de los camales, trae como consecuencia la disminución del oxígeno disuelto, depósito de lodos, emanaciones de gases(olores) y condiciones circundantes al punto de descarga que genera molestia. (Barraza & Palpa, 2011) 2.2.4.1 Implicancias del Oxígeno Disuelto en el cuerpo receptor Según (Breitburg, 2002) el oxígeno disuelto se utiliza como un indicador ecológico, puesto que, representa el estado situacional de un sistema acuático, es decir, si este se encuentra en un proceso de hipoxia o anoxia. A su vez, (Melrose, Ovita, & Berman, 2007) sostienen que, existe una relación entre la producción de materia orgánica proveniente de los nutrientes añadidos al agua a causa de las actividades antrópicas y el incremento en el consumo de oxígeno disuelto produciendo un empobrecimiento del mismo y en consecuencia, generar un proceso de hipoxia en el agua. 15 Analizando (Gonzales, Orozco, Pérez, Alfayate, & Rodriguez, 2002) la variación del oxígeno disuelto en el agua de un cuerpo receptor, al cual se descarga aguas residuales con presencia de materia orgánica comprende las siguientes etapas: - Primero, se consume el oxígeno disuelto en el agua por acción de las bacterias aerobias exactamente en el punto de vertido del efluente. - Simultáneamente se inician los procesos de re-oxigenación natural. - Una vez el cuerpo receptor presente un mínimo oxígeno disuelto, entonces se iniciará con la autodepuración de sus aguas hasta alcanzar los niveles iniciales. 2.2.5. Índice de biodegradabilidad de un efluente La relación existente entre la DBO y la DQO determina la tipología de los contaminantes orgánicos que existen en el agua, los cuales son: - Materia orgánica biodegradable: Compuestos orgánicos que se caracterizan por tener un peso molecular bajo y una cadena poco ramificada. - Materia orgánica no biodegradable: Aquellos compuestos orgánicos con altos valores en sus pesos moleculares, con cadenas ramificadas, anillos o unidades aromáticas presentes en su estructura. (Gonzales, Orozco, Pérez, Alfayate, & Rodriguez, 2002) Tabla 2 Biodegradabilidad de un vertido Parámetro indicador Evaluación 𝑫𝑩𝑶𝟓 Biodegradable, se recomienda > 𝟎. 𝟓 𝑫𝑸𝑶 utilizar procesos biológicos 𝑫𝑩𝑶 Poco biodegradable, se puede 𝟓 𝟎. 𝟓 ≥ ≥ 𝟎. 𝟐 utilizar filtros o lagunas de 𝑫𝑸𝑶 estabilización 𝑫𝑩𝑶𝟓 No biodegradable, utilizar < 𝟎. 𝟐 𝑫𝑸𝑶 métodos fisicoquímicos Fuente: (Zamora, Guerrero, & Benavides, 2014; Ortiz de Zárate & Aguila Apodaca, 1997) 16 2.2.6. Principales parámetros indicadores de contaminación - pH Es un indicador de predisposición a la acidez o alcalinidad del agua, esto quiere decir, que un pH ácido significa un incremento en la concentración de iones de hidrógeno, por el contrario, un pH básico, se caracteriza por una disminución de la concentración de iones de hidrógeno. Asimismo, (Rigola Lapeña, 1989) sostiene que el pH es una medida de la concentración de iones de hidrógeno y se define como pH = log(1⁄[𝐻+]). Por lo tanto, es un indicador de acidez (pH<7) o de alcalinidad (pH>7) de un líquido. En un rango de pH entre 0 y 7 son categorizadas como ácidos, pero si, se tiene un valor de pH de 7-14 entonces indica que la sustancia es básica como por ejemplo la sangre cuyos valores de pH se encuentra en el rango de 7.35-7.45. (Bermeo Garay, Bonilla Bermeo, & Coloma Coloma, 2017) - Demanda Bioquímica de Oxígeno en 5 días (𝑫𝑩𝑶𝟓) La 𝐷𝐵𝑂5 indica la concentración en materia orgánica biodegradable, este parámetro se calcula midiendo la disminución en la concentración de oxígeno disuelto del agua al término de incubar una muestra durante 5 días a 20 °C, a dilución adecuada y en un pH constante entre 7-7.5. (Gonzales, Orozco, Pérez, Alfayate, & Rodriguez, 2002) Durante el periodo de incubación, la degradación biológica se lleva a cabo en dos etapas. La primera etapa, se desarrolla en los primeros 5 días en el cual se produce la descomposición de compuestos de carbono, que representa un 60 a 70% de la materia orgánica oxidada y; la segunda etapa, al cabo de 20 días se produce la nitrificación evidenciado por el consumo de los compuestos nitrogenados, siendo en esta etapa donde se completa la oxidación de la materia orgánica en un 95 al 99 %. (DIGESA) Además, la reacción debe llevarse a cabo en la oscuridad con el fin de evitar la producción de oxígeno por algas. En el caso de obtener valores altos de 𝐷𝐵𝑂5, evidencia que 17 hay una alta concentración de materia orgánica biodegradable. (Gonzales, Orozco, Pérez, Alfayate, & Rodriguez, 2002) La 𝐷𝐵𝑂5 es igual a la diferencia de OD dividida por el volumen de desperdicio(P). (Raffo & Ruiz, 2014) Tal como se muestra a continuación: 𝑂𝐷𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑜 − 𝑂𝐷𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝐷𝐵𝑂𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = ( 1 ) 𝑃 Donde: 𝐷𝐵𝑂𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = Valor final de medición de la DBO (mg/L) 𝑂𝐷𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑜 = Medición de OD al principio de la prueba (mg/L) 𝑂𝐷𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = Medición de OD después de 5 días (mg/L) 𝑃 = Volumen de desperdicio(L) 2.2.7. Procesos de Oxidación Avanzada (POAs) Los POAs se fundamentan en procesos fisicoquímicos capaces de alterar profundamente la estructura química de los contaminantes (Parag & Aniruddha, 2004). A su vez, los POAs consisten en la oxidación química del contaminante formando en el proceso radicales hidroxilo, los cuales son altamente reactivos y con baja selectividad; en el caso de los diferentes tipos de POAs existen variaciones de generación de especies reactivas, tales como el uso de catalizadores, el tipo de luz, ultrasonido o microondas, con el fin incrementar la tasa de oxidación. (Garcia J. C., 2014) De esta manera generan especies transitorias sea por medios fotoquímicos o por otras formas de energía, con gran poder oxidativo tal como es, el radical hidroxilo con un potencial de oxidación-reducción 𝐸0 = 2.80, capaz de oxidar eficientemente la materia orgánica. De modo complementario, los POAs generan radicales altamente reactivos, lo suficiente como 18 para producir y acelerar reacciones de oxidación, pero también el de producir reacciones de oxidación en cadena. (Peña & Herrera, 2013) A continuación, se mencionará la finalidad de los POAs: - Mineralizar los contaminantes hasta su completa transformación en dióxido de carbono, agua y aniones inorgánicos. - Degradar los contaminantes orgánicos - Eliminar el color y olor - Desinfectar. (García-Montaño 2007, Parag et al. 2004, Neyens et al. 2003) 2.2.7.1 Proceso Fenton El proceso Fenton consiste en la adición de sales de hierro 𝐹𝑒2+ como catalizador en presencia de 𝐻2𝑂2 en medio ácido (pH 2,5-4), para la producción de radicales •OH. El catalizador usualmente es el sulfato de hierro (II) que no se consume en el proceso más al contrario, se regenera el 𝐹𝑒2+ a partir del hierro férrico 𝐹𝑒3+. (Bes, Silva, & Bengoa, 2018) El proceso Fenton tiene como finalidad: - Realizar un cambio estructural de los compuestos orgánicos - Oxidar parcialmente el efluente y disminuir su toxicidad - Oxidar totalmente los compuestos orgánicos en sustancias inocuas, para su posterior descarga en efluentes. (Ortiz, 2009) Por otro lado, los compuestos orgánicos no siempre reaccionan a la misma velocidad con el radical •OH, dependerá de la naturaleza de los compuestos orgánicos a tratar. En el caso, de la velocidad de reacción característica de los radicales •OH con la materia orgánica, se sitúan entre 107 − 1010 𝑀−1𝑆−1 (Rodríguez, Casas, Mohedano, Zaso, & Blasco, 2016) 2.2.7.1.1 Mecanismo Fenton La reacción Fenton se fundamenta en la generación de radicales •HO a presión atmosférica y temperatura ambiente. De acuerdo a la ecuación 2, el peróxido de hidrógeno se 19 pone en contacto con 𝑭𝒆𝟐+ en solución acuosa y en un pH ácido. El ión ferroso inicia la reacción de descomposición del peróxido, generando radicales •OH de alta reactividad, agua y cierta cantidad de calor. 𝑯𝟐𝟎𝟐 + 𝑭𝒆 𝟐+ → 𝑶𝑯− + 𝑯𝑶• + 𝑭𝒆𝟑+ ( 2 ) ⟵ En la ecuación 3, la especie oxidada 𝑭𝒆𝟑+ reaccionará nuevamente con el peróxido de hidrógeno, para producir radicales hidroperóxidos (𝑯𝑶𝟐·) con un potencial menor de oxidación-reducción (Eo = 1,76 V). 𝑭𝒆𝟑+ + 𝑯𝟐𝑶𝟐 → 𝑭𝒆 𝟐+ + 𝑯𝑶𝑶• + 𝑯+ ( 3 ) Cabe resaltar que, los iones férricos 𝐹𝑒3+ se forman más rápidamente en la reacción 1 que en la reacción 2, y se va acumulando paulatinamente en solución acuosa hasta dar lugar a la aparición de precipitados de hidróxido férrico 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3, estos últimos tienen aspecto de material sedimentable y de coloración pardo - rojizo. (Sánchez, 2015) 2.2.7.1.2 Factores intervinientes en el proceso Fenton - Influencia del pH El pH es un indicador capaz de modificar la prevalencia de las especies de hierro presentes en la solución acuosa; por ende, para el proceso de degradación de contaminantes orgánicos el valor óptimo del pH esta alrededor de 2- 4. En el caso, de valores de pH inferiores a 2 se produce la formación de complejos de hierro, reduciéndose la concentración 𝐹𝑒2+ libre que queda disponible en la mezcla acuosa. Por el contrario, para valores de pH superiores a 4 la eficiencia del proceso Fenton disminuye, por la generación de precipitados de 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 que retiran al catalizador del medio de reacción y en consecuencia, la tasa de producción de 20 radicales •OH es baja. Además, para valores de pH aún mayores a 4, se reduciría el rendimiento total del proceso Fenton por la reducción potencial de la formación de •OH y la descomposición del peróxido de hidrógeno. (Sánchez, 2015) - Influencia de la temperatura Las temperaturas altas favorecen la velocidad de la reacción; pero también, posibilita la dismutación del peróxido de hidrógeno. Por otro lado, el oxígeno disuelto interviene en la mineralización de compuestos orgánicos y a temperaturas altas, el oxígeno disuelto se solubiliza. Al inicio de la reacción de Fenton, no se requiere de una elevada energía de activación; por ello que, se puede realizar en un amplio rango de temperaturas ambiente. (Sánchez, 2015) - Relación Fe (II) / 𝑯𝟐𝑶𝟐 La dosis de 𝐻2𝑂2 influye directamente sobre la eficacia del proceso mientras que la concentración de hierro está relacionada con la cinética de la reacción. Por ello, es importante considerar las características del efluente a tratar, en la relación estequiometría [Fe (II) / 𝐻2𝑂2]. (Neyens & Baeyens, 2003) 2.2.7.1.3 Características del proceso Fenton Entre las principales características que presenta el proceso Fenton en relación al tratamiento de aguas residuales podemos mencionar las siguientes. Tabla 3 Ventajas y desventajas del proceso Fenton VENTAJAS DESVENTAJAS Aplicación amplia del proceso Fenton a escala industrial en diferentes tipos de La producción de lodos, esto porque, se efluentes y contaminantes. generan precipitados de hidróxido férrico (Sánchez, 2015) 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 en forma de material sedimentable Elevada afinidad del proceso Fenton por los de tono pardo-rojizo, que debe ser separado compuestos cromóforos para la eliminación del efluente líquido una vez culminada la eficiente del color con tiempos de contacto oxidación y posteriormente, realizar la relativamente bajos y facilita la adecuada gestión del residuo. (Sánchez, 2015) 21 biodegradación de compuestos orgánicos refractarios. (Sánchez, 2015) El proceso Fenton no genera subproductos Para el control del pH, se requiere la tóxicos; al contrario, reduce la toxicidad de aplicación de procesos complementarios al efluentes y vertidos. (Sánchez, 2015) proceso de oxidación Fenton, es decir, se requiere acidificar previamente las muestras y neutralizar el efluente posterior al tratamiento. (Sánchez, 2015) Suministro continuo del catalizador durante la reacción elevando los costos de explotación, sea el caso de, grandes caudales de aguas residuales o elevadas cargas orgánicas. (Sánchez, 2015) 2.2.7.2 Proceso foto-Fenton UV El proceso Fotofenton es un tipo de Proceso de Oxidación Avanzada (POA), que se fundamenta en la descomposición del peróxido de hidrógeno con la participación de sales de hierro como catalizador; y la radiación luminosa para mineralizar el contaminante en un tiempo inferior al del proceso Fenton. (Terán Solíz, 2016) Además, la exposición a la irradiación sea con luz ultravioleta o solar facilita la reutilización y reacción al mismo tiempo con el peróxido de hidrogeno, para posteriormente pasar a liberar los radicales •OH, quienes oxidarán los compuestos orgánicos. (Sreeja & Sosamony, 2016). 2.2.7.2.1 Mecanismo FotoFenton En el proceso Fotofenton se utiliza la radiación ultravioleta, para lograr la fotorreducción del 𝐹𝑒3+ y la producción de radicales •OH. La radiación UV acelera notablemente la reacción de reducción del 𝐹𝑒3+ a 𝐹𝑒2+, trayendo consigo el incremento de la tasa de formación de radicales •OH y esto a su vez, el incremento de la tasa de degradación de la materia orgánica existente. Del mismo modo, contribuye en menor medida a la producción de radicales •OH por medio de la fotólisis directa del peróxido de hidrógeno, y posibilita la fotodegradación de los contaminantes. 22 𝑭𝒆𝑶𝑯𝟐+ + 𝒉𝑽 → 𝑭𝒆𝟐+ + 𝑯𝑶• ( 4 ) El catión 𝑭𝒆𝑶𝑯𝟐+ presenta una banda de absorción entre 200 y 410 nm en valores de pH comprendidos entre 2 y 4. En la reacción 4, el catión 𝑭𝒆𝑶𝑯𝟐+ en presencia de radiación UV produce la generación de radicales hidroxilos, recomendándose la utilización de lámparas UV del tipo UV-C para mayor rendimiento del proceso Fotofenton. (Sánchez, 2015) Figura 1 Mecanismo de reacción del Fotofenton Nota: El gráfico representa la reducción de 𝐹𝑒3+ a 𝐹𝑒2+ mediante luz UV-visible, y la oxidación de 𝐹𝑒2+ a 𝐹𝑒3+ mediante el peróxido de hidrógeno, y así, el ión ferroso regenerado vuelve a reaccionar con peróxido de hidrógeno para formar radicales hidroxilos. Tomado de Estudio de la aplicación de procesos de oxidación avanzada a aguas contaminadas (p. 28) , por M.C, Terán,2016. 2.2.7.2.2 Características del proceso Fotofenton A continuación, las características del proceso Fotofenton serán mostradas en la siguiente tabla: Tabla 4 Ventajas e inconvenientes del proceso Fotofenton VENTAJAS DESVENTAJAS - Se requiere de pequeñas cantidades - Se debe controlar estrictamente el de sal de hierro. pH. (Rodriguez, y otros, 2006) 23 - El 𝑭𝒆𝟑+ residual puede precipitarse como hidróxido de hierro mediante el incremento del pH. - El peróxido de hidrógeno 𝑯𝟐𝑶𝟐 residual que no se consume durante el proceso se descompondrá en agua y oxigeno molecular. (A., y otros, 2012) - Se reduce la generación de lodos y la velocidad de reacción es alta, por lo que el tamaño del reactor será menor. (Rodriguez, y otros, 2006) - La generación de OH• adicionales a partir del Fe(II) foto generado. - El empleo de radiaciones menores a 360 nm posibilita la producción de OH• por fotólisis del 𝑯𝟐𝑶𝟐 (Velázquez, 2013) 2.2.7.2.3 Parámetros que influyen en el sistema Fotofenton Para alcanzar un eficiente rendimiento en el tratamiento de aguas residuales por medio del proceso Fotofenton, es importante considerar algunos parámetros como son: - pH Para que se efectúe adecuadamente la reacción es recomendable un pH entre 2 y 3. Esto porque, en valores menores a los recomendables el ión férrico es más estable, puede descomponerse el peróxido de hidrógeno y retardarse la reacción. Por otro lado, con valores superiores puede precipitarse el hidróxido férrico y descomponerse el peróxido de hidrógeno. Por ello es preferible ajustar el pH adicionando sosa y ácido sulfúrico, cabe resaltar que el sulfato ferroso y peróxido de hidrogeno reducen el pH. (Terán Solíz, 2016) - Temperatura Es recomendable que la temperatura de operación sea entre 40 y 50°C a presión atmosférica. De modo que, si se sobrepasa una temperatura de 50°C ocurre una descomposición 24 rápida del peróxido de hidrogeno en oxígeno y agua, pero a una presión máxima de 3 atmósferas la temperatura puede alcanzar a valores superiores a los 100 °C, sin que ocurra una descomposición del peróxido de hidrógeno. (Terán Solíz, 2016) - Luz Ultravioleta La luz UV se define como un tipo de radiación electromagnética, de mayor energía que la luz visible pero menor a la de los rayos X, se clasifican de acuerdo a la longitud de onda. (García Carpintero, Cárdaba Arranz, & Sánchez Gómez, 2020) Tabla 5 Tipo de radiación UV VUV 100-200 nm UVC 200-280 nm UV UVB 280-315 nm UVA 315-400 nm VISIBLE 400-700 nm Nota: Terán (2016, p. 29) Se pueden utilizar dos tipos diferentes de condiciones en los reactores para la aplicación de la luz UV en un tratamiento, los cuales son los siguientes: reactor de contacto, dónde la lámpara de luz UV puede estar sumergida en forma paralela o perpendicular a la dirección del flujo de agua a tratar. Por otro lado, en el reactor sin contacto es cuando la lámpara de luz UV se encuentra suspendida. (EPA, 1999) El uso del reactor de contacto, incrementa la acción desinfectante de la luz UV en el agua a tratar, esto a causa de la reflexión de los rayos UV en las paredes del reactor. La reflexión de la luz UV presenta influencia directa en el reactor porque interviene en la distribución del flujo de la luz UV en el agua. (Jieyong, Baoqing, & Chang Nyung, 2011) 25 Es importante mencionar factores que reducen la eficacia de la luz UV en los tratamientos los cuales son: • La intensidad de la radiación muchas veces se ve afectada por el tiempo de vida de la lámpara, restos de residuos adheridos en su superficie, condiciones del reactor y la ubicación de la lámpara en el mismo. Del mismo modo, es importante destacar que a mayor distancia de la lámpara UV entonces la intensidad de la radiación UV se disipará. • Las altas concentraciones de los parámetros fisicoquímicos del agua residual a tratar interfieren en la exposición y en la cantidad de radiación UV que llega a la muestra, especialmente los sólidos suspendidos que absorben la radiación UV, y que además sirven de barrera para los microorganismos presentes, puesto que, se adhieren a estas partículas. En el caso de valores altos de pH los efectos que desencadenan son la solubilidad de los metales y los carbonatos, y por último, una alta DBO conformado por compuestos húmicos y/o no saturado reducen la exposición de la luz UV. (EPA, 1999) • La presencia de luz y el tipo de luz favorece en la velocidad de reacción. De hecho, para un proceso de oxidación más eficiente se requiere mayor energía. • Influencia de la concentración inicial de 𝑯𝟐𝟎𝟐 La velocidad de degradación está directamente relacionada con la cantidad de 𝐻202 , es decir, a mayor cantidad de 𝐻202 también incrementará la velocidad de degradación; esto porque que existe una mayor generación de radicales •OH. En cambio, a partir de una determinada cantidad de 𝐻202 puede ser posible una autodescomposición del mismo por recombinación con •OH, afectando negativamente en la velocidad de reacción. (Bes, Silva, & Bengoa, 2018) 26 • Efecto de la cantidad de sal de hierro A mayor cantidad de sal empleada mayor será la velocidad de degradación. No obstante, a partir de una cierta concentración de hierro la eficiencia en la reacción también disminuirá, pues habrá un incremento en la turbidez de la disolución, el cual inhibirá en la absorción de luz necesaria para la realización del tratamiento. (Bes, Silva, & Bengoa, 2018) 2.2.8 Diseño de experimentos Según los autores (Gutierrez Pulido & De la Vara Salazar, 2008) manifiestan que, el diseño de experimentos está basado en determinar las pruebas y como estas se han de realizar a fin de obtener datos que al ser analizarlos mediante la estadística dan como resultado evidencias objetivas, capaces de responder interrogantes planteadas y solucionen problemas dentro de una investigación. 2.2.8.1 Diseño de Box-Behnken Los autores (Gutierrez Pulido & De la Vara Salazar, 2008) definen el diseño Box Behnken como un modelo de segundo orden que puede ser aplicado solamente cuando se tiene 3 o más factores; dicho modelo es capaz de lograr la optimización del proceso y su eficacia con respecto al número de experimentos. Asimismo la representación gráfica del modelo Box Behken demuestran que, los tratamientos del diseño se encuentran ubicados en los puntos medios de cada factor con 3 niveles: nivel alto (+), nivel intermedio (0) y nivel bajo (-), más no consideran, como puntos del diseño aquellos ubicados en los vertices del cubo. Figura 2 Representación del diseño de Box-Behnken 27 Nota. En la figura se representa geométricamente el diseño de Box-Behnken para 3 factores. Tomado de Análisis y diseño de experimentos (p. 416-417), por Gutiérrez Pulido., & De la Vara Salazar, R, 2008. 2.3 Marco Conceptual 2.3.1 Agua residual Aquella agua con características modificadas por las actividades humanas y que requiere de un tratamiento previo antes de ser empleadas en posteriores actividades de reúso, o descargadas al sistema de alcantarillado. (OEFA, 2014) 2.3.2 Materia orgánica Consiste en millares de componentes tales como: partículas macroscópicas, coloides o macromoléculas que se encuentran disueltas y que modifican algunos parámetros de calidad de agua como son: el color, olor, sabor, desarrollo de microorganismos patógenos o presencia de materia no biodegradable. (USEPA, 2004) 2.3.3 DBO Indicador del nivel de contaminación de las aguas residuales que mide la cantidad de oxígeno requerido para la oxidación de la materia orgánica biodegradable existente en la muestra de agua. (Ramalho, 2003) 28 2.4 Hipótesis 2.4.1 Hipótesis General El proceso Fotofenton es más eficiente en la remoción de la 𝐷𝐵𝑂 con respecto al proceso Fenton en el efluente del Camal Municipal de Cusco,2021. 2.4.2 Hipótesis Específicas HE-1: El efluente del camal Municipal de Cusco presentan valores altos en sus parámetros fisicoquímicos, 2021. HE-2: El efluente del camal Municipal de Cusco es biodegradable, 2021. HE-3: El proceso Fenton logra una remoción entre el 30% al 70% de la 𝐷𝐵𝑂 del efluente del camal, 2021. HE-4: El proceso Fotofenton logra una remoción entre el 40% al 80% de la 𝐷𝐵𝑂 del efluente del camal, 2021. 2.5 Variables E Indicadores 2.5.1 Identificación de Variables Variable Dependiente: Y1: Eficiencia de remoción de la 𝐷𝐵𝑂5 Variable Independiente: X1: pH X2: Dosis de peróxido de hidrógeno X3: Dosis de sulfato ferroso heptahidratado 2.5.2 Operacionalización De Variables 29 Tabla 6 Operacionalización de variables DEFINICION DEFINICIÓN OPERACIONAL INDICADOR VARIABLES CONCEPTUAL Cantidad total de oxígeno consumida por los Se mide la disminución de la Eficiencia microorganismos en los concentración de oxígeno disuelto en la mg/L de remoción de 𝑫𝑩𝑶𝟓 primeros cinco días de muestra de agua, después de haber sido % de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 biodegradación. (Raffo & Ruiz, incubado por un periodo de 5 días. remoción D BO 2014) El pH es una medida de Se mide inicialmente el pH de la la concentración de iones de muestra, y se ajustará dicho valor según hidrógeno y se define como pH matriz de experimentación con la solución de = log(1⁄[𝐻+]) ácido clorhídrico. pH 0-14 Así mimo, es un indicador de acidez (pH<7) o de alcalinidad (pH>7) de un líquido. (Rigola Lapeña, 1989) Proceso Compuesto químico Se añade la solución concentrada del Fenton Dosis de cuya fórmula es catalizador que corresponde al sulfato ferroso sulfato ferroso (𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂), característico heptahidratado (𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂) en las mg / L heptahidratado por ser un polvo cristalino, concentraciones adecuadas y se homogeniza inodoro, verdoso. (Health, la mezcla. 2016) El peróxido de Se adiciona el 𝐻2𝑂 en todas las Dosis de 2 hidrógeno es un líquido no unidades experimentales y se agita para peróxido de mg / L combustible, incoloro, con un garantizar su homogenización. hidrógeno olor picante y débil cuya 30 fórmula es 𝐻2𝑂2. (SOLVAY, 2019) El pH es una medida de Se mide inicialmente el pH de la la concentración de iones de muestra, y se ajustará dicho valor según la hidrógeno y se define como pH matriz de experimentación con la solución de = log(1⁄[𝐻+]) ácido clorhídrico. pH Así mimo, es un 0-14 indicador de acidez (pH<7) o de alcalinidad (pH>7) de un líquido. (Rigola Lapeña, 1989) Compuesto químico Se añade la solución concentrada del Dosis de cuya fórmula es catalizador que corresponde al sulfato ferroso Proceso sulfato ferroso (𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂), característico heptahidratado (𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂) en las mg / L Fotofenton heptahidratado por ser un polvo cristalino, concentraciones adecuadas y se homogeniza inodoro, verdoso. (Health, la mezcla. 2016) Compuesto químico Se adiciona el 𝐻2𝑂2 en todas las cuya fórmula es 𝐻2𝑂2, líquido unidades experimentales y se agita para Dosis de no combustible, incoloro, con garantizar su homogenización. peróxido de mg / L un olor picante y débil. hidrógeno (SOLVAY, 2019) Longitud Distancia entre dos Se realizan los ensayos de fotólisis de onda de la crestas contiguas que determina con la lámpara de radiación UV –C (254nm) nm lámpara UV el color de la luz para las 15 pruebas 31 3 CAPÍTULO III: MÉTODO 3.1 Alcance del Estudio 3.1.1 Tipo de investigación 3.1.1.1 Enfoque cuantitativo Según lo manifestado por Hernández et al. (2010) el enfoque cuantitativo se caracteriza por seguir un proceso sistemático, requiere de un diseño para realizar las mediciones y el análisis estadístico para comprobar las hipótesis y teorías planteadas. Por lo antes expuesto, el presente estudio está organizado en diferentes etapas que son consecuentes entre sí, se establecieron variables de proceso para el tratamiento Fenton y Fotofenton. Del mismo modo, se desarrolló un plan de análisis de datos para la recolección de los valores numéricos correspondientes a los porcentajes de remoción de la 𝐷𝐵𝑂5 de la muestra de estudio mediante los tratamientos aplicados. Finalmente, mediante al análisis estadístico se logró comprobar la veracidad de las hipótesis formuladas y, así, demostrar los resultados alcanzados. 3.1.2 Nivel o alcance de la investigación El presente estudio es de alcance correlacional, esto porque se analizó la relación entre la eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton, y la remoción de la 𝐷𝐵𝑂5 del efluente. Según lo define Hernández et al. (2010) el alcance correlacional es un modelo de estudio en el cual se evalúa el grado de concordancia existente entre variables o conceptos, las cuales son medibles, cuantificables y verificables mediante la prueba de hipótesis, que determina la relación y el comportamiento de una variable en relación a la otra. 3.1.3 Método de investigación Se identificó al método hipotético-deductivo como método de la presente investigación, dado que el problema que originó la descarga de las aguas residuales provenientes de la actividad de faenamiento implicó el planteamiento de la siguiente hipótesis: el proceso 32 Fotofenton es más eficiente en la remoción de la 𝐷𝐵𝑂5 con respecto al proceso Fenton, para lo cual, se verificó y demostró la veracidad de dicho enunciado mediante las diferentes pruebas experimentales, y finalmente, concluir con nuevo conocimiento acerca de la eficiencia y aplicación de los procesos Fenton y Fotofenton en efluentes provenientes de camales. 3.2 Diseño de la Investigación El diseño experimental puro, tal como afirma Hernández et al. (2010) consiste en la materialización de una situación o problema cuyas variables independientes son manipuladas intencionalmente con el propósito de medir los efectos resultantes en las variables dependientes en condiciones controladas y cuyos resultados sean válidos. Por consiguiente, el diseño de la presente investigación fue experimental, dado que se manipuló la variable independiente, que corresponde a la eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton por medio de los parámetros de proceso y posteriormente, se analizaron los efectos en la variable dependiente, es decir, en la remoción de la 𝐷𝐵𝑂5 del efluente del camal, con el fin de comprobar la certeza de las hipótesis formuladas. 3.2.1 Descripción del diseño del experimento-Proceso Fenton a) Ajuste de los niveles de los parámetros de proceso • pH Según Becerra L. K, Horna M. V & Barrionuevo K.I. (2014) afirman que, el pH de los efluentes de un camal presenta un valor igual a 7.4. Por otro lado, los estudios realizados por (Montero del Águila, Orrego Zapo, & Uriarte Tirado, 2018) y (Arteaga, 2020) desarrollaron investigaciones de degradación de aguas residuales del camal mediante procesos Fenton en rangos de pH 2.5- 3.5 y 2.8 respectivamente. Por lo expuesto anteriormente, se determinó evaluar la remoción de la 𝐷𝐵𝑂5 en condiciones de pH del siguiente rango: 2.5 – 3.5. • Concentración de 𝑭𝒆𝑺𝑶𝟒. 𝟕𝑯𝟐𝑶 33 Se determinó evaluar la remoción de la 𝐷𝐵𝑂5 en los rangos mínimo y máximo de 𝑭𝒆𝑺𝑶𝟒. 𝟕𝑯𝟐𝑶: 1200 – 2200 mg/L, cabe aclarar que estos rangos corresponderían a 240.85 - 441.57 mg/L de 𝐹𝑒2+respectivamente. Tabla 7 Niveles de concentración del catalizador Parámetro Unidades Código de niveles de proceso - 0 + 𝑭𝒆𝑺𝑶𝟒. 𝟕𝑯𝟐𝑶 mg/ L 1200 1700 2200 𝑭𝒆𝑺𝑶𝟒 mg/L 655.65 928.85 1202.04 𝑭𝒆𝟐+ mg/L 240.85 341.21 441.57 • Concentración de 𝑯𝟐𝑶𝟐 Según los autores (Montero del Águila, Orrego Zapo, & Uriarte Tirado, 2018) desarrollaron en su investigación aplicada al tratamiento de efluentes provenientes de un camal rangos de 𝑯𝟐𝑶𝟐: 800 -1200 mg/L. En consecuencia en la presente investigación, los rangos para este factor que interviene en la eficiencia del proceso corresponde a: 700 -1100 mg/L de 𝑯𝟐𝑶𝟐 . Con el fin de determinar y comprobar si los rangos de las concentraciones planteadas en los diseños experimentales, así como los niveles de pH tienen incidencia positiva en el tratamiento de los efluentes mediante el proceso Fenton, se realizaron pruebas preexperimentales utilizando los valores intermedios del 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂, 𝐻2𝑂2 y pH los cuales son presentados en las figuras N° 03 y N°04. 34 Figura 3 Prueba preexperimental-Proceso Fenton 35 Figura 4 Prueba preexperimental 2,3 y 4- Proceso Fenton 36 b) Matriz de experimentación Se aplicó el diseño Box-Behnken para determinar la dosis óptima de las variables del proceso Fenton y se utilizó el software Statgraphics para obtener la matriz de distribución de los 15 experimentos. Según los autores (Ranade & Thiagarajan, 2017) la determinación del número de ensayos experimentales según el diseño Box-Behnken está en función de la siguiente ecuación: 𝑁 = 2𝑘(𝑘 − 1) + 𝑐𝑝 ( 5 ) 𝑁 = 2 × 3(3 − 1) + 3 𝑁 = 15 Donde: N =Número de experimentos k =Número de factores cp=Número de repeticiones para los puntos centrales En la presente investigación los tres factores están constituidos por los parámetros de eficiencia del proceso Fenton codificados como: 𝑋1, 𝑋2 y 𝑋3 respectivamente. En cuanto a los niveles, se tienen los siguientes: nivel alto (+), nivel intermedio (0) y nivel bajo (-), teniendo como variable de respuesta el porcentaje de remoción de la 𝐷𝐵𝑂5, tal como se muestra en la tabla N°8. Tabla 8 Diseño Box-Behnken de los parámetros de proceso-Fenton Variable Código de niveles Unidades Símbolo independiente - 0 + 𝑭𝒆𝑺𝑶𝟒. 𝟕𝑯𝟐𝑶 mg/ L 𝑋1 1200 1700 2200 𝑯𝟐𝑶𝟐 mg/ L 𝑋2 700 900 1100 𝒑𝑯 - 𝑋3 2.50 3 3.50 Variable dependiente 𝐷𝐵𝑂5(mg/ L) 37 En la tabla N°09 se consideró la siguiente matriz de experimentación para desarrollar el proceso Fenton. Tabla 9 Matriz de experimentación -Proceso Fenton EXPERIMENTO 𝑿𝟏 𝑿𝟐 𝑿𝟑 PLAN DE EXPERIMENTACIÓN 𝑭𝒆𝑺𝑶𝟒. 𝟕𝑯𝟐𝑶 𝑯𝟐𝑶𝟐 𝒑𝑯 (mg/ L) (mg/ L) 1 - - 0 1200 700 3 2 + - 0 2200 700 3 3 - + 0 1200 1100 3 4 + + 0 2200 1100 3 5 - 0 - 1200 900 2.5 6 + 0 - 2200 900 2.5 7 - 0 + 1200 900 3.5 8 + 0 + 2200 900 3.5 9 0 - - 1700 700 2.5 10 0 + - 1700 1100 2.5 11 0 - + 1700 700 3.5 12 0 + + 1700 1100 3.5 13 0 0 0 1700 900 3 14 0 0 0 1700 900 3 15 0 0 0 1700 900 3 c) Procedimiento experimental del proceso Fenton El efluente empleado para la experimentación con el proceso Fenton luego del muestreo fue filtrado, cabe destacar que el efluente remitido al laboratorio también corresponde al efluente filtrado. Dicha filtración se realizó puesto que, de acuerdo a la observación en campo se evidenció la presencia de material grueso (palos, intestinos, pedazos de vísceras, etc.) 38 Para recalcar, la metodología experimental desarrollada en el presente estudio consideró las investigaciones realizadas por (Behrouzeh, y otros, 2022) y, a su vez, por (Anotaia, Ming Chun, & Chewpreechaa, 2006). Los 15 experimentos realizados mediante la aplicación del proceso Fenton se realizaron en un sistema discontinuo por lotes, en condiciones de temperatura y presión ambiente. Asimismo, los valores de los parámetros de proceso fueron aplicados de acuerdo a la matriz de experimentación encontrándose en la tabla N°09. 1. Para comenzar con el tratamiento mediante el proceso Fenton, se utilizó 1000 ml de la muestra compuesta, se realizó la lectura del valor de pH, y se ajustó dicho valor a los establecidos en la matriz de experimentación utilizando ácido clorhídrico. Figura 6 Figura 5 Ajuste de la muestra a pH 3 Ajuste del pH de la muestra 2. Inmediatamente se realizó el pesado del sulfato ferroso heptahidratado (𝐹𝑒𝑆𝑂4 . 7 𝐻2𝑂) de acuerdo a la matriz de experimentación (Tabla N°09). Figura 7 Pesado de sulfato ferroso heptahidratado 39 3. Seguidamente, se colocaron los vasos precipitados en el test de jarras, se añadió el sulfato ferroso heptahidratado (𝐹𝑒𝑆𝑂4 . 7 𝐻2𝑂) y se mantuvo en agitación por un lapso de tiempo de 5 minutos a una velocidad de 150 rpm. Figura 8 Sulfato ferroso heptahidratado añadido a las muestras de tratamiento 4. Luego de transcurrir los 5 minutos, se añadió inmediatamente el peróxido de hidrógeno ( 𝐻2𝑂2 al 30 % v/v). El tiempo de reacción de las muestras fue de 1 hora, con una agitación de 150 rpm en el test de jarras. 40 Figura 9 Tratamiento de las muestras -Proceso Fenton 5. Al término de 1 hora de tiempo de reacción, se neutralizó la solución añadiendo el hidróxido de potasio, para elevar el pH hasta un valor de 7 y, en consecuencia, lograr la precipitación. Figura 10 Neutralización de las muestras 41 Figura 11 Precipitación de las muestras 6. Por último, se utilizó papel filtro de rápida filtración para obtener la muestra final y se almacenó en los frascos de vidrio para su posterior análisis en laboratorio, cabe destacar que esta filtración se realizó en función al volumen de muestra solicitado por el laboratorio (1L), asimismo, en comparación de las muestras obtenidas después del tratamiento con la muestra inicial (sin tratamiento), esta última también fue previamente filtrada. 42 Figura 12 Filtrado de las muestras después del tratamiento 7. Las 15 muestras tratadas mediante el proceso Fenton fueron llenadas completamente en los frascos de vidrio esterilizados, etiquetadas, y transportadas adecuadamente en un cooler con gel pack, a fin de conservar las muestras a una temperatura ≤ 6 °𝐶, acompañado de la respectiva cadena de custodia (Ver Anexo N°05) Figura 13 Almacenamiento y transporte de las muestras a laboratorio 8. Culminado la filtración de las muestras, se aseguró el secado de los lodos generados en un horno para posteriormente continuar con el pesado y la disposición adecuada de los mismos. 43 Figura 14 Secado de lodos generados después del tratamiento Figura 15 Pesado de las muestras de lodo 44 Figura 16 Esquema del proceso Fenton 3.2.2 Descripción del diseño del experimento- Proceso Fotofenton a) Montaje del fotoreactor y pruebas de preexperimentación Según la investigación realizada por (Jieyong, Baoqing, & Chang Nyung, 2011) el reactor de contacto con la muestra y la reflexión de la luz UV tienen influencia directa en el mismo y, en consecuencia, la efectividad en el tratamiento de agua. En la figura N°17 se muestra los 4 diferentes ensayos de preexperimentación realizados en el fotoreactor en contacto y sin contacto con la lámpara UV (254 nm), con el objetivo de determinar la mejor ubicación de la lámpara en el fotoreactor. De esta preexperimentación se comprobó la efectividad del tratamiento cuando el reactor está en contacto y sin contacto con la lámpara, así como el efecto de la reflexión de la luz mediante la cobertura de papel aluminio en las paredes del reactor. 45 Figura 17 Pruebas de preexperimentación-Proceso Fotofenton 46 Figura 18 Prueba preexperimental 1,2,3 y 4- Proceso Fotofenton 47 b) Matriz de experimentación Se aplicó el diseño Box-Behnken para determinar los valores óptimos de las variables del proceso Fotofenton y también, se utilizó el software Statgraphics para obtener la matriz de distribución de los 15 experimentos. Según los autores (Ranade & Thiagarajan, 2017) la determinación del número de ensayos experimentales según el diseño Box-Behnken está en función de la siguiente ecuación: 𝑁 = 2𝑘(𝑘 − 1) + 𝑐𝑝 ( 6 ) 𝑁 = 2 × 3(3 − 1) + 3 𝑁 = 15 Donde: N =Número de experimentos k =Número de factores cp=Número de repeticiones para los puntos centrales Este diseño contempla tres factores que lo constituyen los parámetros de eficiencia del proceso Fotofenton: sulfato ferroso heptahidratado, peróxido de hidrógeno y pH, codificados como: 𝑋1, 𝑋2 y 𝑋3 respectivamente; adicional a ello, los 15 tratamientos ejecutados fueron sometidos a radiación UV-C. Es relevante mencionar que, el reactor estuvo expuesto a la irradiación de una lámpara de luz ultravioleta con una potencia de 13 watts y una longitud de onda de 254 nm. 48 Tabla 10 Niveles de los parámetros del proceso Fotofenton Variable Unidades Símbolo Código de niveles independiente - 0 + 𝑭𝒆𝑺𝑶𝟒 . 𝟕 𝑯𝟐𝑶 mg/ L 𝑋1 1200 1700 2200 𝑯𝟐𝑶𝟐 mg/ L 𝑋2 700 900 1100 𝒑𝑯 mg/ L 𝑋3 2.50 3 3.50 Variable dependiente 𝐷𝐵𝑂5(mg/ L) En la tabla N°11 se puede visualizar la matriz de experimentación para el tratamiento Fotofenton. Tabla 11 Matriz de experimentación Box Behnken para el proceso Fotofenton PLAN DE Radiación EXPERIMENTACIÓN No EXPERIMENTO 𝑿𝟏 𝑿𝟐 𝑿𝟑 ionizante 𝑭𝒆𝑺𝑶𝟒 . 𝟕 𝑯𝟐𝑶 𝑯𝟐𝑶𝟐 𝒑𝑯 UV C (mg/ L) (mg/ L) 1 254 nm - - 0 1200 700 3 2 254 nm + - 0 2200 700 3 3 254 nm - + 0 1200 1100 3 4 254 nm + + 0 2200 1100 3 5 254 nm - 0 - 1200 900 2.5 6 254 nm + 0 - 2200 900 2.5 7 254 nm - 0 + 1200 900 3.5 8 254 nm + 0 + 2200 900 3.5 9 254 nm 0 - - 1700 700 2.5 49 10 254 nm 0 + - 1700 1100 2.5 11 254 nm 0 - + 1700 700 3.5 12 254 nm 0 + + 1700 1100 3.5 13 254 nm 0 0 0 1700 900 3 14 254 nm 0 0 0 1700 900 3 15 254 nm 0 0 0 1700 900 3 c) Procedimiento experimental del proceso Fotofenton El efluente empleado para la experimentación con el proceso Fotofenton fue filtrado después del muestreo, cabe destacar que el efluente remitido al laboratorio también corresponde al efluente filtrado. Dicha filtración se realizó puesto que, de acuerdo a la observación en campo se evidenció la presencia de material grueso (palos, intestinos, pedazos de vísceras, etc.) Para recalcar, la metodología experimental desarrollada en el presente estudio consideró las investigaciones realizadas por (Behrouzeh, y otros, 2022) y, a su vez, por (Anotaia, Ming Chun, & Chewpreechaa, 2006). Los 15 experimentos realizados mediante la aplicación del proceso Fotofenton fueron realizados en un sistema discontinuo, en condiciones de temperatura y presión ambiente. Cabe resaltar que los valores de los parámetros de proceso fueron aplicados de acuerdo a la matriz de experimentación encontrándose en la tabla N° 11. 1. Inicialmente, se realizó el montaje del fotoreactor antes de iniciar con el tratamiento. 50 Figura 19 Montaje del Fotoreactor 2. Seguidamente, el volumen de cada alícuota de muestra fue de 1000 ml proveniente de la muestra compuesta anteriormente obtenida, se ajustó el pH añadiendo ácido clorhídrico de acuerdo a los valores de pH establecidos en la matriz de experimentación. Figura 20 Ajuste del pH a un valor 3 51 3. Inmediatamente se realizó el pesado del sulfato ferroso heptahidratado (𝐹𝑒𝑆𝑂4 . 7 𝐻2𝑂) de acuerdo a la tabla N°11 Figura 21 Pesado de la cantidad necesaria de sulfato ferroso heptahidratado 4. Seguidamente, se colocaron los fotoreactores en agitadores magnéticos, se añadió el sulfato ferroso heptahidratado (𝐹𝑒𝑆𝑂4 . 7 𝐻2𝑂) y estuvo en agitación por el lapso de tiempo de 5 minutos. Figura 22 Adición de sulfato ferroso heptahidratado al fotoreactor 52 5. Luego de transcurrir los 5 minutos, se añadió inmediatamente el peróxido de hidrógeno ( 𝐻2𝑂2 al 30 % v/v) e inmediatamente, se encendió la lámpara UV. Cabe resaltar que, el vaso precipitado se aisló con papel aluminio para evitar perdida por irradiación, adicional a ello el fotoreactor estuvo cubierto y aislado mediante una caja, el tiempo de reacción de las muestras fue de 1 hora. Figura 23 Figura 24 Encendido de la lámpara Aislamiento del fotoreactor UV 6. Al termino de 1 hora de tiempo de reacción, se neutralizó la solución añadiendo el hidróxido de potasio, y en consecuencia, lograr la precipitación. 53 Figura 25 Ajuste del pH de la muestra después del tratamiento 7. Por último, se filtraron las muestras a través del empleo de papel filtro de rápida filtración en los frascos de vidrio para su posterior análisis en laboratorio, cabe destacar que esta filtración se realizó en función al volumen de muestra solicitado por el laboratorio (1L), asimismo, en comparación de las muestras obtenidas después del tratamiento con la muestra inicial (sin tratamiento), esta última también fue previamente filtrada. Figura 26 Filtrado de las 15 muestras-proceso Fotofenton 54 8. Las 15 muestras tratadas mediante el proceso Fotofenton fueron llenadas completamente en los frascos de vidrio esterilizados, etiquetadas, y transportadas adecuadamente en un cooler con gel pack, a fin de conservar las muestras a una temperatura ≤ 6 °𝐶, acompañado de la respectiva cadena de custodia. (Ver anexo N°06) Figura 27 Almacenamiento y transporte de las muestras laboratorio 9. Culminado la filtración de las muestras se aseguró el secado de los lodos generados en un horno, para posteriormente continuar con el pesado y la disposición adecuada de los mismos. Figura 28 Secado de lodos generados en el proceso Fotofenton 55 Figura 29 Pesado de lodos generados en el proceso Figura 30 Esquema del proceso Fotofenton 56 3.3 Población Para Hernández et al. (2010) la población es un conjunto determinado en sus características, se debe definir en relación a las peculiaridades de la investigación en concordancia con el tiempo y lugar, considerando el planteamiento del problema y los objetivos de la investigación. Dicho esto, la población estuvo determinada por las aguas residuales generadas en el camal municipal de Cusco durante el proceso de faenamiento. 3.4 Muestra Hernández et al. (2010) precisa que, la muestra es imprescindible para ejecutar la experimentación, asimismo, la validación de los resultados obtenidos en la muestra de estudio indicará la extensión de la misma en la población. Razón por la cual, radica la importancia de la delimitación y representatividad de la muestra, definida como una subclase o grupo más específico de la población. Se recolectó una muestra compuesta, que estuvo debidamente homogenizada y fue tomada durante el desarrollo de las actividades de faenamiento a fin de conocer las condiciones promedio y asegurar la representatividad de la muestra en un tiempo determinado. La muestra recolectada fue previamente filtrada antes de someterla a los procesos Fenton y Fotofenton, y después de cada tratamiento previo al envío al laboratorio. 3.4.1 Metodología de muestreo Se realizó con la finalidad de obtener una muestra representativa del efluente generado por la actividad de faenamiento, en ese sentido, se utilizó como referencia el “Protocolo de monitoreo de calidad de los Recursos Hídricos ANA- DGCRH” (R.J N°010-2016-ANA). a) Selección y ubicación del punto de monitoreo 57 Mediante la evaluación y seguimiento de la fuente de contaminación registrado en las bitácoras de observación N°01, 02, 03 se determinó el punto de descarga del efluente como único punto de monitoreo. (Ver figura N°32) Tabla 12 Coordenadas de ubicación del PM-1 Ubicación Altitud Coordenadas PM-1 3187 msnm 188892 m E 8499813 m S Figura 31 Ubicación del punto de monitoreo 58 Figura 32 Mapa de Monitoreo - Efluente del Camal Municipal de Cusco b) Selección de parámetros Se identificó la actividad generadora y se evaluó los compuestos y sustancias presentes en el efluente de estudio encontrándose en la bitácora N° 04. En función a dicho análisis se determinaron como parámetros la 𝐷𝐵𝑂5 y 𝐷𝑄𝑂, puesto que, se determinó el grado de biodegradabilidad de las aguas residuales del camal aplicando la siguiente ecuación: 𝑫𝑩𝑶 (𝑰𝑩) = ( 7 ) 𝑫𝑸𝑶 Donde: 𝐷𝐵𝑂: Demanda biológica de oxígeno (mg/L) 59 𝐷𝑄𝑂: Demanda química de oxígeno (mg/L) c) Tipo de muestra de agua A partir de las visitas de campo y seguimiento de la descarga de aguas residuales detallado en las bitácoras de observación N°01, 02 y 03, se determinó recolectar una muestra compuesta de volumen proporcional, durante el desarrollo de las actividades de faenamiento por un periodo de 3 horas en intervalos de tiempo de 30 minutos. Para el cálculo del volumen de cada alícuota se consideró la siguiente ecuación: 𝑽 × 𝑸𝒊 𝑽𝒊 = ( 8 ) 𝒏 × 𝑸𝒑 Donde: Vi: Volumen de cada alícuota o porción de muestra V: Volumen total a componer Qi: Caudal instantáneo medido en el momento de la toma de muestra Qp: Caudal promedio durante el muestreo n: Número de muestras tomadas A su vez, el cálculo del caudal instantáneo se realizó mediante la aplicación del método volumétrico, revisar (Hoja de Cálculo N°01). A continuación en la tabla N° 13, se visualiza los datos correspondientes a la cantidad de volumen de muestra a extraer de cada muestra simple recolectada durante el periodo de muestreo, mezclando en un mismo recipiente las alícuotas y efectuando la homogenización correspondiente con la finalidad de obtener una muestra representativa del efluente del camal. 60 En la siguiente tabla N°13 se puede visualizar los datos obtenidos del cálculo del volumen de cada alícuota correspondiente a la muestra compuesta empleada en la fase experimental del proceso Fenton. Tabla 13 Cálculo de volumen de cada alícuota - proceso Fenton V. N° HORA TIEMPO(s) VOLUMEN(L) Qi(L/s) ALÍCUOTA MEDICION (ml) 1 10:15 14.3 50 3.5 1823 2 10:45 7.2 50 7.0 3634 3 11:15 7.2 50 6.9 3594 4 11:45 8.5 50 5.9 3057 5 12:15 5.8 50 8.7 4501 6 12:45 10.1 50 5.0 2579 7 01:15 32.1 50 1.6 812 20000 Caudal 5.49 Litros/segundo promedio Volumen total a 20 Litros componer La tabla N°13 muestra la variabilidad del caudal, puesto que, se registró un caudal mínimo de 1.6 L/s y un caudal máximo de 8.7 L/s, llegando a obtener un caudal promedio de 5.49 L/s en un periodo de muestreo de 3 horas precisamente durante las actividades de faenamiento. 61 En la siguiente tabla N° 14 se puede visualizar los datos obtenidos del cálculo del volumen de cada alícuota correspondientes a la muestra compuesta empleada en la fase experimental del proceso Fotofenton. Tabla 14 Cálculo del volumen de cada alícuota-Proceso Fotofenton N° HORA TIEMPO(s) VOLUMEN(L) Qi(L/s) V. MEDICION ALÍCUOTA (ml) 1 09: 00 16.1 50 3.1 964 2 09:30 5.9 50 8.4 2612 3 10:00 2.1 50 24.0 7461 4 10:30 7.5 50 6.7 2066 5 11:00 2.6 50 19.4 6015 6 11:30 28.7 50 1.7 541 7 12:00 45.5 50 1.1 341 20000 Caudal 9.21 Litros/segundo promedio Volumen total a 20 Litros componer La variabilidad del caudal del efluente se muestra en la tabla N°14, puesto que, el caudal mínimo medido fue de 1.1 L/s y el caudal máximo de 24 L/s, llegando a obtener un caudal promedio de 9.21 L/s durante el periodo de muestreo. 62 d) Medición de parámetros en campo Se realizó la lectura de los parámetros en campo (pH, temperatura, oxígeno disuelto, conductividad, total de sólidos disueltos y turbiedad) utilizando el multiparámetro de la Escuela Profesional de Ingeniería Ambiental. e) Toma, conservación, preservación, almacenamiento y transporte de la muestra Se consideró el “Protocolo de Monitoreo de la Calidad de los Recursos Hídricos-ANA”, para la toma de muestra de la 𝐷𝐵𝑂5 y 𝐷𝑄𝑂. Tabla 15 Consideraciones para la toma de muestra de 𝐷𝐵𝑂5 y DQO Parámetro Descripción Tipo de Condiciones de recipiente preservación y almacenamiento 𝑫𝑩𝑶𝟓 Se recolectó 1 litro de la Frasco de No se requirió de muestra compuesta, se plástico de preservantes llenó completamente el 1000ml Refrigerado a temperatura frasco y se selló sin ≤ 6°𝐶 burbujas. 𝑫𝑸𝑶 Se recolectó 250 ml de la Frasco de Ácido sulfúrico muestra compuesta, hasta plástico Refrigerado a temperatura el cuello de la botella, se 250 ml ≤ 6°𝐶 cerró y se homogenizó. Finalmente, las muestras fueron transportadas al laboratorio acreditado conservadas en cajas térmicas y con ice pack para su posterior análisis. f) Rotulado y etiquetado de las muestras Los recipientes empleados en la toma de muestras fueron identificados por medio de etiquetas tal como se muestra en el anexo N°07 y se protegió con cinta adhesiva para evitar el deterioro o el humedecimiento de la misma. 63 A continuación, en la figura N°33 se detallan todos los procedimientos realizados en el trabajo de campo: Figura 33 Diagrama Procedimental para la toma de muestra 3.5 Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos 3.5.1 Técnicas a) Técnicas de campo: Para la recolección de la muestra de estudio se utilizó la metodología, y procedimientos establecidos en el “PROTOCOLO DE MONITOREO DE LA CALIDAD DE LOS RECURSOS HÍDRICOS “-RJ 010-2016-ANA. 64 Tabla 16 Procedimientos para la toma de muestra TÉCNICA PROCEDIMIENTO DESCRIPCIÓN ANALÍTICA Evaluación del grado de biodegradabilidad de las aguas Selección de parámetros residuales del camal mediante los valores de 𝐷𝐵𝑂 y 𝐷𝑄𝑂. Selección y ubicación del Se identificaron los puntos de punto de monitoreo monitoreo Se recolectaron las muestras durante el desarrollo de las actividades de faenamiento en intervalos de tiempo Recolección de muestras de 30 minutos, se utilizaron frascos de boca ancha y se llenaron completamente. Medición del flujo Se realizó la medición del caudal volumétrico mediante el método volumétrico Se tomó la lectura de los parámetros Lectura de los Protocolo de de campo (pH, temperatura, OD, parámetros de campo TDS, turbiedad, conductividad) Monitoreo de la Recolección de muestra Se recolectó una muestra compuesta Calidad de los compuesta de volumen proporcional. 𝐷𝐵𝑂 Recursos Hídricos 5 Se recolectó 1 litro de la muestra RJ 010-2016-ANA compuesta, llenando completamente el frasco de plástico, y no requirió de Toma de muestra por preservantes parámetro 𝐷𝑄𝑂 Se recolectó 250mL de la muestra compuesta en un frasco de plástico hasta el cuello de la botella y se añadió ácido sulfúrico. Los frascos fueron rotulados con sus Identificación de las respectivas etiquetas y protegidas muestras de agua con cinta adhesiva. Las muestras que fueron Conservación y envío de recolectadas fueron conservadas en las muestras de agua cajas térmicas y con gel pack, a una temperatura de 4°C 65 b) Técnica de gabinete: Se analizaron y examinaron diferentes referencias bibliográficas tal como son: trabajos de investigación, revistas científicas, libros, manuales, guías, protocolos nacionales con el fin de diseñar la metodología de muestreo y determinar los factores de mayor implicancia en la eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton. c) Técnicas de laboratorio: Se aplicaron metodologías, técnicas y procedimientos, con la finalidad de determinar los parámetros de proceso y sus concentraciones; a partir de ello se realizaron diferentes pruebas experimentales que determinaron la eficiencia de remoción de la 𝐷𝐵𝑂5 mediante la aplicación de los procesos Fenton y Fotofenton en la muestra de estudio. Tabla 17 Métodos estandarizados para los análisis PARÁMETRO UNIDAD TÉCNICA ANALÍTICA SMEWW-APHA-AWWA-WEF 𝑫𝑩𝑶𝟓 mg/L Part 5210B,23rd Ed. (2017) SMEWW-APHA-AWWA-WEF 𝑫𝑸𝑶 mg/L Part 5220C,23rd Ed. (2017) 3.5.2 Instrumentos de recolección de datos A continuación, se detallan los diferentes instrumentos, equipos y materiales empleados. a) Trabajo de campo: En campo se utilizaron diferentes equipos e instrumentos durante las actividades de monitoreo. ➢ Equipos para la medición de parámetros en campo Una vez obtenida la muestra se midió en campo temperatura, pH, conductividad. TDS, turbiedad, oxígeno disuelto y % de oxígeno disuelto. A continuación, la tabla N°18 muestra los equipos empleados para tal fin. 66 Tabla 18 Equipos para la medición de parámetros en campo EQUIPO MODELO APLICACIÓN PANEL FOTOGRÁFICO GPS Garmin Ubicación y lectura de Montana 750i coordenadas (UTM) del punto de muestreo Multiparámetro HANNA HI Lectura de parámetros 9829 en campo de la muestra de estudio Cronómetro Casio Hs-80 tw Medición del tiempo de llenado del recipiente b) Materiales de campo: Se utilizaron diversos materiales para el desarrollo del muestreo en campo los cuales fueron preparados con anticipación antes de salir al punto de monitoreo y se detallarán a continuación: Tabla 19 Materiales de campo MATERIALES Materiales de C ámara fotográfica campo 10 frascos de plástico 67 1 balde de 50 litros de capacidad 2 cooler Lapicero/ plumón indeleble Cinta de embalaje 10 gel pack Pizarra acrílica Plumones de pizarra Registros de campo Formatos de Hoja de cálculo campo Cadena de custodia Etiqueta de frascos Tabla 20 Equipos de protección personal EQUIPO DE PROTECCIÓN PERSONAL Gorro Lentes de seguridad Mascarilla EPPs Guantes de nitrilo Botas de jebe Mameluco c) Trabajo de laboratorio: Seguidamente se detallarán los diferentes instrumentos y equipos empleados en las pruebas de preexperimentación y experimentación. ➢ Instrumentos y equipos empleados en las pruebas experimentales mediante proceso Fenton Tabla 21 Instrumentos y equipos empleados en el proceso Fenton EQUIPO MODELO APLICACIÓN PANEL FOTOGRÁFICO 68 Balanza Atilon ATL – Pesado del Analítica 423 - I sulfato ferroso heptahidratado, hidróxido de potasio y de los lodos generados pH – metro HI 98103 - Medición del pH digital de HANNA de las muestras bolsillo Test de Lovibond Reactores para el Jarras tratamiento de la muestra mediante proceso Fenton Horno de HUMBOLDT Secado de los Laboratorio lodos generados producto del tratamiento mediante proceso Fenton ➢ Equipos e instrumentos empleados en las pruebas experimentales mediante el Proceso Fotofenton Tabla 22 Instrumentos y equipos empleados en el proceso Fotofenton 69 EQUIPO MODELO APLICACIÓN PANEL FOTOGRÁFICO Balanza Atilon ATL – Pesado del Analítica 423 – I sulfato ferroso heptahidratado, hidróxido de potasio y de los lodos generados pH – metro HI 98103 – Medición del digital de bolsillo HANNA pH de las muestras Agitador CIMAREC Para el montaje Electromagnético del fotoreactor Lámpara UV Aquarium Necesario para UV Light UV el montaje del – 566 fotoreactor y para el tratamiento mediante el proceso Fotofenton Horno de HUMBOLDT Secado de los Laboratorio lodos generados producto del tratamiento mediante proceso Fotofenton 70 d) Materiales de laboratorio: Para el desarrollo experimental de la investigación se utilizaron materiales de vidrio de alta precisión y reactivos químicos en la ejecución de los tratamientos mediante los procesos Fenton y Fotofenton. Tabla 23 Materiales de laboratorio MATERIALES 1 probeta de 1000 ml 6 vasos de precipitación de vidrio de 1000 ml 2 vasos precipitados de 250 ml 2 pipetas volumétricas de 1 ml Materiales de 2 pipetas volumétricas de 2 ml Vidrio 1 propipeta 1 espátula 2 varillas de vidrio 6 pliegos de papel filtro de rápida filtración 6 goteros de laboratorio Tabla 24 Reactivos químicos para pruebas experimentales REACTIVOS Ácido clorhídrico Hidróxido de potasio Reactivos químicos Peróxido de hidrogeno al 30 % v/v Sulfato ferroso heptahidratado 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂 71 Tabla 25 Equipos de protección personal EQUIPO DE PROTECCIÓN PERSONAL Barbijos Guantes EPP’s Lentes con filtro de protección UV Guardapolvo 3.6 Validez y Confiabilidad de los Instrumentos Se consideró la metodología expuesta en el “Protocolo Nacional para el Monitoreo de la Calidad de los Recursos Hídricos Superficiales” aprobado mediante Resolución Jefatural N°010- 2016-ANA, cuyo propósito fue la recolección de una muestra compuesta representativa. A su vez, las muestras resultantes tanto antes como después de la aplicación de los tratamientos Fenton y Fotofenton fueron analizados en un laboratorio acreditado por INACAL. En cuanto, al análisis de la 𝐷𝐵𝑂5 se empleó el método manométrico y con respecto al análisis de la 𝐷𝑄𝑂, se aplicó el método titrimétrico (reflujo cerrado) del Standard Methods 23rd Edition. Del mismo modo, todos los instrumentos utilizados en el desarrollo del trabajo en campo y en laboratorio de la presente investigación fueron revisados y validados mediante una prueba de expertos adjuntados en el inciso F (validación de instrumentos). 3.7 Plan de Análisis De Datos En esta sección se detallará los procedimientos desarrollados en la etapa de campo y experimental de los cuales se obtuvieron diferentes datos. En el siguiente flujograma podemos visualizar con mayor detalle. (Figura N°34) 72 Figura 34 Flujograma de las etapas de experimentación 73 En relación al análisis de los datos obtenidos y el procesamiento de los mismos, se empleó el software SPSS mediante el cual se hizo la prueba de hipótesis, de igual modo se empleó el software Statgrafics Centurión XVI, cuya relevancia radica en los diferentes gráficos y diagramas que permitió visualizar los porcentajes de remoción de la 𝐷𝐵𝑂5 en función a los valores de los parámetros de proceso. Tabla 26 Plan de análisis de datos PLAN DE ANALISIS DE DATOS NIVEL HIPOTESIS A PROBAR MEDIO El proceso Fotofenton es más eficiente en la remoción % de remoción, HG de la 𝐷𝐵𝑂5 con respecto al proceso Fenton en el análisis estadístico efluente del Camal Municipal de Cusco,2021 El efluente del camal Municipal de Cusco presenta Equipo de HE-1 valores altos en sus parámetros fisicoquímicos, 2021. medición Análisis en El efluente del camal Municipal de Cusco es laboratorio, cálculo HE-2 biodegradable,2021 del índice de biodegradabilidad El proceso Fenton logra una remoción entre el 30% al % de remoción, HE-3 70% de la 𝐷𝐵𝑂 del efluente del camal, 2021. análisis estadístico El proceso Fotofenton logra una remoción entre el % de remoción, HE-4 4 0% al 80% de la 𝐷𝐵𝑂 del efluente del camal, 2021. análisis estadístico 74 4 CAPITULO IV: RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN 4.1 Resultados respecto a los objetivos específicos OE-1: Determinar los valores fisicoquímicos del efluente del camal Municipal de Cusco, 2021 • Características fisicoquímicas del efluente del camal Municipal de Cusco- Proceso Fenton Por medio de la medición en campo de los parámetros de carácter fisicoquímico de la muestra en estudio, se obtuvieron los siguientes resultados: Tabla 27 Registro de parámetros en campo - Muestreo proceso Fenton N° HORA pH T° OD %OD COND. TDS TURBIEDAD MEDICIÓN °C mg/L 𝝁𝑺/𝒄𝒎 ppm NTU 01 10:17 am 7.32 16.20 0 0 1538 Mayor a 557 1000 02 10:46 am 7.77 16.97 0 0 1335 668 543 03 11:16 am 7.54 18.17 0 0 1810 903 529 04 11:46 am 7.38 18.62 0 0 1740 871 585 05 12:16 am 7.65 18.88 0 0 1224 613 515 06 12:46 pm 7.34 18.37 0 0 1782 890 587.5 07 01:16 pm 7.52 17.32 0 0 1253 627 594.5 a) Análisis de resultados Los resultados obtenidos en la tabla N°27, muestra que el efluente del camal presenta valores de pH de 7.32 – 7.77, el cual indica que se encuentra dentro del rango aceptable propuesto por los Límites Máximos Permisibles (LMP) en los vertimientos puntuales de aguas residuales de 75 actividades productivas de ganadería (RESOLUCIÓN N°631-MINAM COLOMBIA). Es necesario resaltar que, la normativa antes mencionada fue empleada como referencia en esta investigación debido a que en la normativa ambiental peruana se cuenta solamente con una propuesta de Límites Máximos Permisibles para efluentes de actividades agroindustriales, la cual no se encuentra aprobada por el MINAM. En su investigación (Becerra Gutierrez, Horna Acevedo, & Barrionuevo Albujar, 2014) obtuvieron los siguientes resultados de análisis físico-químico de la planta de faenamiento N°1 los cuales fueron: pH= 7.4, temperatura = 23.95 °C, conductividad= 2675 μs/cm, TDS= 1364.5 mg/L, cuyos valores son más elevados que los obtenidos en el camal municipal de Cusco. Sin embargo, los resultados obtenidos en la investigación con respecto a la planta N°05 fueron: pH= 7.68, temperatura = 24.67 °C, conductividad= 1734.58 μs/cm, TDS= 867.52 mg/L, del cual se deduce que los efluentes generados en la planta de beneficio de La libertad con los generados en el camal de Cusco presentan características físico-químicas similares. Asimismo, se muestra los resultados del análisis de la DBO inicial de la muestra, esto porque, es indispensable conocer dicho valor para obtener el porcentaje de eficiencia del tratamiento Fenton; y el valor de pH inicial, por la importancia del ajuste de este parámetro antes del tratamiento. 76 Figura 35 Medición del pH de la muestra para tratamiento Fenton Tabla 28 Valores de la DBO y pH del efluente - Proceso Fenton PROCESO FENTON Parámetro Valor Unidad pH 7.8 - DBO inicial 1207.89 mg / L En la tabla N°28 encontramos el valor de pH de la muestra antes del tratamiento el cual fue 7.8, lo que indica que no sobrepasa los Límites Máximos Permisibles (LMP) para ese parámetro químico. No obstante, el valor de DBO inicial supera el valor establecido por la normativa ambiental colombiana. El pH del efluente del camal es ligeramente alcalino (7.8), lo cual indica según (Bermeo Garay, Bonilla Bermeo, & Coloma Coloma, 2017) que existe la disminución de la concentración de iones de hidrógeno en el agua residual. 77 La investigación realizada por (Gonzales, Orozco, Pérez, Alfayate, & Rodriguez, 2002) establecieron que obtener valores altos de 𝐷𝐵𝑂5, evidencia una alta concentración de materia orgánica biodegradable, correspondiente al valor de la DBO inicial resultante de 1207.89 mg/L. • Características fisicoquímicas del efluente del camal Municipal de Cusco-Proceso Fotofenton A continuación se presentan los resultados obtenidos de la medición en campo de los parámetros de carácter fisicoquímico de la muestra en estudio previo al tratamiento Fotofenton. Tabla 29 Resultados de la medición de parámetros en campo - Proceso Fotofenton N° HORA pH T° OD %OD COND. TDS TURBIEDAD MEDICIÓN °C mg/L 𝝁𝑺/𝒄𝒎 ppm FNU 01 09:02 am 7.73 17.9 0 0 % 1438 719 906 02 09:31 am 7.54 18.69 0 0 % 1583 790 867.5 03 10:01 am 7.06 19.61 0 0 % 2073.5 1033.5 979 04 10:32 am 7.68 18.59 0 0 % 1207 604 168.5 05 11:00 am 7.31 19.52 0 0 % 1924.5 958 688.5 06 11:30 pm 7.37 19.12 0 0 % 1747 869.5 908.5 07 12:00 pm 7.52 19.55 0 0 % 1704.5 846 508 Los resultados obtenidos en la tabla N° 29, muestra que el efluente del camal presenta valores de pH de 7.06 – 7.73, el cual indica que se encuentra dentro del rango aceptable propuesto por los Límites Máximos Permisibles (RESOLUCIÓN N°631-MINAM COLOMBIA) La investigación realizada por (Becerra Gutierrez, Horna Acevedo, & Barrionuevo Albujar, 2014) lograron obtener los siguientes resultados del análisis físico-químico de la planta N°5 los 78 cuales fueron: pH= 7.68, temperatura = 24.67 °C, conductividad= 1734.58 μs/cm, TDS= 867.532 mg/L, cuyos valores son semejantes para las características presentes en el efluente del camal. A su vez, los resultados de la investigación con respecto a la planta N°06 fueron: pH= 7.47, temperatura = 23.18 °C, conductividad= 1972 μs/cm, TDS= 962.83 mg/L, del cual se infiere que el efluente del camal presenta características fisicoquímicas similares a las plantas de beneficio de la Libertad. Asimismo, en la tabla N° 30 se muestra los resultados del análisis de la DBO inicial y el valor de pH de la muestra compuesta previamente a la aplicación del proceso Fotofenton. Figura 36 Medición de pH de la muestra para tratamiento-Proceso Fotofenton Tabla 30 Valores de la DBO y pH del efluente - proceso Fotofenton PROCESO FOTOFENTON Parámetro Valor Unidad pH 7.6 - DBO inicial 3946.84 mg / L 79 Los resultados obtenidos en la tabla N°30, indican que el valor de pH se encuentra dentro del rango permisible, por el contrario, el valor elevado de la DBO inicial de muestra excede los Límites máximos permisibles para la descarga de efluentes líquidos de la actividad agroindustrial. (RESOLUCIÓN N°631. 2015-MINAM COLOMBIA) Según (Bermeo Garay, Bonilla Bermeo, & Coloma Coloma, 2017) establecen que, un pH básico se caracteriza por una disminución de la concentración de iones de hidrógeno. El pH del efluente del camal es ligeramente alcalino (7.6), razón por el cual tendría un valor bajo de concentración de iones de hidrógeno. La investigación realizada por (Gonzales, Orozco, Pérez, Alfayate, & Rodriguez, 2002) expresa que el valor alto expresado por la DBO (3946.84 mg/ L) indica una alta concentración de materia orgánica biodegradable en las aguas residuales provenientes del camal municipal. 0E-2: Analizar el grado de biodegradabilidad del efluente del camal Municipal de Cusco, 2022. A través del cálculo del índice de biodegradabilidad (IB) aplicado a la muestra en estudio se logró evaluar si el efluente del camal es biodegradable o no y, a su vez, entender la naturaleza de los contaminantes orgánicos. Tabla 31 Valores de la DBO y DQO antes del proceso Fenton PROCESO FENTON Parámetro Valor Unidad DBO 1207.89 mg/ L DQO 2501.00 mg / L 80 En la tabla N°31, se obtuvieron los resultados iniciales de la DBO y DQO de la muestra antes de aplicar el proceso Fenton, los cuales resultaron valores superiores a los establecidos en los Límites máximos permisibles (RESOLUCIÓN N°631-2015-MINAM COLOMBIA). 𝑫𝑩𝑶 (𝑰𝑩) = ( 9 ) 𝑫𝑸𝑶 1207.89 𝑰𝑩 = 2501.00 𝑰𝑩 = 0.48 De acuerdo al resultado obtenido, el Índice de Biodegradabilidad indica que el efluente es poco biodegradable según los criterios de clasificación descritos en el subcapítulo 2.2 (inciso 2.2.5) Según (Gonzales, Orozco, Pérez, Alfayate, & Rodriguez, 2002) explican que esto se debe a que existe mayor predominancia de contaminantes orgánicos no biodegradables presentes en el efluente del camal. Tabla 32 Valores de la DBO y DQO antes del proceso Fotofenton PROCESO FOTOFENTON Parámetro Valor Unidad DBO 3946.84 mg/L DQO 5201.59 mg/L En la tabla N°32, se obtuvieron los resultados iniciales de la DBO y DQO de la muestra antes de su tratamiento mediante el proceso Fotofenton, siendo valores muy altos que sobrepasan 81 lo establecido en los Límites máximos permisibles (RESOLUCIÓN N°631-2015-MINAM COLOMBIA). 𝑫𝑩𝑶 (𝑰𝑩) = ( 10 ) 𝑫𝑸𝑶 3946.84 𝑰𝑩 = 5201.59 𝑰𝑩 = 𝟎. 𝟕𝟔 De acuerdo al resultado obtenido, el Índice de Biodegradabilidad indica que el efluente es biodegradable. Según (Gonzales, Orozco, Pérez, Alfayate, & Rodriguez, 2002) explican que esto se debe a que existe mayor predominancia de contaminantes orgánicos biodegradables existentes en el efluente del camal. OE-3: Evaluar la eficiencia de remoción de la DBO del efluente del camal empleando el proceso Fenton. La tabla N°33 muestra los resultados de los análisis de la DBO tanto antes como después del tratamiento mediante la aplicación del proceso Fenton en las muestras filtradas, a partir de estos datos se obtuvieron los porcentajes de remoción de la DBO. Según los resultados obtenidos en la tabla N°33, podemos destacar la significancia del experimento N°05 en comparación a los demás, cuyos parámetros de proceso fueron los siguientes: 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂 = 1200 𝑚𝑔/L, 𝐻2𝑂2 = 900 mg/L y pH =2.5 logrando un valor de DBO = 72.91 correspondientes a un porcentaje de remoción del 93.96 % . 82 Tabla 33 Resultados de laboratorio - proceso Fenton RESULTADOS DE LABORATORIO TESIS: “Eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la DBO5 del efluente del Camal Municipal Cusco – 2021” PROCESO FENTON N° 𝑭𝒆𝑺𝑶𝟒. 𝟕𝑯𝟐𝑶 𝑯𝟐𝑶𝟐 PH DBO5 DBO5 % Cantidad de EXPERIMENTO (mg/L) (mg/L) ANTES DEL DESPUES DEL REMOCION lodos TRATAMIENTO TRATAMIENTO DE 𝑫𝑩𝑶 𝟓 generados (g) (mg / L) (mg/L) 1 1200 700 3 1207.89 116.09 90.39 2.109 2 2200 700 3 1207.89 360.91 70.12 2.482 3 1200 1100 3 1207.89 103.17 91.46 2.454 4 2200 1100 3 1207.89 94.23 92.20 2.533 5 1200 900 2.5 1207.89 72.91 93.96 2.353 6 2200 900 2.5 1207.89 100.59 91.67 4.609 7 1200 900 3.5 1207.89 113.31 90.62 2.086 8 2200 900 3.5 1207.89 80.13 93.37 3.295 9 1700 700 2.5 1207.89 121.78 89.92 2.246 10 1700 1100 2.5 1207.89 139.13 88.48 3.563 11 1700 700 3.5 1207.89 99.73 91.74 2.708 12 1700 1100 3.5 1207.89 102.05 91.55 2.329 13 1700 900 3 1207.89 110.26 90.87 2.436 14 1700 900 3 1207.89 115.43 90.44 2.815 15 1700 900 3 1207.89 108.27 91.04 2.109 83 En el figura N°37 se observa la cantidad generada de lodos en los 15 tratamientos realizados, de los que se destaca el experimento N° 06 por la mayor generación de lodo (4.609 g) a comparación de los demás experimentos, sin embargo, no es tan significativa la cantidad generada. Figura 37 Cantidad de lodos generados después del proceso Fenton Por otro lado, cabe destacar que se utilizó 2200 mg/L de 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂 correspondiente a un nivel alto de concentración (Tabla N°33), de acuerdo con (Sánchez, 2015) la producción de lodos está relacionado con la generación de precipitados de hidróxido férrico 𝐹𝑒𝑂𝐻3, encontrándose como material sedimentable de tono pardo-rojizo después del tratamiento. 84 a) Análisis estadístico de la eficiencia de remoción de la DBO empleando el proceso Fenton Se utilizó el software IBM SPSS con el fin de realizar la prueba de hipótesis planteados en relación al proceso Fenton mediante el método estadístico de rangos de Wilcoxon (no paramétrico). Tabla 34 Eficiencia de remoción de la DBO del efluente -Proceso Fenton Desviación N Mínimo Máximo Media Estándar Remoción 15 70,12 93,96 89,86 5,62 En la tabla N°34 podemos visualizar que, se tienen 15 muestras cuya lecturas máxima y mínima del porcentaje de remoción de DBO corresponde al 93.96% y 70.12% respectivamente, y cuya desviación estándar es ±5,62. b) Prueba de normalidad Según la prueba de normalidad de Shapiro Wilks (n < 50) evaluado para el proceso Fenton, se encontró que los datos de estudio no presentan distribución de normalidad (P < 0.05), por lo que se utilizará la estadística no paramétrica de Rangos de Wilcoxon en la comparación de las mediciones antes y después del proceso. Tabla 35 Prueba de normalidad-proceso Fenton Shapiro-Wilk Estadístico gl P. Antes - Después 0.508 15 0.000 Donde: 85 P< 0.05, se rechaza la hipótesis nula P ≥ 0.05, se acepta la hipótesis nula Entonces: 𝑯𝒐= Los datos provienen de una distribución normal 𝑯𝟏= Los datos no provienen de una distribución normal c) Prueba de hipótesis A su vez, según la tabla N° 36, el promedio de 𝐷𝐵𝑂5 antes del proceso era de 1207.890 mg/L después del proceso con Fenton el promedio es de 108.27 ± 67.870, al comparar las medidas del proceso Fenton antes y después mediante la prueba no paramétrica de Rangos de Wilcoxon con p = 0.001 < 0.05, existen diferencias estadísticamente significativas en las medidas de 𝐷𝐵𝑂5 en el proceso Fenton. Donde: P.< 0.05, se rechaza la hipótesis nula P. ≥ 0.05, se acepta la hipótesis nula Entonces, se acepta la hipótesis del investigador. 𝑯𝒐= No hay diferencias en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 antes y después del proceso Fenton 𝑯𝟏= Hay diferencias en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 antes y después del proceso Fenton Tabla 36 Prueba de hipótesis - proceso Fenton Desviación Rango de Wilcoxon Media Mediana N Estándar Z P Antes 1207.890 1207.890 15.000 0.000 -3.408 0.001 Después 122.533 108.27 15.000 67.870 86 Figura 38 Comparación del proceso Fenton 1207.890 1400.000 1200.000 1000.000 800.000 600.000 400.000 122.533 200.000 0.000 Antes Despues Proceso Fenton d) Análisis de la varianza para el porcentaje de remoción de la DBO mediante el proceso Fenton. Tabla 37 Análisis de Varianza para remoción de 𝐷𝐵𝑂5 – proceso Fenton Fuente Suma de Gl Cuadrado Razón-F Valor- Cuadrados Medio P A: Concentración 45.4581 1 45.4581 475.34 0.0021 𝑭𝒆𝑺𝑶𝟒. 𝟕𝑯𝟐𝑶 B: Concentración 𝑯𝟐𝑶𝟐 57.8888 1 57.8888 605.32 0.0016 C: pH 1.32031 1 1.32031 13.81 0.0654 AA 7.02314 1 7.02314 73.44 0.0133 AB 110.355 1 110.355 1153.94 0.0009 AC 6.3504 1 6.3504 66.40 0.0147 BB 41.726 1 41.726 436.31 0.0023 BC 0.390625 1 0.390625 4.08 0.1807 CC 33.2492 1 33.2492 347.67 0.0029 Error puro 0.191267 2 0.0956333 Total (corr.) 442.015 14 R-cuadrada = 70.0853 porciento promedio DBO5 87 Error estándar del est. = 0.309246 Error absoluto medio = 2.36411 Estadístico Durbin-Watson = 3.16779 (P=0.9642) En este caso, se identificó 7 efectos que tienen significancia en el tratamiento, puesto que, tienen una valor-P menor que 0.05, indicando que son significativamente diferentes de cero con un nivel de confianza del 95.0%. e) Optimización de los factores intervinientes en el % de remoción de DBO mediante el proceso Fenton Considerando que se desea maximizar el porcentaje de remoción de la DBO a un valor de 96.25%, entonces se necesitaría 1200 mg/L de 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂, 814.488 mg/L de 𝐻2𝑂2 y un pH = 2.5 para llegar a dicha optimización. Tabla 38 Valores óptimos de los factores intervinientes – proceso Fenton Factor Bajo Alto Óptimo Concentración 1200.0 2200.0 1200 𝑭𝒆𝑺𝑶𝟒. 𝟕𝑯𝟐𝑶 Concentración 𝑯𝟐𝑶𝟐 700.0 1100.0 814.488 pH 2.5 3.5 2.5 Variable de respuesta 96.2572 % En la figura N°39, se visualiza los efectos positivos como negativos de los factores de estudio y las diferentes interacciones de las mismas, del cual se infiere que 7 de esos tienen influencia significativa en la remoción de la DBO. Sin embargo, cabe resaltar que la interacción de mayor efecto positivo corresponde a las concentraciones del catalizador y el oxidante. En tal sentido, afirman (Neyens & Baeyens, 2003) que la concentración del 𝐻2𝑂2 influye directamente 88 sobre la eficacia del proceso mientras que la concentración del 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂 está relacionada con la cinética de la reacción. Figura 39 Diagrama de Pareto – Proceso Fenton En la siguiente figura N°40, podemos visualizar los efectos principales de los 3 factores de estudio. En el caso del catalizador, podemos inferir que a medida que se incrementa la concentración de 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂 hasta 1200 mg/L existe también un mayor porcentaje (92%) de remoción de DBO; por el contrario, los excesos en esta concentración (2200 mg/L) inhiben en la degradación de la DBO. En el caso, del efecto del oxidante a valores altos de concentración (1100 mg/L) alcanzan el 90% de remoción en la DBO. Finalmente, en el caso del pH cuyo rango es 2.5- 3.5 resultaron óptimos debido a que alcanzó el 94% de remoción de la DBO. 89 Figura 40 Efectos principales para remoción de DBO5 En la figura N°41, se muestra que el porcentaje más alto de remoción de 𝐷𝐵𝑂5 mediante el proceso Fenton corresponde a un 97%, y se lograría con una concentración de 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂 = 1200 mg/L , pH = 2.5 y un valor intermedio de la concentración de 𝐻2𝑂2= 900 mg/L. Figura 41 Superficie de respuesta estimada – proceso Fenton 90 En la figura N°42, se muestra la superficie de respuesta que alcanzó un 94% de remoción de 𝐷𝐵𝑂5 mediante el proceso Fenton con los siguientes valores: pH = 3.5, la concentración de 𝐻2𝑂2= 1000 mg/L y un valor intermedio de concentración de 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂 = 1700 mg/L. Figura 42 Superficie de repuesta estimada– proceso Fenton En la figura N°43, se muestra que el porcentaje más alto de remoción de 𝐷𝐵𝑂5 mediante el proceso Fenton corresponde a un 94%, y a una concentración de 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂 = 1200 mg/L, concentración de 𝐻2𝑂2= 900 mg/L y un valor intermedio de pH = 3.0 Figura 43 Superficie de respuesta estimada –proceso Fenton 91 En la figura N°44, según el diagrama de contorno de superficie la región delimitada de color verde oscuro corresponde a un valor alto de remoción del 91 al 94% de la 𝐷𝐵𝑂5. Figura 44 Diagrama de Contornos de la Superficie de Respuesta-Proceso Fenton De igual manera, en el diagrama N°45 el punto máximo de remoción de la 𝐷𝐵𝑂5 corresponde al 91%, con una concentración de 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂 = 1204.62 mg/L, concentración de 𝐻2𝑂2= 890.947 mg/L y pH= 3.0. Figura 45 Diagrama de Contornos de Superficie de Respuesta-Proceso Fenton 92 La remoción de la 𝐷𝐵𝑂5 empleando los 3 parámetros del proceso Fenton se ajusta a la siguiente ecuación. Remoción 𝐷𝐵𝑂5= 222.863 - 0.0484033∙Concentración 𝐹𝑒𝑆𝑂4 ⋅ 7𝐻2𝑂 + 0.0660575⋅ Concentración 𝐻2𝑂2 - 82.588⋅pH - 0.00000551667⋅Concentración(𝐹𝑒𝑆𝑂4 ⋅ 7𝐻2𝑂) 2+0.000052525⋅Concentración𝐹𝑒𝑆𝑂4 ⋅ 7𝐻2𝑂 ⋅Concentración𝐻2𝑂2 +0.00504⋅Concentración𝐹𝑒𝑆𝑂4 ⋅ 7𝐻2𝑂 ⋅pH-0.0000840417⋅Concentración (𝐻2𝑂2) 2+0.003125⋅Concentración 𝐻2𝑂2 ⋅pH + 12.0033⋅ (pH) 2 ( 11 ) Según la ecuación N°11, los valores de las variables presentados están especificados en sus unidades originales. La ecuación es válida para 𝐹𝑒𝑆𝑂4 ⋅ 7𝐻2𝑂 en un rango de 1200-2200 mg/L, 𝐻2𝑂2 entre 700-1100 mg/L y pH entre 2.5-3.5. OE-4 Evaluar la eficiencia de remoción de la DBO del efluente del camal empleando proceso Fotofenton. La tabla N°39 muestra el resultado del valor inicial de 𝐷𝐵𝑂5 = 3946.84 mg/L. y, a su vez, los resultados de los análisis después de aplicarse el proceso Fotofenton. A partir de estos datos se obtuvieron los porcentajes de remoción de la DBO. Según los resultados obtenidos, podemos destacar la significancia del experimento N° 05 en comparación a los demás, cuyos parámetros de proceso fueron los siguientes: 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂 = 1200 𝑚𝑔/L, 𝐻2𝑂2 = 900 mg/L y pH =2.5 logrando un valor de DBO = 211.91 correspondiente a un porcentaje de remoción del 94.63 % . 93 Tabla 39 Resultados de Laboratorio-Proceso Fotofenton RESULTADOS DE LABORATORIO TESIS: “Eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 del efluente del Camal Municipal Cusco – 2021” PROCESO FOTOFENTON N° 𝑭𝒆𝑺𝑶𝟒. 𝟕𝑯𝟐𝑶 𝑯𝟐𝑶𝟐 PH DBO5 DBO5 % Cantidad de EXPERIMENTO (mg/L) ANTES DEL DESPUES DEL REMOCION lodos (mg/L) TRATAMIENTO TRATAMIENTO DE 𝑫𝑩𝑶 𝟓 generados (g) (mg/ L) (mg/L) 1 1200 700 3 3946.84 313.69 92.05 3.509 2 2200 700 3 3946.84 669.84 83.03 4.061 3 1200 1100 3 3946.84 263.56 93.32 3.295 4 2200 1100 3 3946.84 276.41 93.00 3.782 5 1200 900 2.5 3946.84 211.91 94.63 3.358 6 2200 900 2.5 3946.84 466.87 88.17 4.152 7 1200 900 3.5 3946.84 1440.33 63.51 3.100 8 2200 900 3.5 3946.84 243.7 93.83 3.823 9 1700 700 2.5 3946.84 228.47 94.21 3.406 10 1700 1100 2.5 3946.84 218.53 94.46 3.528 11 1700 700 3.5 3946.84 482.1 87.79 3.029 12 1700 1100 3.5 3946.84 298 92.45 4.963 13 1700 900 3 3946.84 271.51 93.12 3.927 14 1700 900 3 3946.84 268.2 93.20 4.371 15 1700 900 3 3946.84 377.47 90.44 4.159 94 En la figura N°46 se puede visualizar la cantidad de lodos generados después del tratamiento mediante el proceso Fotofenton, cuyo valor más alto le corresponde al experimento N°12 con 4.963 g de lodo, en este caso se alcanzó a un pH = 7 después del tratamiento. De acuerdo con (Barros, Steter, Lanza, & Tavares, 2016) establecieron que, a valores de pH altos, se produce la precipitación de óxidos de hierro, generándose en consecuencia mayor producción de lodos. Figura 46 Cantidad de lodos generados después del proceso Fotofenton En la figura N°47 se pueden contemplar los resultados obtenidos de la evaluación de la temperatura durante el tiempo de exposición (60 min) de la muestra a la radiación UV-C, que indica que no existe influencia en el tratamiento. De acuerdo a lo que indica (Sánchez, 2015) a temperaturas altas 95 se favorece la velocidad de la reacción, sin embargo, el proceso Fotofenton solo incrementó en 3°C la temperatura de la muestra. Figura 47 Evaluación de la temperatura durante el proceso Fotofenton a) Análisis estadístico de la eficiencia de remoción de la DBO empleando el proceso Fotofenton Se utilizó el software IBM SPSS con el fin de realizar la prueba de hipótesis planteados en relación al proceso Fotofenton, mediante la aplicación de los rangos de Wilcoxon. 96 En la tabla N°40 podemos visualizar que, se tienen 15 muestras cuya lecturas máxima y mínima del porcentaje de remoción de la DBO corresponde al 63.51% y 94.63 % respectivamente, y cuya desviación estándar es ±7.94. Tabla 40 Eficiencia de remoción de la DBO del efluente - proceso Fotofenton Desviación N Mínimo Máximo Media Estándar Remoción 15 63,51 94,63 89,81 7,94 b) Prueba de Normalidad Según la prueba de normalidad de Shapiro Wilks (n < 50) evaluado para el proceso Fotofenton, se encontró que los datos de estudio no presentan distribución de normalidad (P < 0.05), por lo que se utilizará la estadística no paramétrica de Rangos de Wilcoxon en la comparación de las mediciones antes y después del proceso. Tabla 41 Prueba de normalidad - proceso Fotofenton Shapiro-Wilk Estadístico gl P. Antes - Después 0.599 15 0.000 Donde: P.< 0.05, se rechaza la hipótesis nula P. ≥ 0.05, se acepta la hipótesis nula Entonces: 𝑯𝒐= Los datos provienen de una distribución normal 97 𝑯𝟏= Los datos no provienen de una distribución normal c) Prueba de hipótesis Según la tabla N°42 el promedio de DBO5 antes del proceso era de 3946.84 mg/L después del tratamiento mediante el proceso Fotofenton el promedio es de 402.04 ± 276,41, al comparar las medidas del proceso de Fotofenton antes y después mediante la prueba no paramétrica de Rangos de Wilcoxon con p = 0.001 < 0.05, existen diferencias estadísticamente significativas en las medidas de DBO5 en el proceso Fotofenton. Tabla 42 Prueba de hipótesis - proceso Fotofenton Desviación Rango de Wilcoxon Media Mediana N Estándar z p Antes 3946.84 3946.84 15.000 0.000 -3.408 0.001 Después 402.04 276.41 15.000 313.34 Donde: P.< 0.05, se rechaza la hipótesis nula P. ≥ 0.05, se acepta la hipótesis nula Entonces, se acepta la hipótesis del investigador. 𝑯𝒐= No hay diferencias en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 antes y después del proceso Fenton 𝑯𝟏= Hay diferencias en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 antes y después del proceso Fenton 98 Figura 48 Comparación del proceso Fotofenton 3946.84 4000 3500 3000 2500 2000 1500 402.04 1000 500 0 Antes Después Proceso Foto Fenton d) Análisis de la varianza para el porcentaje de remoción de la DBO mediante el proceso Fotofenton Tabla 43 Análisis de Varianza para remoción de 𝐷𝐵𝑂5 - proceso Fotofenton Fuente Suma de Gl Cuadrado Razón-F Valor-P Cuadrados Medio A: Concentración 26.3538 1 26.3538 10.68 0.0823 𝑭𝒆𝑺𝑶𝟒. 𝟕𝑯𝟐𝑶 B: Concentración 𝑯𝟐𝑶𝟐 32.6028 1 32.6028 13.21 0.0681 C: pH 143.567 1 143.567 58.18 0.0168 AA 76.37 1 76.37 30.95 0.0308 AB 18.9225 1 18.9225 7.67 0.1094 AC 338.192 1 338.192 137.05 0.0072 BB 25.8233 1 25.8233 10.46 0.0837 BC 4.86202 1 4.86202 1.97 0.2955 CC 26.3303 1 26.3303 10.67 0.0823 Error puro 4.93547 2 2.46773 Total(corr) 882.132 14 R-cuadrada = 79.1441 porciento Error estándar del est. = 1.5709 promedio DBO5 99 Error absoluto medio = 3.02278 Estadístico Durbin-Watson = 3.21206 (P=0.9721) En este caso, se identificó 3 efectos significativos que tienen una valor-P menor que 0.05, indicando que son significativamente diferentes de cero con un nivel de confianza del 95.0%. e) Optimización de los factores intervinientes en el % de remoción de la DBO mediante el proceso Fotofenton Considerando que se desea maximizar el porcentaje de remoción de la DBO a un valor de 98.86 %, entonces se necesitaría 1417.8 mg/L de 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂, 1100 mg/L de 𝐻2𝑂2 y un pH = 2.5 para llegar a dicha optimización. Tabla 44 Valores óptimos de concentraciones - proceso Fotofenton Factor Bajo Alto Óptimo Concentración 1200.0 2200.0 1417.8 𝑭𝒆𝑺𝑶𝟒 ⋅ 𝟕𝑯𝟐𝑶 Concentración 𝑯𝟐𝑶𝟐 700.0 1100.0 1100 pH 2.5 3.5 2.5 Variable de respuesta 98.8683% En la figura N°49, se visualiza los efectos positivos como negativos de los factores de estudio y las diferentes interacciones de las mismas, del cual se infiere que 3 de esos tienen influencia significativa en la remoción de la DBO. Sin embargo, cabe resaltar que la interacción de mayor efecto positivo corresponde a las concentraciones del catalizador y el pH. Según indica 100 (Sánchez, 2015) la influencia del pH en el proceso Fotofenton radica en la capacidad de modificar la prevalencia de las especies de hierro. Figura 49 Diagrama de Pareto - proceso Fotofenton En la siguiente grafica N°50, podemos visualizar los efectos principales de los 3 factores de estudio en el proceso Fotofenton. En el caso del catalizador podemos observar que a medida que incrementa la concentración de 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂 también incrementa el porcentaje de remoción de la DBO hasta un 92.5%, pero su exceso de esta, inhibe el proceso de degradación fotoquímica. En el caso del incremento de la concentración del 𝐻2𝑂2=1100 mg/L también incrementa la remoción de la DBO alcanzando un 97%. Por el contrario, según (Terán Solíz, 2016) el pH óptimo se encuentra entre 2-3 y en valores superiores de pH puede precipitarse el hidróxido férrico y descomponerse el peróxido de hidrógeno por ello que, a medida que incrementa el valor de pH disminuye la remoción de la DBO hasta un 85%. 101 Figura 50 Efectos principales para remoción de DBO5- proceso Fotofenton En la figura N°51, se muestra que el porcentaje más alto de remoción de 𝐷𝐵𝑂5 mediante el proceso Fotofenton corresponde a un 95% , con una concentración de 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂 = 1400 mg/L, pH = 2.5 y un valor intermedio de la concentración de 𝐻2𝑂2= 900 mg/L. Figura 51 Superficie de respuesta estimada - proceso Fotofenton 102 En la figura N°52, se muestra la superficie de respuesta que alcanzó un 99% de remoción de 𝐷𝐵𝑂5 mediante el proceso Fotofenton con los siguientes valores: pH = 2.5, la concentración de 𝐻2𝑂2= 1100 mg/L y un valor intermedio de concentración de 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂 = 1700 mg/L . Figura 52 Superficie de respuesta estimada - proceso Fotofenton En la figura N°53, se visualiza la superficie de respuesta para la remoción de 𝐷𝐵𝑂5 del 99% mediante el proceso Fotofenton, y se lograría con una concentración de 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂 = 2000 mg/L, concentración de 𝐻2𝑂2= 1100 mg/L y un valor intermedio de pH = 3.0 Figura 53 Superficie de respuesta estimada - proceso Fotofenton 103 En la figura N°54, según el diagrama de contorno de superficie el área delimitada de color amarillo correspondería a un valor alto de remoción de la 𝐷𝐵𝑂5 del 95 al 99%. Figura 55 Diagrama de Contornos de la Superficie de Respuesta-Proceso Fotofenton De igual manera, en la figura N°55 el punto máximo de remoción de la 𝐷𝐵𝑂5 corresponde al 97.72 %, con una concentración de 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂 = 1930.35 mg/L, concentración de 𝐻2𝑂2= 1098.521 mg/L y pH= 3.0. Figura 54 Diagrama de Contornos de la Superficie de Respuesta-Proceso Fotofenton 104 La remoción de la 𝐷𝐵𝑂5 empleando los 3 parámetros del proceso Fotofenton se ajusta a la siguiente ecuación. Remoción 𝐷𝐵𝑂5= 257.882−0.0644333∙Concentración𝐹𝑒𝑆𝑂4 ⋅ 7𝐻2𝑂−0.178962⋅ Concentración 𝐻2𝑂2 - 16.831⋅pH - 0.0000181917⋅Concentración(𝐹𝑒𝑆𝑂4 ⋅ 7𝐻2𝑂) 2+0.00002175⋅Concentración𝐹𝑒𝑆𝑂4 ⋅ 7𝐻2𝑂 ⋅Concentración𝐻2𝑂2 +0.03678⋅Concentración𝐹𝑒𝑆𝑂4 ⋅ 7𝐻2𝑂 ⋅pH+0.0000661146⋅Concentración (𝐻2𝑂2) 2+0.011025⋅Concentración 𝐻2𝑂2 ⋅pH − 10.6817⋅ (pH) 2 ( 12 ) Según la ecuación N°12, los valores de las variables presentados están especificados en sus unidades originales. La ecuación es válida para 𝐹𝑒𝑆𝑂4 ⋅ 7𝐻2𝑂 en un rango de 1200-2200 mg/L, 𝐻2𝑂2 entre 700-1100 mg/L y pH entre 2.5-3.5. 4.2. Resultados respecto al objetivo general OG-1 Comparar la eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 del efluente del Camal Municipal de Cusco, 2021. a) Análisis estadístico de la eficiencia de remoción de la DBO empleando el proceso Fenton y Fotofenton De acuerdo a la prueba no paramétrica de U de Mann Whitney para grupos independientes, se considera que la remoción del efluente en el Camal Municipal es el mismo al usar el proceso Fenton y Fotofenton, no encontrando así diferencias estadísticamente significativas p = 0.202 > 0.05. Donde: P.< 0.05, se rechaza la hipótesis nula P. ≥ 0.05, se acepta la hipótesis nula Entonces: 105 𝑯𝒐= La remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 es igual en el proceso Fenton y Fotofenton. 𝑯𝟏= La remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 no es igual en el proceso Fenton y Fotofenton Del mismo modo, en la tabla N°45 se puede observar que, con el proceso Fenton la remoción promedio fue de 89.86 ± 5.62 y en el proceso Fotofenton es de 89.81 ± 7.94. Tabla 45 Eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción del efluente del camal municipal de Cusco, 2022 Desviación Remoción N Mínimo Máximo Media Estándar Fenton 15 70,12 93,96 89,86 5,62 Fotofenton 15 63,51 94,63 89,81 7,94 U de Mann Whitney = 81.500 P = 0.202 106 5 CAPÍTULO V: DISCUSIÓN 5.1 Descripción de los hallazgos más relevantes y significativos 5.1.1 Hallazgo 1 El hallazgo más importante de la presente investigación corresponde a la determinación de los factores de mayor influencia en la eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton, así como, de los rangos óptimos de dichos factores para la remoción de la 𝐷𝐵𝑂5 aplicado exclusivamente a efluentes provenientes de actividades de faenamiento con valores similares de DBO inicial. 5.1.2 Hallazgo 2 De acuerdo a la evaluación, seguimiento y todas las visitas de campo realizadas al camal municipal de Cusco y al punto de muestreo, se encontró una alta variabilidad del caudal, así como la variación en su coloración del efluente correspondiente a cada proceso durante el faenamiento efectuado registrado en las bitácoras de observación N° 1, N° 2, N°3 y N° 4. 5.1.3 Hallazgo 3 Otro hallazgo relevante identificado durante los ensayos de preexperimentación del proceso Fotofenton fue, el ensayo N° 04 cuyas condiciones establecidas fueron el aislamiento del fotoreactor con papel aluminio a fin de evitar la pérdida por irradiación, así como también, el haber sumergido la lámpara UV dentro del fotoreactor mostrando resultados visualmente significativos. 5.1.4 Hallazgo 4 Es importante considerar la eficiencia demostrada por la lámpara UV sumergible, cuya potencia lumínica es de 13 watts para un tiempo de contacto con la luz UV -C de 1 hora, registrando porcentajes de remoción de la DBO de hasta el 94,63 % en efluentes provenientes de actividades de faenamiento. 107 5.1.5 Hallazgo 5 Es importante resaltar que, las características y tipología de los contaminantes presentes en el efluente influyen en la eficiencia del tratamiento mediante los procesos Fenton y Fotofenton. En la presente investigación se aplicaron estos tratamientos a un efluente biodegradable descomponiéndose más fácilmente la materia orgánica. Por el contrario, en el caso de que las características del efluente serían del tipo recalcitrante, se tendría un mejor resultado mediante el proceso Fotofenton, en el cual su poder oxidativo del tratamiento es mayor. 5.2 Limitaciones del estudio Durante el periodo de planificación y ejecución de la presente investigación surgieron una serie de dificultades imprevistas que se expondrán a continuación: 5.2.1 Limitación 1 La primera limitación para la ejecución del trabajo en laboratorio, fueron justamente las restricciones establecidas por el gobierno debido a la pandemia, que imposibilitó el ingreso al laboratorio de Química de la Universidad Andina del Cusco, teniendo que optar por el alquiler de un laboratorio externo para la ejecución de las primeras pruebas preexperimentales. 5.2.2 Limitación 2 Debido a la incrementación de los costos de los análisis de laboratorio, no se pudo evaluar más parámetros fisicoquímicos o incluso biológicos a las muestras tratadas mediante el proceso Fenton y Fotofenton. 5.2.3 Limitación 3 Es importante mencionar que, los costos de tratamiento son una limitante para la implementación del proceso Fotofenton, puesto que, en este tratamiento se requiere de la utilización de lámparas UV que consumen energía eléctrica y aumentan en costo la aplicación del 108 tratamiento. Sin embargo, para la aplicación del proceso Fenton se requiere de ensayos experimentales a escala piloto y el análisis del costo de tratamiento. 5.3 Comparación crítica con la literatura existente • Comparación de los parámetros de proceso y eficiencia del proceso Fenton A su vez, según el estudio de (Montero del Águila, Orrego Zapo, & Uriarte Tirado, 2018) obtuvieron un valor de DBO inicial= 1878 mg/L próximo al valor obtenido en la presente investigación (DBO inicial= 1207.89 mg/L) antes de la aplicación del proceso Fenton , a su vez el IB del efluente del camal de Chota corresponde a un agua residual parcialmente biodegradable, del mismo modo que el efluente del camal de Cusco. En cuanto a la dosificación aplicada, alcanzaron una remoción máxima del 78.81% de la DQO del efluente con las siguientes concentraciones: 1875 mg/L de 𝐹𝑒𝑆𝑂4, 𝐻2𝑂2= 1000 mg/L y un pH= 3, por otro lado, la presente investigación logró obtener un 93.96% de remoción de DBO mediante las siguientes condiciones: 655.65 mg/L de 𝐹𝑒𝑆𝑂4, 𝐻2𝑂2= 900 mg/L y un pH= 2.5. Según (Bes, Silva, & Bengoa, 2018), cuando se añade una mayor cantidad de la sal de hierro entonces se incrementa la velocidad de degradación. Según resultados obtenidos por el investigador (Páramo Vargas, 2015) consiguió el 95 % de degradación de la DQO del efluente de un rastro municipal, con valores iniciales de tratamiento : DBO = 205 mg/L y DQO = 1159 mg/L, por medio de los siguientes valores de experimentación: 𝐹𝑒2+= 111.6 mg/L, 𝐻2𝑂2= 200 mg/L y pH = 3 . Sin embargo, cabe resaltar la concentración inicial de la DBO (1207.89 mg/L) que se empleó en el presente estudio pues, se logró obtener un 93.96% de remoción con los siguientes parámetros de proceso 𝐹𝑒2+= 240.85 mg/L, 𝐻2𝑂2= 900 mg/L y pH = 2.5. En otro estudio realizado por (Menendez, 2018) consiguió una eficiencia de remoción de un 78.93% para una carga orgánica inicial de 50.65 g/L. En tal sentido, se infiere la importancia 109 de determinar las características de cada efluente, puesto que, influye en los porcentajes de remoción, al igual que los parámetros de proceso en la eficiencia del tratamiento Fenton. En referencia a la investigación (Pacco Illa & Reyes Rojas, 2020), el efluente empleado antes del tratamiento presentó las siguientes características: 𝐷𝐵𝑂5 = 1036 mg/L, conductividad= 5110 𝜇𝑆/𝑐𝑚, SST = 3400 mg/L, turbiedad= 305 NTU y un pH = 7.5 . En el caso del presente trabajo, son similares las características fisicoquímicas encontradas para el efluente del camal de Cusco y también los valores de pH resultantes son próximos al valor neutro a ligeramente alcalinos, según (Pacco Illa & Reyes Rojas, 2020) esto se debe a la sangre presente en el efluente que funciona como un sistema buffer(pH 7.35). En relación a los parámetros óptimos de tratamiento se consideraron los siguientes: flujo de aire= 200 ml/min, velocidad de agitación = 300 rpm y 90 mg/L de 𝐻2𝑂2; llegando a obtener una reducción del 73% de la DBO inicial, demostrando la eficiencia del tratamiento gracias a la función oxidante del 𝐻2𝑂2mientras que, en la presente investigación se empleo una velocidad de agitación de 150 rpm y 900 mg/L de 𝐻2𝑂2 obteniendo un 93.96 % de remoción de DBO. • Comparación de los parámetros de proceso y eficiencia mediante la aplicación del Proceso Fotofenton En el presente estudio se alcanzó una eficiencia del 94.63% a partir de la remoción de 3946 mg/ L de DBO, mediante las siguientes condiciones de experimentación: concentración 𝐹𝑒2+ = 0.24 g/L, concentración de 𝐻2𝑂2= 0.9 g/L, pH= 2.5 y en 1 hora de exposición a la radiación UV(254nm). Según la investigación realizada por (Arroyo Vanegas, 2019) obtuvo el 80% de remoción de la DQO en relación al valor inicial DQO= 4028 mg/𝐿, bajo las siguientes condiciones óptimas: 𝐻2𝑂2= 12,5 g/L, 𝐹𝑒 2+= 0.67 g/L, en medio ácido pH=3 y en un tiempo de exposición a 110 la radiación UV de 2.5 horas, afirmando la autora que, la remoción de la DQO del efluente de una industria de alimentos se logra a mayor dosis de peróxido de hidrógeno y tiempo de radiación. Según (Segovia, 2020) a mayor potencia de la lampara UV y tiempo de contacto con la luz se obtiene mejores resultados de remoción, puesto que, al emplear la lámpara de 20 watts en un tiempo de contacto de 72 minutos alcanzó un 96.37% de remoción de la DBO. Es preciso resaltar que, en la presente investigación se utilizó una lámpara de sólo13 watts de potencia, en un tiempo de contacto mucho menor (60 min) llegando a un resultado similar de remoción, del 94.63% de eficiencia del tratamiento. A su vez, según (Robles Kquerare & Cevallos Villegas, 2021) alcanzaron una máxima remoción de DQO correspondiente al 99.46 %, bajo las siguientes condiciones : 𝐻2𝑂2= 15 ml/L, 𝐹𝑒𝑆𝑂4= 150 mg/L, pH = 2.88 por un periodo de 2 horas de tratamiento y con la utilización de una lámpara UV 16W. De acuerdo a los resultados favorables obtenidos en las investigaciones anteriores, podemos indicar que el rango óptimo de pH para el proceso Fotofenton corresponde al rango de 2.5- 3. En el presente estudio, se obtuvo un 94.63% de remoción de DBO del efluente del camal en un pH = 2.5. Según (Kiwi, Pulgarin, Peringer, & Gratzel, 1993), esto se debe a que en este rango de pH (2.5-3) se incrementa la generación de radicales hidroxilos. • Comparación de la eficiencia de la aplicación de los procesos Fenton y Fotofenton en efluentes de otras industrias De acuerdo a los resultados obtenidos en la presente investigación se logró obtener un 93.96% de remoción de DBO, con una concentración de 𝐹𝑒2+ = 240.85 mg/L, concentración de 𝐻2𝑂2= 900 mg/L y un pH= 2.5. Según (Segovia, 2020) alcanzó el 92.85% de remoción de DQO de un efluente proveniente de una industria láctea con las siguientes condiciones de 111 experimentación: 𝐹𝑒2+ = 331,50 mg/L , 𝐻2𝑂2=5537 mg/L y un pH = 3.0, partiendo de una DQO inicial = 5900 mg/L . En la investigación realizada por (García Leiva, 2016) obtuvo el 99% de degradación del xantato de etilo a partir de una concentración inicial de 100mg/L mediante la aplicación del proceso Fenton, en las siguientes condiciones de experimentación: pH= 5, razón molar 𝐹𝑒2+: 𝐻2𝑂2= 1:40 equivalente a 𝐹𝑒 2+ = 16.13 mg/L y 𝐻2𝑂2 =392.9 mg/L, del mismo modo, aplicando el proceso Fotofenton en las mismas condiciones de experimentación e irradiancia= 30 mW/𝑐𝑚2 se obtuvo la misma eficiencia de degradación del xantato ( 99%) en corto tiempo de eliminación (5 min), por lo cual el investigador afirma que la irradiancia no tuvo influencia en el proceso. Los procesos Fenton y Fotofenton han sido aplicados a diferentes tipos de contaminantes con un resultado favorable de eficiencia; así es el caso, del tratamiento de los lixiviados. Según (Yaranga Montañéz, 2021) en su caracterización del lixiviado obtuvo valores altos de DBO=9058 mg/L y DQO= 55818 mg/L. Los resultados que obtuvo fueron los siguientes: 53.66 % de remoción de DQO empleando 400 mg/L de 𝐻2𝑂2, 200 mg/L de 𝐹𝑒𝑆𝑂4 y un pH 4; del mismo modo, se emplearon las mismas condiciones de experimentación para el proceso Fotofenton y se alcanzó el 90.68% de remoción de DQO, cabe destacar que, se empleó una lámpara de 16 W. En la presente investigación también se alcanzaron porcentajes de remoción de DBO similares, destacándose los experimentos N°5 del tratamiento Fenton y Fotofenton, se aplicaron las mismas concentraciones: 900 mg/L de 𝐻2𝑂2, 655.65 mg/L de 𝐹𝑒𝑆𝑂4 y un pH = 2.5, adicional a ello en el proceso Fotofenton se acondicionó una lámpara de sólo 13 W. 112 5.4 Implicancias del estudio 5.4.1 Implicancia 1 Durante las actividades realizadas en campo para la obtención de la muestra compuesta, se requiere estar capacitado en el manejo de los equipos de campo como: el multiparámetro (HANNA HI9829) y el GPS (GARMIN MONTANA 750i), así mismo, el equipo de trabajo debe tener conocimiento de la metodología, y procedimientos para la adecuada toma de muestra. 5.4.2 Implicancia 2 En el trabajo de laboratorio se requirió de precisión y técnicas adecuadas para la manipulación de los reactivos, los materiales de vidrio y el conocimiento necesario para el uso de los equipos como el test de jarras y el agitador magnético. A su vez, debido a la importancia del parámetro del pH por su influencia en la prevalencia de las especies de hierro y, en consecuencia, en la eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton, es necesario tener las habilidades necesarias para ajustar el pH de las muestras a los valores de la matriz de experimentación asegurando de tal manera la oxidación de la materia orgánica y la formación de precipitados de hidróxido de hierro. 113 C. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES • Los procesos Fenton y Fotofenton presentan una eficiencia significativa en la remoción de la 𝐷𝐵𝑂5 del efluente del camal municipal de Cusco. Con respecto al proceso Fenton, se logró la remoción del 93.96% de la DBO a partir de un valor inicial correspondiente a 1207.89 mg /L. El proceso Fotofenton alcanzó una remoción del 94.63% de la DBO a partir de un valor inicial de 3946.84 mg/L. • El efluente del camal Municipal de Cusco presentó valores altos en sus características fisicoquímicas antes de aplicar el proceso Fenton los cuales son: pH 7.32-7.77, temperatura 16.20-18.88 °C, OD = 0 mg/L, % OD = 0, conductividad eléctrica 1224-1810 𝜇𝑆⁄𝑐𝑚 , TDS 613- 1000 ppm y turbiedad 515-594.5 NTU. En el caso de las características fisicoquímicas de la muestra empleada para el proceso Fotofenton presentó los siguientes valores: pH 7.06-7.73, temperatura 17.9-19.61, OD = 0 mg/L, % OD = 0, conductividad eléctrica 1207-2073.5 𝜇𝑆⁄𝑐𝑚 , TDS 604- 1033.5 ppm y turbiedad 168.5-979 NTU. • El efluente del camal presentó los siguientes valores correspondientes al índice de biodegradabilidad: 0.48 y 0.76, dicho valor representa el rango de parcialmente biodegradable a biodegradable. • El proceso Fenton presentó un 93.96% de remoción de la DBO del efluente del camal, lo que indica su eficiencia en la degradación de la materia orgánica característico de las aguas residuales provenientes de un camal, siendo el experimento N°05 el de mayor eficiencia en relación a la disminución de la DBO, con los siguientes parámetros de proceso: 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂 = 1200 mg/L, 𝐻2𝑂2= 900 mg/L a un pH =2.5. • El proceso Fotofenton de igual modo, resultó ser eficiente en la remoción de la DBO del efluente del camal, dado que, se obtuvo un porcentaje máximo del 94.63% de remoción 114 correspondiente al experimento N°05 cuyos parámetros de proceso fueron los siguientes: 𝐹𝑒𝑆𝑂4. 7𝐻2𝑂 = 1200 mg/L, 𝐻2𝑂2= 900 mg/L , pH =2.5 y expuesto a una radiación UV-C ( 254nm). 115 RECOMENDACIONES • Se recomienda realizar un análisis bacteriológico antes como después de la aplicación de los procesos Fenton y Fotofenton, con el fin de evaluar el grado de remoción de patógenos existentes en el efluente del camal municipal de Cusco. • Se recomienda para el desarrollo de posteriores investigaciones evaluar el efecto de la velocidad de agitación de los reactores y fotoreactores, en el incremento de la temperatura del proceso de tratamiento. • Se recomienda evaluar la cinética de descomposición de la DBO mediante la aplicación de los procesos Fenton y Fotofenton. 116 D. 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ESTUDIO DE LA APLICACIÓN DE PROCESOS DE OXIDACIÓN AVANZADA A AGUAS CONTAMINADAS. Barcelona: Universidad Politécnica de Catalunya. Velázquez, K. (2013). DEGRADACIÓN FOTOFENTON DE 4-CLOROFENOL UTILIZANDO ARCILLAS PILAREADAS CON HIERRO. Toluca: Universidad Autónoma del Estado de México. Yaranga Montañéz, J. S. (2021). EFICIENCIA DE LA OXIDACIÓN FENTON Y FOTO FENTON EN LA REMOCIÓN DE DQO EN LIXIVIADOS DEL BOTADERO “EL PORVENIR”, DISTRITO DE EL TAMBO, HUANCAYO, JUNÍN. Lima: Universidad Cesar Vallejo. 123 E. INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS BITÁCORA DE OBSERVACIÓN N°1 TESIS: “Eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 del efluente del Camal Municipal Cusco-2021" Lugar: Instalaciones del camal municipal Realizado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Hora inicio: Fecha: Hora final: Descripción de la observación Descripción de la observación Percepciones y anotaciones personales ________________________________ ______________________________ ING. CHAVEZ BERMUDEZ BITIA KURI ING. VARGAS RODRIGUEZ DANTE CIP:184012 CIP: 81018 124 REGISTRO DE DATOS N°1 TESIS: “Eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 del efluente del Camal Municipal Cusco-2021" Realizado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Lugar: Zona de vertimiento del efluente del camal municipal Hora inicio: Fecha: Hora final: Descripción Coordenadas Altura Punto de monitoreo Origen/ Localidad Distrito Provincia UTM_X UTM_Y msnm Ubicación MEDICIÓN DE CAUDAL (MÉTODO VOLUMÉTRICO) N ° TIEMPO VOLUMEN CAUDAL HORA OBSERVACIONES MEDICIÓN (S) (L) (L/S) 1 50 2 50 3 50 4 50 5 50 6 50 7 50 • NOTA: Se realizará la toma de una muestra compuesta de volumen proporcional. ________________________________ ______________________________ ING. CHAVEZ BERMUDEZ BITIA KURI ING. VARGAS RODRIGUEZ DANTE CIP:184012 CIP: 81018 125 REGISTRO DE DAT OS EN CAMPO N°2 TESIS: “Eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 del efluente del Camal Municipal Cusco-2021" Realizado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Fecha: Punto de monitoreo Descripción Localidad Distrito Provincia Departamento Coordenadas Altura T OD COND TDS Turbiedad Origen/ubicación Hora pH % OD UTM_X UTM_Y msnm °C mg/L μS /cm ppm FNU ● Se utilizará el multiparámetro HANNA HI9829 como instrumento de medición de los parámetros de campo. ________________________________ ______________________________ ING. CHAVEZ BERMUDEZ BITIA KURI ING. VARGAS RODRIGUEZ DANTE CIP:184012 CIP: 81018 126 HOJA DE CÁLCULO N°1 TESIS: “Eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 del efluente del Camal Municipal Cusco-2021" Realizado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Lugar: Hora inicio: Fecha: Hora final: MUESTRA COMPUESTA Fórmula para el cálculo del caudal instantáneo: Fórmula para el cálculo del volumen de cada alícuota: 𝑽 × 𝑸𝒊 𝑽𝒊 = 𝒏 × 𝑸𝒑𝑽 𝑸 = Donde: 𝒕 Vi: Volumen de cada alícuota o porción de muestra Don de: V: Volumen total a componer Q = Flujo volumétrico o caudal (L/s) Qi: Caudal instantáneo medido en el momento de la V = Volumen(L) toma de muestra t = Tiempo(s) Qp: Caudal promedio durante el muestreo n: Número de muestras tomadas V. ALÍCUOTA N° MEDICION TIEMPO(s) VOLUMEN(L) Qi(L/s) (ml) 1 2 3 4 5 6 7 Caudal promedio NOTA: Se realizará la toma de una muestra compuesta. Volumen total a componer ________________________________ ______________________________ ING. CHAVEZ BERMUDEZ BITIA KURI ING. VARGAS RODRIGUEZ DANTE CIP:184012 CIP: 81018 REGISTRO DE DATOS EN LABORATORIO N°3 127 TESIS: “Eficiencia del proceso Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓del efluente del Camal Municipal Cusco-2021" Lugar: Realizado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Fecha: PROCESO FENTON N° pH 𝑭𝒆𝑺𝑶𝟒. 𝟕𝑯𝟐𝑶 H2O2 pH Hora de inicio del Hora de término del EXPERIMENTO mue stra (mg/L) (mg/L) proceso tratamiento pH final tratam iento OBSERVACIONES 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 ________________________________ ______________________________ ING. CHAVEZ BERMUDEZ BITIA KURI ING. VARGAS RODRIGUEZ DANTE CIP:184012 CIP: 81018 128 HOJA DE CÁLCULO N°2 TESIS: “Eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 del efluente del Camal Municipal Cusco-2021" Lugar: Realizado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Fecha: Hora: PROCESO FENTON Cálculo del porcentaje de remoción de la DBO: (𝑪𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 𝑰𝒏𝒊𝒄𝒊 𝒂𝒍 𝑫𝑩𝑶𝟓 − 𝑪𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 𝑭𝒊𝒏𝒂𝒍𝑫𝑩𝑶𝟓) 𝑹𝒆𝒎𝒐𝒄𝒊ó𝒏 𝑫𝑩𝑶𝟓(%) = × 𝟏𝟎𝟎 𝑪𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 𝑰𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍 𝑫𝑩𝑶𝟓 𝑫𝑩𝑶𝟓 𝑫𝑩𝑶𝟓 N° DE ANTES DEL DESPUÉS DEL % REMOCIÓN DE EXPERIMENTO TRATAMIENTO TRATAMIENTO 𝑫𝑩𝑶𝟓 (mg /L) (mg / L) 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 ________________________________ ______________________________ ING. CHAVEZ BERMUDEZ BITIA KURI ING. VARGAS RODRIGUEZ DANTE CIP:184012 CIP: 81018 129 REGISTRO DE DATOS N°4 TESIS: “Eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 del efluente del Camal Municipal Cusco-2021" Realizado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Lugar: Zona de vertimiento del efluente del camal municipal Hora inicio: Fecha: Hora final: Descripción Coordenadas Altura Punto de Origen/ Localidad Distrito Provincia monitoreo UTM_X UTM_Y msnm Ubicación MEDICIÓN DE CAUDAL (MÉTODO VOLUMÉTRICO) PROCESO FOTOFENTON N ° TIEMPO VOLUMEN CAUDAL HORA OBSERVACIONES MEDICIÓN (S) (L) (L/S) 1 50 2 50 3 50 4 50 5 50 6 50 7 50 • NOTA: Se realizará la toma de una muestra compuesta de volumen proporcional. ________________________________ ______________________________ ING. CHAVEZ BERMUDEZ BITIA KURI ING. VARGAS RODRIGUEZ DANTE CIP:184012 CIP: 81018 130 REGISTRO DE DATOS EN CAMPO N°5 PROCESO FOTOFENTON TESIS: “Eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 del efluente del Camal Municipal Cusco-2021" Realizado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Fecha: Punto de monitoreo Descripción Localidad Distrito Provincia Departamento Coordenadas Altura T OD COND TDS Turbiedad Origen/ubicación Hora pH %OD UTM_X UTM_Y msnm °C mg/L μS /cm ppm FNU ● Se utilizará el multiparámetro HANNA HI9829 como instrumento de medición de los parámetros de campo. ________________________________ ______________________________ ING. CHAVEZ BERMUDEZ BITIA KURI ING. VARGAS RODRIGUEZ DANTE CIP:184012 CIP: 81018 131 HOJA DE CÁLCULO N°3 TESIS: “Eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 del efluente del Camal Municipal Cusco-2021" Realizado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Lugar: Hora inicio: Fecha: Hora final: MUESTRA COMPUESTA -PROCESO FOTOFENTON Fórmula para el cálculo del caudal instantáneo: Fórmula para el cálculo del volumen de cada alícuota: 𝑽 × 𝑸𝒊 𝑽𝒊 = 𝑽 𝒏 × 𝑸𝒑 𝑸 = Donde: 𝒕 Vi: Volumen de cada alícuota o porción de muestra Donde: V: Volumen total a componer Q = Flujo volumétrico o caudal (L/s) Qi: Caudal instantáneo medido en el momento de la V = Volumen(L) toma de muestra t = Tiempo(s) Qp: Caudal promedio durante el muestreo n: Número de muestras tomadas V. N° TIEMPO(s) VOLUMEN(L) Qi(L/s) ALÍCUOTA MEDICION (ml) 1 2 3 4 5 6 7 Caudal promedio NOTA: Se realizará la toma de una muestra compuesta. Volumen total a componer _____________________________________ ____________________________________ ING. CHAVEZ BERMUDEZ BITIA KURI ING. VARGAS RODRIGUEZ DANTE CIP:184012 CIP: 81018 REGISTRO DE DATOS EN LABORATORIO N°6 132 TESIS: “Eficiencia del proceso Fenton y Fotofenton en la remoción de la DBO5 del efluente del Camal Municipal Cusco-2021" Lugar: Realizado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Fecha: PROCESO FOTOFENTON H2O2 Radiación Hora de pH pH No Hora de término del N° EXPERIMENTO 𝑭𝒆𝑺𝑶𝟒. 𝟕𝑯𝟐𝑶 (mg/L) inicio del pH final mue stra (mg/L) proceso Ionizante tratamiento tratamiento OBSERVACIONES UV C 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 __________________________________ ______________________________ ING. CHAVEZ BERMUDEZ BITIA KURI ING. VARGAS RODRIGUEZ DANTE CIP:184012 CIP: 81018 133 HOJA DE CÁLCULO N°4 TESIS: “Eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓del efluente del Camal Municipal Cusco-2021" Lugar: Realizado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Fecha: Hora: PROCESO FOTOFENTON Cálculo del porcentaje de remoción de la DBO: (𝑪𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 𝑰𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍 𝑫𝑩𝑶𝟓 − 𝑪𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 𝑭𝒊𝒏𝒂𝒍𝑫𝑩𝑶𝟓) 𝑹𝒆𝒎𝒐𝒄𝒊ó𝒏 𝑫𝑩𝑶𝟓(%) = × 𝟏𝟎𝟎 𝑪𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 𝑰𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍 𝑫𝑩𝑶𝟓 𝑫𝑩𝑶𝟓 𝑫𝑩𝑶𝟓 % REMOCIÓN N° DE ANTES DEL DESPUÉS DEL DE EXPERIMENTO TRATAMIENTO TRATAMIENTO 𝑫𝑩𝑶𝟓 (mg / L) (mg /L) 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 ________________________________ ______________________________ ING. CHAVEZ BERMUDEZ BITIA KURI ING. VARGAS RODRIGUEZ DANTE CIP:184012 CIP: 81018 134 HOJA DE CÁLCULO N°05 ÍNDICE DE BIODEGRADABILIDAD (IB) DE LAS AGUAS RESIDUALES DEL CAMAL MUNICIPAL DE CUSCO TESIS: “Eficiencia del proceso Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 del efluente del Camal Municipal Cusco-2021" Lugar: Realizado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Fecha: Hora inicio: Hora final: Cálculo del índice de biodegradabilidad: 𝑫𝑩𝑶 (IB)= 𝑫𝑸𝑶 Donde: DBO: Demanda biológica de oxígeno DQO: Demanda química de oxígeno ANTES DEL TRATAMIENTO- PROCESO FENTON DBO DQO Índice de biodegradabilidad OBSERVACIONES (mg/L) (mg /L) ANTES DEL TRATAMIENTO- PROCESO FOTOFENTON DBO DQO Índice de biodegradabilidad OBSERVACIONES (mg/L) (mg/L) • Las muestras de DBO y DQO que se enviarán analizar provienen de la muestra compuesta ________________________________ ______________________________ ING. CHAVEZ BERMUDEZ BITIA KURI ING. VARGAS RODRIGUEZ DANTE CIP:184012 CIP: 81018 F. VALIDACIÓN DE INSTRUMENTOS 135 BITÁCORA DE OBSERVACIÓN N°01 TESIS: “Eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 del efluente del Camal Municipal Cusco-2021" Lugar: Zona de vertimiento del efluente del camal municipal Coordenadas 8499813 Realizado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Zona: 19 L 188892 Hora inicio: 10:00 am Fecha: 08/04/2022 Hora final: 12:10 pm Descripción de la observación Hora Descripción de la observación Registro fotográfico Percepciones y anotaciones personales Se observó un caudal bajo con una coloración rojo oscuro (código 8B0000), puesto que, se realizaba la limpieza tanto del 10:11 am El punto de vertimiento se ganado como del ambiente después del degüello. encuentra ubicado en las afueras de las instalaciones del camal. La zona de vertimiento del efluente se encuentra localizado en la ribera del río Huatanay, es accesible, y presenta vegetación característica de la zona. Sin embargo, para poder realizar la Se redujo ligeramente el caudal a causa de la limpieza que toma de muestras e ingresar al punto de 10:13 am realizan del ambiente después de haber realizado el degüello de vertido se necesitará de los siguientes los animales, con una coloración carmesí (código DC143C) EPPs: botas, guantes, mandil, barbijo y lentes. 136 El caudal del efluente se mantuvo constante, sin embargo, la coloración del efluente varió a una coloración ladrillo 10:17 am refractario (Código B22222), esto por el sangrado del animal durante el degüello y desuello del ganado. El caudal del efluente disminuyó aún más, debido a la disminución del sangrado durante el proceso de desuello de los 10:20 am animales; sin embargo, la coloración se mantuvo. (Código B22222) El caudal del efluente se mantuvo constante y así 10:32 am también en su coloración (Código B22222), sin embargo, existe la presencia de sangre esto por el desuello del ganado. 137 El caudal del camal se mantuvo reducido y se mantuvo la coloración, esto por el sangrado del animal durante el degüello y 11:00 am la limpieza de su sangre impregnada en la superficie. 11:06 am El caudal siguió manteniéndose reducido, sin embargo, se mantiene el olor como la coloración (Código B22222) de la sangre de los animales debido a la limpieza de las vísceras rojas. El caudal disminuyó aún más, con una coloración 11:12 am (Código B22222) lo que indica la limpieza de las vísceras rojas y de la carcasa de los animales faenados. 138 El efluente presentó un aumento en su caudal, con una 11:23 am coloración carmesí (Código DC143C) , esto a causa, del sangrado del animal durante el degüello. El efluente llegó a disminuir aún más, sin embargo, la 11:24 am coloración se mantuvo. (Código DC143C) Nuevamente el caudal incrementó, con una coloración 11:33 am (Código DC143C) que indica la limpieza del ganado en los carriles de transporte en los que se encuentran luego del degüello. 139 El caudal del efluente es alto y asimismo, la coloración varió a una tonalidad marrón (Código de color A52A2A) puesto 11:40 am que, se realizó la evisceración y limpieza de las vísceras rojas de los animales. El caudal disminuyó, así como varió la coloración del 11:44 am efluente a un tono tomate (Código de color FF6347), puesto, se realizaba el lavado de las vísceras y limpieza de las carcasas. El caudal disminuyó nuevamente, su coloración continuó en tono tomate (Código de color FF6347), sin embargo, se 11:53 am percibió el olor de materia fecal correspondiente a la evisceración y lavado de menudencias de los ganados faenados. 140 El caudal nuevamente incrementó significativamente, la 11:57 am coloración varió (E9967A), esto a razón, de la limpieza de las vísceras blancas y rojas del ganado. El caudal del efluente visualmente disminuyó y la 11:59 am coloración varió a un tono (B22222) producto de la limpieza de la carcasa y restos de sangre en el ambiente. El caudal del efluente visualmente se mantuvo constante con una coloración (B22222) mientras continua la evisceración 12:02 pm y la limpieza de las mismas, con presencia de bazofia en él efluente. 141 El caudal visualmente disminuyó bastante y la coloración (B22222) demuestra el efluente restante producto de la limpieza 12:05 pm de las menudencias y del lavado completo de las carcasas de los animales. El caudal visualmente disminuyó bastante y la coloración (B22222) también se mantiene, debido a que el efluente 12:10 pm descargado es producto del ultimo lavado de las carcasas y superficie. Las actividades de faenado que se realizan en las instalaciones del camal generan un efluente de alta carga orgánica (sangre, materia fecal, grasas) que son vertidos directamente al río Huatanay a través de una tubería de desagüe. El efluente del camal presenta un flujo constante a lo largo del desarrollo de sus actividades. Sin embargo, presenta crecidas de caudal y también la disminución del mismo por ciertos periodos de tiempo. La coloración del efluente va de un rojo intenso, anaranjado y hasta un tono marrón por la presencia de materia fecal en sus efluentes. Zona de vertimiento del efluente Durante el vertido del efluente, se observa la salida de pequeños residuos (vísceras, intestinos) que sirven de alimento para los perros y aves del lugar. 142 ● La determinación de los colores del efluente del camal se realizó considerando esta paleta y codificación de colores. ________________________________ ______________________________ ING. CHAVEZ BERMUDEZ BITIA KURI ING. VARGAS RODRIGUEZ DANTE CIP:184012 CIP: 81018 143 BITACORA DE OBSERVACIÓN N°02 TESIS: “Eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 del efluente del Camal Municipal Cusco-2021" Lugar: Zona de vertimiento del efluente del camal municipal Coordenadas 8499813 Zona: 19 L Realizado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza 188892 Fecha: 09/04/2022 Hora inicio: 08:00 am Hora final: 01:50 pm Hora Descripción de la observación Registro fotográfico El efluente del camal presenta un flujo variado desde el inicio de la observación, con una coloración marrón (A52A2A), puesto que, se inició con el degüello de los animales. 08:00- 08:18 am El color del efluente del camal corresponde a un tono marrón (A52A2A), de 08:32 am flujo constante por tratarse del degüello de los animales. 144 Se redujo ligeramente el flujo del efluente, sin embargo, la coloración se 08:43 am encuentra en un tono carmesí (DC143C), esto debido, al sangrado del animal en los carriles de transporte aéreo y la limpieza de la superficie. El color del efluente cambio a una coloración marrón(A52A2A), dado que, se 08:50 am realizaba la evisceración y lavado de las menudencias de los animales faenados. El flujo del efluente disminuyó considerablemente y se mantuvo así por un 08:51- lapso de 11 minutos con un tono tomate (FF6347), así como la descarga fue 09:02 am producto del ultimo enjuague que realizaron de las vísceras rojas. 145 Empezó aumentar ligeramente el caudal cuya coloración fue tono tomate (FF6347), con evidencia de bazofia en el efluente producto de la limpieza de 09:03 am las vísceras e incluso fueron vertidas restos de ellas. El flujo del efluente se mantuvo constante así como su coloración de tono tomate (FF6347), esto a causa, de la limpieza de las vísceras e incluso fueron 09:13am vertidas restos de ellas que sirven de alimento para los perros. El caudal incremento ligeramente, además se oscureció el efluente debido al 09:17 am proceso de evisceración y limpieza de las vísceras blancas. 146 El caudal empezó a disminuir, la coloración en un tono rojo oscuro(8B0000) 09:22 am por el hecho de realizar la limpieza de la carcasa y lavado de vísceras del ganado. Durante este lapso de tiempo el caudal disminuyó bastante, su coloración se 09:33 – tornó ladrillo refractario(B22222) mientras se realizaba la limpieza de la 09:47 am carcasa y la limpieza del piso. 09:48 am El caudal incremento bastante con presencia de materia fecal y bazofia, esto porque, se realizó la limpieza de las vísceras blancas y también su variación en un color (B8860B) 147 09:50 am El caudal se mantuvo constante, sin embargo, la coloración cambio a un tono rojo oscuro(8B0000) debido al proceso de evisceración. 09:52 am El caudal cambió a un tono tomate (FF6347) empezó a disminuir – 10:04 paulatinamente durante la limpieza de las vísceras, y el lavado de las carcasas am del ganado faenado. Nuevamente incremento el caudal del efluente, por el lavado de las vísceras 10:05 am blancas que demostraba tanto el olor a materia fecal como en su coloración (B8860B) 148 En el mismo minuto la coloración cambió a un tono marrón(A52A2A), 10:05 am debido a la limpieza de las vísceras rojas de los animales faenados. El caudal se mantuvo constante, sin embargo, la coloración cambio a un tono 10:06 am rojo oscuro(8B0000) por que nuevamente se inició con el degüello de los ganados. El caudal disminuyó significativamente, se mantuvo así por un periodo de 10 10:09 am- minutos con tono rojo oscuro(8B0000) debido al sangrado de los ganados 10:18am después de haber sido degollados. 149 Incrementó intempestivamente el caudal, cuya coloración fue marrón (A52A2A) y se mantuvo constante por unos 10 minutos mientras se efectuaba 10:19 am la evisceración. Empezó a reducirse el caudal y a mantenerse constante por un lapso de 22 10:27 am minutos, su coloración también varió a un tono (B22222), esto debido, a la limpieza de las carcasas y evisceración. El flujo del efluente disminuyó aún más por unos 5 minutos, a causa del 10:49 am enjuagado de los restos de sangre existentes en la sala de sacrificio. 150 Nuevamente volvió a incrementar el caudal, con una coloración marrón 10:54- (A52A2A) debido al degüello de los animales, junto con el lavado en el 11:00 am desuello. Volvió a disminuir el caudal, la coloración cambió a la vez (B22222) en 11:00 - consecuencia al proceso de degüello y desuello del ganado. 11:16 am El flujo del caudal disminuyó aún más al transcurrir 09 minutos y varió la 11:17 – coloración del efluente (FF6347) esto debido al desollado y enjuague del piso 11:26 am de la sala de sacrificio. 151 11:26- Nuevamente empezó aumentar el caudal, la coloración se tornó marrón 11:30 am (A52A2A) durante el lavado de las menudencias de los ganados 11:31- Se observó una ligera disminución del caudal, así como también su 11:43 am coloración (FF7F50), lo cual corresponde a la limpieza de las vísceras blancas que contienen bazofia. 12:30 pm No hubo ninguna variación en el flujo del efluente debido a la finalización del faenamiento a las 11 :43 horas. Zona de vertimiento del efluente 152 Las actividades de faenamiento en el camal iniciaron a las 8:00 am y culminaron a la 11:43 am, el efluente generado presentó un caudal muy variable, además de la coloración de las aguas residuales que va desde: rojo claro, anaranjado, marrón oscuro, marrón amarillento y guinda, con presencia de materia fecal en sus aguas. ● La determinación de los colores del efluente del camal se realizó considerando esta paleta y codificación de colores. ________________________________ ______________________________ ING. CHAVEZ BERMUDEZ BITIA KURI ING. VARGAS RODRIGUEZ DANTE CIP:184012 CIP: 81018 153 BITACORA DE OBSERVACIÓN N° 03 TESIS: “Eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 del efluente del Camal Municipal Cusco-2021" Lugar: Zona de vertimiento del efluente del camal municipal Coordenadas 8499813 Zona: 19 L Realizado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza 188892 Fecha: 11/05/2022 Hora inicio: 08:00 am Hora final: 01:00 pm Hora Descripción de la observación Registro fotográfico Al llegar a la zona de descarga del efluente, durante el periodo en el que 08:00- realizan sus actividades de faenamiento (8-1 pm) verificado en la anterior 08:51 am visita de observación; encontré que a dicha hora no había aún efluente alguno. Empezó las actividades de faenamiento en el camal, iniciando con un 08:52 - caudal bajo pero constante y una coloración (DC143C), por consiguiente, la 09:12 am sangre del efluente proviene del degüello de los ganados. 154 Incrementó ligeramente el caudal del efluente que se mantuvo constante 09:13 am- por un periodo de 28 minutos, e incluso se evidencia gran cantidad de 09:41am sangre en el efluente por ello la coloración (FF0000), lo que indica que se está realizando el degüello y desollado del ganado. 9:42 am- El flujo se mantuvo constante; sin embargo, la coloración varió (B22222) 09:46 am de modo que, el efluente descargado proviene de la evisceración. El flujo del caudal disminuyó aún más, el color del efluente corresponde a 09:47 am un tono (FF6347), por consiguiente, corresponde al lavado de las carcasas y limpieza de vísceras rojas. 155 Hubo un incremento en el caudal del efluente, debido al lavado de las 09:48 am vísceras rojas, razón por la cual, la coloración del efluente es más rojiza (DC143C) 09:51 am Empezó a disminuir el caudal manteniéndose constante, no obstante, dicho -10:04 am efluente proviene de la evisceración y lavado de vísceras rojas. Nuevamente el caudal aumentó, puesto que, se empezó con la limpieza de las vísceras de los ganados y además, se observó en el efluente restos de 10:05 am menudencias. La coloración del efluente corresponde a un tono marrón (A52A2A) 156 Empezó a disminuir el caudal del efluente, así como la variación en el color 10:10 am de sus aguas (FF6347), esto a causa, del lavado de las vísceras rojas extraídas de las carcasas. Nuevamente se incrementó ligeramente el caudal con una coloración 10:13 am oscura (FF7F50) de sus aguas por la presencia de materia fecal y bazofia presente dentro de las vísceras blancas. El caudal del efluente se mantuvo constante, sin embargo, solo varió el 10:14 am color de las aguas residuales debido a la sangre de las vísceras rojas. 157 Nuevamente se incrementó el caudal y se evidenció la presencia de materia fecal por el olor y también, la coloración marrón (FF7F50) de sus aguas por 10:22 am el lavado de las vísceras blancas. Empezó a disminuir constantemente el caudal, pero su coloración cambió a 10:23 - un tono carmesí (DC143C) debido a la limpieza de las carcasas, así como, 10:32 am los restos de sangre del piso de la sala de sacrificio. Aumentó el caudal y su coloración fue rojiza (DC143C) debido al degüello 10:33 am- del ganado. 10:37 am 158 Nuevamente se incrementó ligeramente el caudal con una coloración 10:38 am oscura (FF7F50) de sus aguas por la evisceración de los ganados sacrificados. Disminuyó el caudal y la coloración del efluente (A52A2A) debido a la 10:39 am limpieza de las carcasas. Durante dicho lapso de tiempo, se inició nuevamente con el degüello de los 10:41 am- animales, por lo cual, en sus aguas residuales se observa el olor y color a 10:48 am sangre (FF0000). 159 Una vez más, volvió a incrementar el caudal del efluente producto de la 10:50 - evisceración y sus aguas residuales presenta una coloración marrón 10:53 am (FF7F50) El incremento del caudal de las aguas residuales(B22222) nuevamente se 10:53 am- debe por el sangrado de los animales en el proceso de degüello. 11:05 am Empezó a disminuir el caudal sin embargo con el transcurrir de los 3 11:06 am- minutos nuevamente incrementará el caudal, esto porque, se realizó la 11:11 am evisceración y el lavado de las menudencias. 160 11:12 am- La disminución del caudal durante este lapso de tiempo fue mayor debido 11:17 am al lavado de las vísceras blancas, las cuales presentaban materia fecal como bazofia del ganado sacrificado. No obstante, 1 minuto después se continuó con el lavado de las vísceras de 11:18 am los ganados sacrificados retirando materia fecal y bazofia. De inmediato volvió a disminuir paulatinamente el caudal del efluente, 11:20 am debido a ser los últimos lavados de las vísceras rojas, y de las carcasas -11:22 am antes de finalizar el faenado. 161 Finalmente, el efluente del camal empezó a disminuir con el tiempo cada vez más debido al agua de lavado restante de las vísceras y lavado de las 11:23 am- carcasas, con una coloración clara (FA8072), no se presentó ninguna 1:07 pm descarga del efluente hasta las 12:45 pm y se detuvo completamente a la 1:07 pm. FA8072 Zona de vertimiento del efluente Las actividades de faenamiento en el camal iniciaron a las 8:52 am y culminaron a la 01:00 pm, el efluente generado presentó un caudal muy variable, además de la coloración de las aguas residuales que va desde: rojo claro, anaranjado, marrón oscuro, marrón amarillento y guinda, con presencia de materia fecal en sus aguas. ● La determinación de los colores del efluente del camal se realizó considerando esta paleta y codificación de colores. ING. CHAVEZ BERMUDEZ BITIA KURI ING. VARGAS RODRIGUEZ DANTE CIP:184012 CIP: 81018 162 BITÁCORA DE OBSERVACIÓN N°04 TESIS: “Eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 del efluente del Camal Municipal Cusco-2021" Lugar: Instalaciones del camal municipal Realizado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Hora inicio: 08:55 am Fecha: 04/08/2022 Hora final: 10 :00 am Descripción de la observación Descripción de la observación Percepciones y anotaciones personales El proceso de sacrificio y faenamiento que se realiza en las El sistema de saneamiento que posee el camal municipal de instalaciones del camal municipal de Cusco consta de las siguientes Cusco, se encuentra operativo. Asimismo, cabe resaltar la existencia de actividades: sedimentadores a los cuales ingresan las aguas residuales que se producen Primeramente, inicia con la recepción de animales en los corrales en la planta, pero debido a su inoperatividad, deficiencia y ocasionando la generación de estiércol y orina, posteriormente se les sobresaturación de lodos, no se logra la decantación de los sólidos realiza una inspección ante-mortem para verificar el estado clínico del suspendidos presentes, más al contrario, se evidenció la generación de ganado vacuno, y así proseguir con el ingreso del animal a la planta de lodo que no es retirado ni se realiza el mantenimiento adecuado. beneficio. Por lo tanto, no existe un tratamiento eficiente de sus aguas Una vez que, ingresan los animales se realiza el lavado para retirar residuales, puesto que, son vertidas directamente mediante una tubería de la materia fecal, lodo y demás restos presentes en su cuero, generando desagüe al río Huatanay, y junto a estos efluentes se eliminan pequeños aguas residuales. residuos de vísceras. Continuando con el proceso, se realiza el aturdimiento del animal mediante un golpe, para continuar con su matanza y desangrado, en el cual se genera gran cantidad de aguas residuales (sangre, orina, bazofia) 163 Seguidamente, se alza el ganado en un carril de ganchos para proseguir con el desuello donde se generan residuos sólidos (patas, cuero, cuernos, cabezas, cola) y aguas residuales producto de la limpieza (sangre, aceites y grasas, materia orgánica) Continuando con el proceso sigue la evisceración donde se extraen todas las vísceras del animal y son transportados al área de lavado, generando en consecuencia aguas residuales de alta carga orgánica (rumen, pelos, grasas). Una vez se tengan las carcasas y vísceras comestibles se realiza la inspección post-mortem, lo cual definirá si estos productos son aptos para su comercialización y entregados a los dueños. ________________________________ ______________________________ ING. CHAVEZ BERMUDEZ BITIA KURI ING. VARGAS RODRIGUEZ DANTE CIP:184012 CIP: 81018 164 G. ANEXOS ANEXO N°01 DIAGRAMA DE FLUJO PROCESO DE FAENAMIENTO DEL CAMAL MUNICIPAL DE CUSCO Fuente: Elaboración Propia 165 ANEXO N°02 DIAGRAMA DE FLUJO PROPUESTA DE TREN DE TRATAMIENTO PARA EL EFLUENTE DEL CAMAL MUNICIPAL DE CUSCO Fuente: Elaboración propia 166 167 169 HOJA DE CÁLCULO N°1 TESIS: “Eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓del efluente del Camal Municipal Cusco-2021" Realizado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Lugar: Hora inicio: Fecha: Hora final: MUESTRA COMPUESTA -PROCESO FENTON Fórmula para el cálculo del caudal instantáneo: Fórmula para el cálculo del volumen de cada alícuota: 𝑽 × 𝑸𝒊 𝑽𝒊 = 𝒏 × 𝑸𝒑𝑽 𝑸 = Donde: 𝒕 Vi: Volumen de cada alícuota o porción de muestra Donde: V: Volumen total a componer Q = Flujo volumétrico o caudal (L/s) Qi: Caudal instantáneo medido en el momento de la V = Volumen(L) toma de muestra t = Tiempo(s) Qp: Caudal promedio durante el muestreo n: Número de muestras tomadas V. N° MEDICION TIEMPO(s) VOLUMEN(L) Qi (L/s) ALÍCUOTA (ml) 1 14.3 50 3.5 1823 2 7.2 50 7.0 3634 3 7.2 50 6.9 3524 4 8.5 50 5.9 3057 5 5.8 50 8.7 4501 6 10.1 50 5.0 2579 7 32.1 50 1.6 812 20000 Caudal promedio 5.49 NOTA: Se realizará la toma de una muestra compuesta. Volumen total a 20 componer ING.CHAVEZ BERMUDEZ BITIA KURI ING.VARGAS RODRIGUEZ DANTE CIP:184012 CIP:81018 170 Registro de datos en laboratorio N°3 171 HOJA DE CÁLCULO N°2 TESIS: “Eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 del efluente del Camal Municipal Cusco-2021" Lugar: Realizado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Fecha: Hora: PROCESO FENTON Cálculo del porcentaje de remoción de la DBO: (𝑪𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 𝑰𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍 𝑫𝑩𝑶𝟓 − 𝑪𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 𝑭𝒊𝒏𝒂𝒍𝑫𝑩𝑶𝟓) 𝑹𝒆𝒎𝒐𝒄𝒊ó𝒏 𝑫𝑩𝑶𝟓(%) = × 𝟏𝟎𝟎 𝑪𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 𝑰𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍 𝑫𝑩𝑶𝟓 𝑫𝑩𝑶𝟓 𝑫𝑩𝑶𝟓 N° DE ANTES DEL DESPUÉS DEL % REMOCIÓN DE EXPERIMENTO TRATAMIENTO TRATAMIENTO 𝑫𝑩𝑶𝟓 (mg /L) (mg L) 01 1207.89 116.09 90.39 02 1207.89 360.91 70.12 03 1207.89 103.17 91.46 04 1207.89 94.23 92.20 05 1207.89 72.91 93.96 06 1207.89 100.59 91.67 07 1207.89 113.31 90.62 08 1207.89 80.13 93.37 09 1207.89 121.78 89.92 10 1207.89 139.13 88.48 11 1207.89 99.73 91.74 12 1207.89 102.05 91.55 13 1207.89 110.26 90.87 14 1207.89 115.43 90.44 15 1207.89 108.27 91.04 ________________________________ ______________________________ ING. CHAVEZ BERMUDEZ BITIA KURI ING. VARGAS RODRIGUEZ DANTE CIP:184012 CIP: 81018 172 REGISTRO DE DATOS N°4 REGISTRO DE DATOS EN CAMPO N°5 173 174 HOJA DE CÁLCULO N°3 TESIS: “Eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓del efluente del Camal Municipal Cusco-2021" Realizado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Lugar: Hora inicio: Fecha: Hora final: MUESTRA COMPUESTA -PROCESO FENTON Fórmula para el cálculo del caudal instantáneo: Fórmula para el cálculo del volumen de cada alícuota: 𝑽 × 𝑸𝒊 𝑽𝒊 = 𝒏 × 𝑸𝒑 𝑽 𝑸 = Donde: 𝒕 Vi: Volumen de cada alícuota o porción de muestra Donde: V: Volumen total a componer Q = Flujo volumétrico o caudal (L/s) Qi: Caudal instantáneo medido en el momento de la V = Volumen(L) toma de muestra t = Tiempo(s) Qp: Caudal promedio durante el muestreo n: Número de muestras tomadas V. ALÍCUOTA N° MEDICION TIEMPO(s) VOLUMEN(L) Qi (L/s) (ml) 1 16.1 50 3.1 964 2 5.9 50 8.4 2612 3 2.1 50 24.0 7461 4 7.5 50 6.7 2066 5 2.6 50 19.4 6015 6 28.7 50 1.7 541 7 45.5 50 1.1 341 20000 Caudal promedio 9.21 NOTA: Se realizará la toma de una muestra compuesta. Volumen total a 20 componer ________________________________ ______________________________ ING. CHAVEZ BERMUDEZ BITIA KURI ING. VARGAS RODRIGUEZ DANTE CIP:184012 CIP:81018 175 CIP: 81018 REGISTRO DE DATOS EN LABORATORIO N°06 176 HOJA DE CÁ LCULO N°04 TESIS: “Eficiencia de los procesos Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓 del efluente del Camal Municipal Cusco-2021" Lugar: Realizado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Fecha: Hora: PROCESO FOTOFENTON Cálculo del porcentaje de remoción de la DBO: (𝑪𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 𝑰𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍 𝑫𝑩𝑶𝟓 − 𝑪𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 𝑭𝒊𝒏𝒂𝒍𝑫𝑩𝑶𝟓) 𝑹𝒆𝒎𝒐𝒄𝒊ó𝒏 𝑫𝑩𝑶𝟓(%) = × 𝟏𝟎𝟎 𝑪𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 𝑰𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍 𝑫𝑩𝑶𝟓 𝑫𝑩𝑶𝟓 𝑫𝑩𝑶𝟓 N° DE ANTES DEL DESPUÉS DEL % REMOCIÓN EXPERIMENTO TRATAMIENTO TRATAMIENTO DE𝑫𝑩𝑶𝟓 (mg O2L) (mg O2L) 01 3946.84 313.69 92.05 02 3946.84 669.84 83.03 03 3946.84 263.56 93.32 04 3946.84 276.41 93.00 05 3946.84 211.91 94.63 06 3946.84 466.87 88.17 07 3946.84 1440.33 63.51 08 3946.84 243.7 93.83 09 3946.84 228.47 94.21 10 3946.84 218.53 94.46 11 3946.84 482.1 87.79 12 3946.84 298 92.45 13 3946.84 271.51 93.12 14 3946.84 268.2 93.20 15 90.44 3946.84 377.47 ________________________________ ______________________________ ING. CHAVEZ BERMUDEZ BITIA KURI ING. VARGAS RODRIGUEZ DANTE CIP:184012 CIP: 81018 177 HOJA DE CÁLCULO N°05 DEL ÍNDICE DE BIODEGRADABILIDAD (IB) DE LAS AGUAS RESIDUALES DEL CAMAL MUNICIPAL DE CUSCO TESIS: “Eficiencia del proceso Fenton y Fotofenton en la remoción de la 𝑫𝑩𝑶𝟓del efluente del Camal Municipal Cusco-2021" Lugar: Realizado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Fecha: Hora inicio: Hora final: Cálculo del índice de biodegradabilidad: 𝑫𝑩𝑶 (IB)= 𝑫𝑸𝑶 Donde: DBO: Demanda biológica de oxígeno DQO: Demanda química de oxígeno ANTES DEL TRATAMIENTO- PROCESO FENTON DBO DQO Índice de biodegradabilidad OBSERVACIONES (mg/L) (mg/L) 1207.89 2501.00 0.48 Vertido poco biodegradable ANTES DEL TRATAMIENTO- PROCESO FOTOFENTON DBO DQO Índice de biodegradabilidad OBSERVACIONES (mg/L) (mg/L) 3946.84 5201.59 0.76 Vertido biodegradable ________________________________ ______________________________ ING. CHAVEZ BERMUDEZ BITIA KURI ING. VARGAS RODRIGUEZ DANTE CIP:184012 CIP: 81018 178 ANEXO N°03 Reportes de laboratorio 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 ANEXO N°04 Panel fotográfico Metodología empleada para la toma de muestra- Proceso Fenton 211 Aplicación del proceso Fenton para la remoción de la DBO de la muestra 212 Metodología de la toma de muestra para el proceso Fotofenton 213 Aplicación del proceso Fotofenton para la remoción de la DBO de la muestra 214 ANEXO N°05 Cadena de custodia de las muestras de efluente tratadas mediante el proceso Fenton 215 216 ANEXO N°06 Cadena de custodia de las muestras de efluente tratadas mediante el proceso Fotofenton 217 218 ANEXO N°07 Etiqueta utilizada en la identificación de muestras -PROCESO FENTON Código punto de monitoreo: PM- 01 Tipo de muestra: Agua residual Fecha de muestreo: Hora: 21/09/22 Muestreado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Tratamiento a realizar: Proceso Fenton Preservada: SI NO Tipo reactivo: Ninguno Etiqueta utilizada en la identificación de muestras -PROCESO FOTOFENTON Código punto de monitoreo: PM- 01 Tipo de muestra: Agua residual Fecha de muestreo: Hora: 08/11/22 Muestreado por: Shiomara Jhamilet Zavaleta Espinoza Tratamiento a realizar: Proceso Fotofenton Preservada: SI NO Tipo reactivo: Ninguno 219 ANEXO N°08 Límites máximos permisibles (LMP) en los vertimientos puntuales de aguas residuales de actividades productivas de ganadería (RESOLUCIÓN N°631-MINAM COLOMBIA). 220 221 222 223 224 225 226 227 228