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Contaminación del recurso
hídrico
Modelos de calidad de agua
Ing. Pilar Alva Tafur
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POR QUÉ?
AGUAS
RESIDUALES
DOMESTICAS
Consumo humano
Riego agrícola
Productos hidrobiológicos
RÍO
MAR
LAGO
USOS RELACIONA...
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Contaminación de ríos
 Materia orgánica
 Déficit de oxígeno
 Patógenos
 Sustancias tóxicas
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Contaminación de lagos
 Eutroficación
 Patógenos
 Sustancias
tóxicas
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Contaminación del mar
 Materia orgánica
 Déficit de oxígeno
 Patógenos
 Sustancias tóxicas
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HASTA CUANTO?
 Legislación
 Capacidad
asimilativa del
cuerpo receptor
 Tipo de uso de
los efluentes
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Hasta cuanto tratar?
Aspectos legales
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 Categoría 1: Poblacional y Recreacional
 Sub Categoría A: superficiales destinadas a la
producción de agua potable

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Categorías – ECAs Agua
DS 002–2008–MINAM
 Categoría 2: Actividades Marino Costeras
 Sub Categoría C1: extracción y cul...
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 Categoría 3: Riego de vegetales y bebida de
animales
 I: Vegetales de tallo bajo
 II: Vegetales de tallo alto
 III...
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 Categoría 4: Conservación del ambiente acuático
 I: Lagunas y lagos
 II: Ríos

de la costa y sierra
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de la selva)...
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Límites Máximos Permisibles para efluentes de
PTAR
DS 003-2010-MINAM
Parámetro Unidad LMP
Aceites y grasas mg/L 20
Coli...
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Aprovechar la capacidad
asimilativa del cuerpo receptor
Modelos de calidad del agua
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Modelos de calidad de agua
 Ríos: Soluciones analíticas
 Estuarios, lagos y mar: soluciones
numéricas – segmentos fin...
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Balance de masas
Qe
Ce
Qr
Cr
Co
(Qr + Qe)
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Contaminantes conservativos
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Modelo Simplificado
• El modelo simplificado se aplica a los parámetros
tradicionales: Demanda Bioquímica de Oxígeno
(D...
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Modelo simplificado – Parámetros
Tradicionales -Información necesaria
 Caudal de estiaje del río o arroyo
 Profundida...
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Realizar el balance de masas
ARRío
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(mezcla)
QQ
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(mezcla)
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Comparar con los ECAs y LMP
DBOdeECA≤(mezcla)DBO
CFdeECA≤(mezcla)CF
Si el valor de la mezcla es mayor que el
ECA, se re...
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Determinar el valor máximo en el
efluente
AR
RíoRíoARRíoDBO
(efluente)
Q
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RíoRíoARRíoCF
(efluent...
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Determinar las eficiencias
requeridas
100x
DBO
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Curva de oxígeno disuelto
Curva de oxígeno disuelto
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La condición más desfavorable
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Donde...
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La distancia crítica y déficit crítico
están definidos por la función:
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Valores del coeficiente de
asimilación “Φ”
Tipo de río Profundidad (m) Φ
Quebradas < 0,6 9,5
Arroyos 0,6 – 1,5 3,5
Ríos...
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  1. 1. 1 Contaminación del recurso hídrico Modelos de calidad de agua Ing. Pilar Alva Tafur
  2. 2. 2 POR QUÉ? AGUAS RESIDUALES DOMESTICAS Consumo humano Riego agrícola Productos hidrobiológicos RÍO MAR LAGO USOS RELACIONADOS A LA SALUD DE LAS PERSONAS MPACTO EN LOS USOS DEL CUERPO RECEPTOR
  3. 3. 3 Contaminación de ríos  Materia orgánica  Déficit de oxígeno  Patógenos  Sustancias tóxicas
  4. 4. 4 Contaminación de lagos  Eutroficación  Patógenos  Sustancias tóxicas
  5. 5. 5 Contaminación del mar  Materia orgánica  Déficit de oxígeno  Patógenos  Sustancias tóxicas
  6. 6. 6 HASTA CUANTO?  Legislación  Capacidad asimilativa del cuerpo receptor  Tipo de uso de los efluentes
  7. 7. 7 Hasta cuanto tratar? Aspectos legales
  8. 8. 8  Categoría 1: Poblacional y Recreacional  Sub Categoría A: superficiales destinadas a la producción de agua potable  A1: pueden ser potabilizadas con desinfección  A2: pueden ser potabilizadas con tratamiento convencional  A3: pueden ser potabilizadas con tratamiento avanzado  Sub Categoría B: superficiales destinadas para recreación  B1: Contacto primario  B2: Contacto secundario Categorías – ECAs Agua D.S. N° 002–2008–MINAM
  9. 9. 9 Categorías – ECAs Agua DS 002–2008–MINAM  Categoría 2: Actividades Marino Costeras  Sub Categoría C1: extracción y cultivo de mariscos bivalvos  Sub Categoría C2: extracción y cultivo de otras especies hidrobiológicas  Sub Categoría C3: otras actividades
  10. 10. 10  Categoría 3: Riego de vegetales y bebida de animales  I: Vegetales de tallo bajo  II: Vegetales de tallo alto  III: Bebida de animales Categorías – ECAs Agua DS 002–2008–MINAM
  11. 11. 11  Categoría 4: Conservación del ambiente acuático  I: Lagunas y lagos  II: Ríos  de la costa y sierra  de la selva)  III: Ecosistemas marino costeros  Estuarios  Marinos (500 m de la línea paralela de baja marea hasta los límites territoriales) Categorías – ECAs Agua DS 002–2008–MINAM
  12. 12. 12 Límites Máximos Permisibles para efluentes de PTAR DS 003-2010-MINAM Parámetro Unidad LMP Aceites y grasas mg/L 20 Coliformes Termotolerantes NMP/100mL 10000 DBO mg/L 100 DQO mg/L 200 pH unidad 6,5 - 8,5 Sólidos Suspendidos Totales mg/L 150 Temperatura °C <35
  13. 13. 13 Aprovechar la capacidad asimilativa del cuerpo receptor Modelos de calidad del agua
  14. 14. 14 Modelos de calidad de agua  Ríos: Soluciones analíticas  Estuarios, lagos y mar: soluciones numéricas – segmentos finitos  Parámetros de calidad:  Conservativos: Sólidos en suspensión  No conservativos: Materia orgánica, patógenos  Consecutivos: Oxígeno disuelto, nutrientes
  15. 15. 15 Balance de masas Qe Ce Qr Cr Co (Qr + Qe) Qr.Cr + Qe.Ce Qr + Qe Co =
  16. 16. 16 Cinética de reacción Qr Cr Qe Ce Co x U dC dx = -K.C C = Co.e -K.x U Co x
  17. 17. 17 Capacidad asimilativa C x Co Co’ Co” Co”’ Contaminantes conservativos C x Co Co’ Co” Co”’ Contaminantes no conservativos Qr Cr Q1 C1 Q2 C2 Q3 C3 Q4 C4
  18. 18. 18 Modelo Simplificado • El modelo simplificado se aplica a los parámetros tradicionales: Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), Oxígeno Disuelto y Coliformes Fecales (CF) o Coliformes Termotolerantes. • El modelo se basa en la aplicación de un simple balance de masas para los parámetros DBO y CF y la estimación del oxígeno disuelto mínimo con base a una relación de primer orden para el déficit.
  19. 19. 19 Modelo simplificado – Parámetros Tradicionales -Información necesaria  Caudal de estiaje del río o arroyo  Profundidad promedio del río, en el tramo en estudio, para la época de estiaje.  Temperatura promedio mensual en el período de estiaje.  DBO del agua residual  DBO del río o arroyo, asumir un valor igual o menor que 2 mg/L.  CF del agua residual cruda, asumir 108 CF/100 ml.  CF del río o arroyo, asumir un valor igual o menor que 10 CF/ 100mL.
  20. 20. 20 Realizar el balance de masas ARRío ARARRíoRío (mezcla) QQ QDBOQDBO DBO + + = ARRío ARARRíoRío (mezcla) QQ QCFQCF CF + + =
  21. 21. 21 Comparar con los ECAs y LMP DBOdeECA≤(mezcla)DBO CFdeECA≤(mezcla)CF Si el valor de la mezcla es mayor que el ECA, se requiere tratamiento Además, estos valores deben cumplir con los LMP para efluentes de PTAR
  22. 22. 22 Determinar el valor máximo en el efluente AR RíoRíoARRíoDBO (efluente) Q QDBO-)Q(QLMP DBO + = AR RíoRíoARRíoCF (efluente) Q QCF-)Q(QLMP CF + =
  23. 23. 23 Determinar las eficiencias requeridas 100x DBO DBODBO (%)requeridaeficiencia AR efluenteelenmáximaAR − = 100x CF CFCF (%)requeridaeficiencia AR efluenteelenmáximoAR − =
  24. 24. 24 Curva de oxígeno disuelto Curva de oxígeno disuelto 0 5 10 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Distancia (Km) O.D.(mg/L) Cs Dc ODmín cmín DCSOD −=
  25. 25. 25 Oxígeno Disuelto de Saturación (Cs) ( ) ( )2 0.000246T0.07174T1.52673 8005E- 32 T T ep e760P p760 pP f 4T0.000077770.007991T0.41022T14.652CS f.CSCS −+ = = − − = −+−= = T = Temperatura, en °C P = Presión atmosférica, en mm Hg P = presión de vapor a la temperatura T, en mm Hg E = Elevación del tramo en estudio en metros sobre el nivel del mar
  26. 26. 26 La curva de OD está definida por la función:             −      + − = U Ka.x - U Ka.x U Kr.x - ee-(eD *) KrKa Kd.Lo Do Lo = DBO ultima de la mezcla Ka = Constante de reareación Kd = Constante de desoxigenación Kr = Constante de remoción de DBO KaT = Ka20°C*1.024^(T-20) KdT = Ka20°C*1.047^(T-20) KrT = Ka20°C*1.047^(T-20)
  27. 27. 27 La condición más desfavorable es la del déficit crítico       − = φ1 φ oc ΦLD Método de Evaluación Rápida Donde, Dc: déficit crítico, mg/l φ: Coeficiente de asimilación, adimensional Lo: DBO última en el río una vez producida la mezcla con las aguas residuales. Lo = DBO5(mezcla) x 1.46 (valor aceptable para el caso de aguas residuales domésticas)
  28. 28. 28 La distancia crítica y déficit crítico están definidos por la función: Lo)]*kr)/(kd-(ka*Do-1Ln[-ka/kr(*xc KrKa u − =       = U Kr.xc - e*Lo*Dc Ka Kd. Xc: distancia crítica Dc: déficit crítico
  29. 29. 29 Valores del coeficiente de asimilación “Φ” Tipo de río Profundidad (m) Φ Quebradas < 0,6 9,5 Arroyos 0,6 – 1,5 3,5 Ríos pequeños 1,5 – 3,0 1,5 Ríos intermedios 3,0 – 6,0 0,65 Ríos grandes 6,0 – 9,0 0,35 Ríos muy grandes > 9,0 0,2 Kd Ka =Φ

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