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Introducción
“Durante la última década, debido a la concentración de la población en zonas urbanas ha aumentado la presión de las ciudades obre los recursos naturales, la dotación de vivienda y la prestación de servicios públicos (agua, saneamientos básicos, energía, etc)” (Velasco, et al., 2019). En efecto al descargar las aguas residuales de origen doméstica e industrial al igual que los residuos sólidos producen cambios en la apariencia del cuerpo de agua del río, olores muy desagradables, así como variaciones en la temperatura; afectando el habitad de la biodiversidad acuática del río en cuanto a la escasez de oxígeno que es vital para la fauna y flora acuática, además de aumentar el riesgo de causar enfermedades si es estas aguas son utilizadas en la agricultura sin ningún tratamiento. Según Humanante, et al. (2021), “el control de saneamiento del agua significa un factor fundamental para la salud del consumidor de los productos a beneficiarse de las aguas tratadas”.
La investigación se realizó en la microcuenca del río Ichu sector de la ciudad de Huancavelica, ubicada a 3660 m.s.n.m. al oeste de la región Lima de Perú, durante el periodo agosto a diciembre del 2019, para determinar la carga de materia orgánica del río Ichu por presión antropogénica de la ciudad de Huancavelica en varios puntos de muestreo. Teniendo en cuenta que el agua es vital para la existencia de la humanidad, este recurso hídrico está siendo cada vez limitado y muy vulnerable a ser contaminada, más aún, si las aguas residuales no tienen un eficiente proceso de purificación o tratamiento adecuado mediante la planta de tratamiento de aguas residuales PETAR de las ciudades o simplemente no se realiza ningún tipo de tratamiento antes de ser desechado a los ríos, como en este caso de las poblaciones adyacentes a la micro cuenca del río Ichu. “La presencia de áreas altamente urbanizadas y contaminadas afecta tanto la cantidad como la composición de la materia orgánica en los ríos a través de las cargas de efluentes y descargas de escorrentías urbanas en las cuencas hidrográficas”. (Knapik, et al., 2015)
La contaminación debido a la materia orgánica es a menudo el que produce una mayor perturbación en el ecosistema la mortalidad de peces, olores, efectos ornamentales, desagradables, la misma que es producida por la disminución del OD, la materia orgánica en términos de remoción o descomposición biológica puede ser biodegradable y no biodegradable (Carpio, 2014).
En tal sentido, en este caso es necesario realizar un control de la carga de materia orgánica del río Ichu en el sector de la ciudad de Huancavelica. En este contexto se planteó el siguiente problema de investigación. ¿Cuál es el porcentaje de remoción de la materia orgánica biodegradable de la microcuenca del río Ichu del sector de la ciudad de Huancavelica?
Al desembocar las aguas residuales con cargas orgánicas a la microcuenca del río Ichu produce una serie de reacciones químicas al mezclarse con desechos sólidos generando olores desagradables, agotando el oxígeno al tratar de realizar una autodepuración en consecuencia la biodiversidad acuática del cuerpo receptor es afectada y poniendo en peligro la salud de las personas que tienen sus viviendas en la ribera del río de la ciudad de Huancavelica; es decir no se realiza ningún tipo de monitoreo para garantizar la calidad del agua del río por parte de las autoridades del sector EMAPA Huancavelica, ANA, entre otras.
Las aguas río abajo discurre varios kilómetros hasta mezclarse con las aguas del río Mantaro, en su trayecto existen grandes extensiones de agricultura y campesinos dedicados a la ganadería de varias poblaciones como el de Yuli, Acoria, Moya entre otros centros poblados, al ser utilizadas como regadío de una serie de productos agrícolas y como bebida para los animales e incluso para algunos habitantes en el tramo descrito se convierte en un peligro para la salud, teniendo en cuenta que se consumen los productos de la agricultura y se benefician a los animales para consumo humano. En consecuencia, se justifica el presente estudio ya que tiene un aporte al conocimiento para la prevención de una serie de efectos negativos de las aguas del río Ichu para la biodiversidad y un peligro para la salud humana.
En esta perspectiva en el presente estudio, se realizó la recopilación de información in situ mediante la técnica de la observación de las condiciones del río como receptor de carga orgánica proveniente de la población de la ciudad de Huancavelica, así mismo, se realizó muestreos de agua en diferentes sectores del río para sus respectivos análisis, determinación del porcentaje de carga orgánica contrastando con estándares nacionales entre otras fuentes documentales para cumplir con el objetivo general: Determinar el porcentaje de remoción de materia orgánica biodegradable de la microcuenca del río Ichu del sector de la ciudad de Huancavelica y como objetivos específicos: Determinar los parámetros fisicoquímicos como la temperatura y potencial de hidrógeno del agua de río; y determinar las concentraciones de la demanda bioquímica de oxígeno en el agua del río Ichu del sector de la ciudad de Huancavelica. Según Gualdrón (2016), DBO5 es un indicativo de la carga polucional que pueden generar los desechos domésticos e industriales de carácter orgánico al ser descargado en corrientes de agua en las que existen condiciones aeróbicas. Generalmente, se determina la demanda a los cinco (5) días y mediante ecuaciones de cinética bacteriana se extrapolan los resultados a los 20 días, para obtenerlos más rápidamente.
En tal sentido, se determinó la demanda bioquímica de oxígeno DBO5, la temperatura promedio del cuerpo de agua y otros parámetros in situ en diferentes puntos de muestreo en el sector de estudio del río Ichu realizados mensualmente, para evaluar el porcentaje de remoción de la carga orgánica y análisis respectiva, se aplicó la estadística a los datos recabados en el tramo de estudio.
Materiales y métodos
La calidad de las aguas residuales generalmente se evalúa mediante pruebas físicas, químicas y microbiológicas (Carstea, et al., 2016). Entre estas técnicas, a menudo se confía en la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), la demanda química de oxígeno (DQO) y el carbono orgánico total (TOC) (Bourgeois, et al., 2001; Bridgeman, et al., 2013). En tal sentido, se determinó el DBO5 mediante el sistema de medición DBO BD 600 de Lovibond Water Testing, para el cual se utilizaron botellas de incubación para la DBO, de 56 a 428 mL de capacidad, previamente esterilizadas, tapadas con una copa de papel o plástica o un capuchón metálico sobre la boca de la botella y como reactivos: Solución de tampón -Potassium Hydroxide Solution, 45% y dosificación inhibidora de nitrificación sulfato. Para el muestreo de agua de río se utilizó envases de vidrio de 500 mL, termómetro, pHmetro y GPS para especificar las coordenadas del punto de muestreo.
En la metodología aplicada, no se manipuló deliberadamente las variables midiendo tal como se presentó en el medio acuático, donde se ha utilizado el protocolo del Ministerio del Ambiente en Perú (2017), que establece la distribución de los puntos de monitoreo; un punto debe ubicarse en la naciente del recurso hídrico que debe ser el punto de referencia (blanco) y los puntos de monitoreo ubicarlos aguas arriba y aguas abajo de una descarga de agua residual al recurso hídrico; en tal sentido se han localizado cuatro descargas de aguas residuales más importantes que recibe el río Ichu en los sectores del camal municipal, hospital ESSALUD, el barrio Ascensión y el puente colgante en el barrio San Cristóbal de la ciudad de Huancavelica. De acuerdo al protocolo se consideró otro punto de monitoreo a 80 metros aguas abajo antes de la confluencia del río Taxanapampa, en cada puto de monitoreo se estableció mediante coordenadas UTM, nombre y descripción del lugar previo al muestreo de agua. Luego se trasladó las muestras al laboratorio para el análisis de la DBO5.
La investigación se realizó en las aguas de la microcuenca río Ichu en el tramo de la ciudad de Huancavelica, ubicado en la región de Huancavelica; de acuerdo al protocolo del Ministerio del Ambiente y ANA (2011) para calidad de recursos hídricos, el punto de muestreo 1, es el punto de monitoreo de referencia en blanco ubicado antes de las descargas de aguas residuales y los puntos de muestreo 2, 3, 4 y 5 son ubicados después de las descargas de las aguas residuales de la ciudad de Huancavelica y el punto 6 es el punto de monitoreo de referencia para la investigación (Figura 1).
En la tabla 1, se presentan los puntos de muestra (PM) con sus respectivas coordenadas ubicados en la micro cuenca del río Ichu correspondiente a la parte urbana de la ciudad de Huancavelica.
Tabla 1 - Puntos de muestreo en el río Ichu.
| Puntos de muestra y referencia | PM1 Bocatoma vertiente | PM2 Altura del camal | PM3 Pasando por ESSALUD | PM4 Ascensión | PM5 Puente colgante | PM6 Puente ejército |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Coordenadas UTM |
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Para la recolección de muestras de agua de corrientes del río Ichu se utilizó el protocolo nacional para el monitoreo de la calidad de los recursos hídricos superficiales resolución Jefatural N° 010-2016-ANA, frascos de vidrio de medio litro de capacidad debidamente esterilizados, ubicado el punto de muestra se sumergió el frasco a u unos 20 cm de profundidad con la boca del frasco con ligera inclinación hacia arriba a contra corriente en el cuerpo del agua de río, luego de tapar y ajustar fuertemente se rotuló para su trasladó al laboratorio mediante un cooler con hielo.
Las muestras para determinación de la DBO5 se analizaron con prontitud; cuando no es posible, se recomienda refrigerar a una temperatura cercana al punto de congelación, para evitar la degradación durante el almacenamiento, dando como resultado valores bajos. Sin embargo, es necesario mantenerlas el mínimo tiempo posible en almacenamiento a bajas temperaturas 4ºC o menos. Antes del análisis se calentó a 20ºC. teniendo en cuenta las indicaciones para muestras simples. En este caso el análisis se emprendió en el intervalo de 2 h después de la recolección no fue necesario refrigerarlas.
Para medir el DBO5 se utilizó volúmenes de las muestras de acuerdo a la tabla 2, en cual el pH de la muestra tenía que estar entre 6.5 y 7.5 y a los que no estuvieron en este rango se reguló el pH para medir y leer el DBO en el equipo.
Las diluciones se efectuaron en probetas y luego transferidas a las botellas de DBO.
Para preparar el agua de dilución, se colocaron la cantidad de agua necesaria en una botella y se agregaron por cada botella la cantidad requerida y saturarla por agitación del equipo del DBO y también se agregó gotas de Inhibición de la nitrificación (tabla 2) a las muestras contenidas en botellas. Luego se manipuló el equipo poniendo en el rango requerido y se esperó 5 días para obtener los datos de dicha muestra.
Los datos de la demanda bioquímica de oxígeno DBO5 durante cuatro meses reportados por el laboratorio de análisis de agua de la Universidad Nacional de Huancavelica fueron procesados a fin de determinar el porcentaje de materia orgánica biodegradable de las aguas del río Ichu del sector de la ciudad de Huancavelica, el mismo que se determinó mediante la fórmula (1) planteado por Zabaleta (2016).
e = [(DBO5(afluente) - DBO5(efluente)) / DBO5(afluente)]*100 (1)
Donde:
е = % de eficiencia de remoción de materia orgánica biodegradable
DBO5(afluente) = Concentración de materia orgánica en los puntos de muestreo 2,3,4 y 5
DBO5(efluente) = Concentración de materia orgánica en el punto 6 de muestreo antes del encuentro con el río Taxanapampa.
Luego con los datos de porcentaje de remoción de materia orgánica biodegradable de cada mes se calculó el promedio con la fórmula 2:
Donde:
Promedio aritmético
X = Valor individual de cada dato
n = número de datos.
Resultados y discusión
Se presentan los resultados de la investigación en base a la información recogida mediante las técnicas e instrumentos de estudio en datos cuantitativos de análisis descriptivo e inferencial, las que se objetivan mediante cuadros estadísticos, gráficos y testimonios de acuerdo a las hipótesis de trabajo y su relación con cada una de las manifestaciones de la variable independiente.
Tabla 3 - Promedio de datos medidos in situ.
| Puntos de muestra | PM1 | PM2 | PM3 | PM4 | PM5 | PM6 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Temperatura del agua en °C | 16 | 16,5 | 16,5 | 16,4 | 16,2 | 16,5 |
| Potencial de hidrógeno | 8,3 | 7,22 | 7,7 | 7,52 | 7,14 | 7,13 |
En la tabla 3, el potencial de hidrógeno del agua desde un valor de 8,3 en el punto de muestra PM1 del río Ichu, tiene una tendencia descendente hasta pH de 7,13 en el punto 6, debido a las descargas recibidas de aguas residuales de la parte urbana de la ciudad de Huancavelica. Las temperaturas del agua de río muestreados de 8,0 a 9,20 horas tienen ligeras variaciones en todos los puntos de muestreo en promedio de 16,35 °C, factor importante para que se realicen diferentes reacciones químicas dentro del cuerpo de agua, Sarochar (2009), sobre las variaciones de temperatura menciona “la cantidad de energía solar recibida, en cualquier región del planeta, varia con la hora del día, estación del año, altitud”.
En la figura 2, se muestran los resultados de la concentración de demanda bioquímica de oxígeno del agua del río Ichu en mg/L de los 6 puntos de muestra, teniendo en cuenta que los muestreos fueron realizados durante los meses de setiembre a diciembre del año 2019.
En la figura 3, se observa los promedios de la demanda bioquímica de oxígeno del agua del río Ichu en mg/L por punto de muestra en el sector de la ciudad de Huancavelica, apreciándose una tendencia ascendente. En el primer punto de muestra DBO5 es de 20,8 mg/L, se evidencia poca descarga de materia orgánica hacia el río; aumenta la concentración en forma ascendente hasta el punto de muestra 4 con DBO5 30,3 mg/L y luego disminuye ligeramente hasta el punto 6 aguas abajo del río con DBO5 27 mg/L.
La tendencia ascendente de la concentración de la demanda bioquímica de oxígeno es debido a la creciente descarga sin previo tratamiento de aguas residuales conforme discurre el cuerpo de agua del río; estas aguas residuales cargadas de gran cantidad de materia orgánica provienen de las diferentes instituciones, hospitales, microempresas, hoteles, mercados y de domicilios de la ciudad de Huancavelica.
Tabla 4 Normalidad para demanda bioquímica de oxígeno.
| Pruebas de normalidad | ||||||
| Kolmogorov-Smirnova | Shapiro-Wilk | |||||
| Estadístico | gl | Estadístico | gl | Estadístico | gl | |
| DBO5 | ,319 | 6 | ,056 | ,803 | 6 | ,062 |
Criterio para determinar Normalidad:
P - Valor ≥ α Aceptar Ho (Los datos provienen de una distribución Normal)
P - Valor < α Aceptar H1 (Los datos No provienen de una distribución Normal)
Normalidad: P - Valor = 0,062 > α = 0,05
Interpretación:
De la tabla 4, P- valor 0,062 es mayor que 0,05 por tanto, se rechaza H1 y aceptamos Ho (Los datos provienen de una distribución Normal).
Tabla 5 - Medidas de tendencia central y dispersión para DBO5.
| Parámetro | fi | media | mediana | Desv. Std. | Varianza | Cuantil max. | Cuantil min. | Coef. var. |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| DBO5 | 6 | 27,1 | 28,05 | 3,28 | 10,766 | 30,3 | 28,8 | 12,05 |
De la tabla 5, los resultados del procesamiento de datos correspondiente a 6 observaciones de concentración de DBO5, se encuentran entre 28,8 mg/L a 30,3 mg/L, con una media de concentración de DBO5 de 27,1 mg/L, una desviación estándar de 3,28 mg/L, varianza de 10.766 mg/L y un coeficiente de variación de 12,05 mg/L, el cual nos indica que nuestros datos presentan una homogeneidad respecto la media (Figura 4).
Prueba de hipótesis
a) Planteamiento de la hipótesis
Ha: La concentración de DBO5 en la micro cuenca del río Ichu en la parte urbana de Huancavelica si cumple con el estándar de calidad ambiental (ECA-Agua), categoría 4 (conservación del ambiente acuático) E2.
Ho: La concentración de DBO5 en la micro cuenca del río Ichu en la parte urbana de Huancavelica no cumple con el estándar de calidad ambiental (ECA-Agua), categoría 4 (conservación del ambiente acuático) E2.
b) Niveles de significación.
Nivel de significación alfa = 0.05 %
Ha: u < 10 La concentración de DBO5 en la micro cuenca del río Ichu en la parte urbana de Huancavelica si cumple con el estándar de calidad ambiental (ECA-Agua), categoría 4 (conservación del ambiente acuático) E2.
Ho: u ≥ 10 La concentración de DBO5 en la micro cuenca del río Ichu en la parte urbana de Huancavelica no cumple con el estándar de calidad ambiental (ECA-Agua), categoría 4 (conservación del ambiente acuático) E2.
c) Estadístico de prueba
Se utilizó la prueba de T de student (Tabla 6) y se obtuvo un p - valor:
T de una muestra
Prueba de μ = 10 vs. < 10
Tabla 6 - Prueba de T de Student.
| N | Media | Desv. Est. | Error estandart de la media | Límite superior de 95% | T | P |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 6 | 27,09 | 3,27 | 1,33 | 29,78 | 12,82 | 1,000 |
Utilizando el valor P:
Si, P - Valor > α (Nivel de significancia) Se acepta Ho.
Si, P - Valor < α (Nivel de significancia) Se rechaza Ho.
d) Regla de decisión
PRUEBA DE T: P - Valor = 1,000 > α = 0,05
Por tanto:
Se rechaza la Ho: u ≥ 10
Se acepta la Ha: u < 10
Como el P - Valor es mayor que el nivel de significancia 0,05 (1,000 > 0,05), aceptamos la hipótesis nula y rechazamos la hipótesis alterna, luego podemos concluir que a un nivel de significancia del 0,05; la concentración de DBO5 en la micro cuenca del río Ichu en la parte urbana de Huancavelica no cumple con el estándar de calidad ambiental (ECA-Agua), categoría 4 (conservación del ambiente acuático) E2 (Figura 5).
El valor de Tc = 12,82 cae fuera de la región critica (RC = ˂-∞, t (0.05, 6-1)> = <-∞, -2,015>), por tanto, se rechaza la Hipótesis alterna y se acepta la Hipótesis Ho la media de concentración de DBO5, la concentración de DBO5 en la micro cuenca del río Ichu en la parte urbana de Huancavelica no cumple con el estándar de calidad ambiental (ECA-Agua), categoría 4 (conservación del ambiente acuático) E2, en consecuencia se valida el estudio de la variable con un grado de significancia estadística de 0,05.
Tabla 7 - Remoción de materia orgánica biodegradable del río Ichu.
| DBO5 | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Set | Oct | Nov | Dic | Prom. | |
| Promedio de las PM 2,3,4 y 5 | 28,8 | 29 | 29 | 28 | 28,7 |
| Promedio remoción orgánica | 2,78 | 6,90 | 6,90 | 7,14 | 5,93 |
Según el decreto supremo N° 004-2017 (Perú. Ministerio del Ambiente, 2017) los estándares de calidad ambiental (ECA) para agua, categoría 4 subcategoría E2 para ríos menciona “entendiéndose como aquellos cuerpos naturales de agua lóticos, que se mueven continuamente en una misma dirección”, la demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) es de 10 mg/L. Sin embargo, esta concentración es menor en todos los sectores del río, ya que se puede apreciar la DBO5 de 20,8 mg/L hasta 27 mg/L aguas abajo. Es decir, en todos los puntos de muestreo superan los estándares de calidad ambiental para agua de río. Contrastándose la hipótesis estadísticamente donde la concentración de DBO5 en la microcuenca del río Ichu en la parte urbana de Huancavelica no cumple con el estándar de calidad ambiental (ECA-Agua), categoría 4 (conservación del ambiente acuático) E2, se valida la investigación de la variable con un grado de significancia estadística de 0,05. Según Cusiche & Miranda (2019), “las descargas de aguas residuales es factor contaminante con peligro de toxicidad para la vida acuática, afectando especies de flora y fauna endémica y en general todo el ecosistema”.
En la tabla 7, se observa que 5,93% de remoción de materia orgánica biodegradable representa baja biodegradabilidad de los carbohidratos lípidos y proteínas componentes de la materia orgánica (MO) en las aguas residuales que es receptor el río Ichu. Según Mejía-Lopez, et al. (2017), en su trabajo de investigación de remoción de contaminantes orgánicos en agua residual doméstica mediante prototipo a escala de laboratorio concluye que al lograr un porcentaje de remoción del 88% de la materia orgánica expresada en DQO, se recomienda a la comunidad considerar la utilización de un sistema de tratamiento de lodos activados para evitar los malos olores y la baja eficiencia del tratamiento actual.
Benítez (2013), menciona que “gran parte de las sustancias que transporta el agua residual, ya sea disuelta, suspendida o coloidal, es materia orgánica como carbohidratos, lípidos y proteínas de los cuales una parte importante es biodegradable”. Es importante indicar que las materias orgánicas biodegradables son utilizadas por los microorganismos para su metabolismo y como fuente de energía a fin de cumplir con su ciclo vital. Según Hernández (2019), afirma que “esta propiedad es la que permite que las aguas residuales puedan ser depuradas por medio de microorganismos, que utilizan estas sustancias como alimento y fuente de energía para su metabolismo y reproducción”. Idea que es complementada por Rosenkranz (2013), la materia fácilmente biodegradable estaría formada por las moléculas de pequeño tamaño (ácido acético, glucosa, etanol, entre otros.) que a medida que son degradadas por los microorganismos, da como resultado final el aumento de la población al ser utilizadas como fuente de alimentación.
Conclusiones
La remoción de la materia orgánica biodegradable de las aguas de la microcuenca del río Ichu del sector de la ciudad de Huancavelica es de 5,93 %. Mientras que el potencial de hidrógeno del agua tiene tendencia descendente aguas abajo de 8,3 a 7,13 en el tramo de estudio del río Ichu, debido a las descargas recibidas de aguas residuales de la parte urbana de la ciudad de Huancavelica. Las temperaturas del agua del río tienen ligeras variaciones siendo la media de 16,35 °C, muestreados de 8,0 a 9,20 horas.
La demanda bioquímica de oxígeno del agua de la micro cuenca del río Ichu es de 20,8 mg/L hasta 27 mg/L aguas abajo superando los 10 mg/L de los ECA, en tal sentido en la parte urbana de Huancavelica no cumple con el estándar de calidad ambiental (ECA-Agua), categoría 4 (conservación del ambiente acuático) E2, se valida el estudio de la variable con un grado de significancia estadística de 0,05. El DBO5 presenta mayor nivel de contaminación en el sector del barrio de Ascensión en el mes de noviembre, debido a la mayor carga orgánica de las aguas residuales. En consecuencia, se recomienda realizar el tratamiento antes de desecharlo al río Ichu.
