PREMIO A LA INVESTIGACION AMBIENTAL

MINISTERIO DEL AMBIENTE FONDO NACIONAL DEL AMBIENTE UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTA MARIA

“TRATAMIENTO ECOLÓGICO, UNA ALTERNATIVA SUSTENTABLE PARA LA PURIFICACION DE AGUAS CONTAMINADAS DESTINADAS AL RIEGO DE CULTIVOS EN AREQUIPA” INFORME FINAL

HUGO APAZA AQUINO

AREQUIPA - PERÙ

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INDICE DE CONTENIDOS

Pág.

RESUMEN………………………………………………………………………………………..5 INTRODUCCION………………………………………………………………………………...6 CAPITULO I: GENERALIDADES……………………………………………………………..8 1.1.

Formulación del Problema y Justificación………………………………...………….8

1.2.

Objetivos…………………………………………………………………………….…...9 1.2.1. Objetivo Principal 1.2.2. Objetivos Específicos

1.3.

Justificación……………………………………………………………………………..10 1.3.1. Social 1.3.2. Técnica 1.3.3. Ambiental

CAPITULO II: MARCO TEORICO…………………………………………………………….11 2.1.

Tratamiento de Aguas Residuales……………………………………………………11

2.2.

Cultivo de Nopal……………………………………………………………………...…12

2.3.

Coagulación-Floculación……………………………………………………………….16

2.4.

Filtración………………………………………………………………………………….19

2.5.

Agricultura en Arequipa……………………………………………………………...…20

2.6.

Potenciales impactos ambientales…………………………………….………….…..20

2.7.

Marco legal……………………………………………………………….………….…..21

CAPITULO III: MATERIALES Y METODOS………………………………………………….26 3.1. Lugar de ejecución……..……………………………………………………………….…..26 3.2. Materiales…...………………………………………………………………………………..26 3.2.1. Material biológico

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3.2.2. Reactivos 3.2.3. Material de laboratorio 3.2.4. Equipos de laboratorio 3.3. Metodología…………………………………………………………………………………..28 3.3.1. Obtención de las muestras del río Chili-Arequipa 3.3.2. Análisis fisicoquímico de la muestra 3.3.3. Determinación de los sólidos sedimentables totales (SST) 3.3.4. Obtención del mucílago del nopal Opuntia ficus 3.3.5. Evaluación del extracto de nopal Opuntia ficus, como coagulante-floculante 3.3.6. Determinación de parámetros fisicoquímicos pre y post –tratamiento 3.3.7. Diseño y construcción de un sistema de filtración 3.3.8. Evaluación de la eficiencia del sistema de filtración 3.3.9. Acondicionamiento del terreno y plantación del nopal 3.3.10. Obtención del mucílago del nopal Opuntia ficus, para tratamiento in situ 3.3.11. Preparación del sistema in situ 3.3.12 Producción de cochinilla 3.3.13 Recolección de productos secundarios 3.3.14 Determinación de la concentración optima de Sulfato de Aluminio 3.3.15. Aplicación de la solución de sulfato de aluminio in situ CAPITULO IV: PRESENTACION Y DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS………………46 4.1. Obtención de las muestras del río Chili-Arequipa………………………………………..46 4.2. Análisis fisicoquímico de la muestra……………………………………………………....48 4.3. Determinación de la actividad del nopal Opuntia ficus como coagulante- floculante..50 4.4. Determinación de parámetros fisicoquímicos pre y post – tratamiento con el sistema……………………………………………………………………….52

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4.5. Determinación de parámetros fisicoquímicos pre y post–tratamiento con el sistema in situ. ………………………………………………………………………………………………...55 CONCLUSIONES………………………………………………………………………………...63 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS..................................................................................66

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LISTA DE SIMBOLOS

DBO5: Demanda Bioquímica de Oxigeno DQO: Demanda Química de Oxigeno D: Densidad UNT: Unidades Nefelométricas de Turbidez Ppm: Partes por millón ml: Mililitros L: Litro h: Hora Min: Minuto LMP: Límite Máximo Permisible NMP: Número más probable

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RESUMEN El presente trabajo de investigación tiene el objetivo principal de desarrollar un sistema de tratamiento para la purificación de aguas que estén destinadas al riego de cultivos agrícolas. El presente documento describe la experimentación en laboratorio y campo. Esta experimentación comprende el análisis fisicoquímico de las aguas del río Chili, el desarrollo del sistema en laboratorio, y el acondicionamiento del nopal en el terreno in situ. El análisis inicial que se realizó en las aguas del río Chili muestra el grado de contaminación que tiene, en especial en relación a los valores de coliformes fecales y totales. Estos valores van entre los 17’000,000 y 22’000,000 NMP/100ml. Asimismo, se identificó presencia de metales tales como el aluminio, con una concentración de 0.952 mg/l, hierro, con 0.909 mg/l, y fósforo, con 1.114 mg/l. En el caso del aluminio y el hierro, se estima que su presencia se debe a los desechos del parque industrial de Arequipa, mientras que la del fósforo al uso de pesticidas y fertilizantes químicos que son aplicados en los cultivos. Al evaluar la capacidad coagulante-floculante del extracto de nopal se logró reducir la turbidez del agua hasta un valor de 18.34 UNT, y un pH de 7.11, empleando una concentración de 80 %, lo cual es favorable, y permitirá que el resto de contaminantes se purifiquen mediante un filtro. La evaluación conjunta del sistema, que comprende un primer tratamiento con extracto de nopal con una concentración de 80% y luego el tratamiento con un filtro, permitió llegar a la conclusión de que es posible reducir los valores de coliformes totales y la turbidez, hasta valores de 2,000 NMP/ 100 ml y 4.1 UNT respectivamente. En función a ello, se puede concluir que a través del uso del sistema se lograrán obtener buenos resultados. Este procedimiento, asimismo, resulta económico, ya que los materiales que se emplean son relativamente baratos, haciendo de esta tecnología una alternativa para la purificación de aguas contaminadas. El tratamiento in situ, al aplicar el sistema, redujo el nivel de contaminantes en los parámetros microbiológicos, pasando de una concentración inicial de coliformes fecales y coliformes totales de 49,000 y 130,000 NMP/100 ml, hasta una concentración final de 2,500 y 3,700 NMP/100 ml, respectivamente. Asimismo, en cuanto a la demanda química de oxigeno y la demanda bioquímica de oxígeno, se observó una reducción significativa, pasando de 159 mgO2/l y 104 mgO2/l, hasta 118 mgO2/l y 39 mgO2/l, respectivamente. De los ensayos para la determinación de la concentración optima de sulfato de aluminio se determino que es a una concentración de 1%, llegándose a reducir de una turbidez de 68 NTU a 0.10 NTU. Palabras Clave: Purificación, sistema, filtro, nopal, agua, tratamiento, río Chili.

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INTRODUCCION El agua es utilizada para muchos fines, entre ellos, los de consumo humano, irrigación, recreación, procesos industriales, etc. Para cada uso, es importante conocer qué sustancias están presentes en la fuente de agua. El agua en su forma molecular pura no existe en la naturaleza, ya que siempre contiene sustancias que pueden estar en suspensión o en solución verdadera según el tamaño de disgregación del material que acarrea. Las sustancias presentes en el agua se pueden clasificar en tres categorías, según el tamaño de éstas: Sólidos suspendidos (mayor a 1 μm): éstos pueden ser de origen mineral (arena, arcillas, etc.) u orgánico (productos de la descomposición de plantas y animales, por ejemplo ácidos húmicos o fúlvicos). Además de estos compuestos también se encuentran microorganismos como bacterias, plancton, algas y virus. Los sólidos suspendidos son los responsables de la turbidez y el color del agua. Partículas coloidales (entre 1 μm y 1 nm): éstas son sólidos suspendidos originados de igual manera que los anteriores, pero con un tamaño inferior y una velocidad de sedimentación muy lenta. También son responsables de turbidez y color. Los coloides se pueden clasificar según varios aspectos. Pueden considerarse liofílicos si se estabilizan con capas de hidratación o bien liofóbicos si presentan repulsión por el solvente, lo que llevaría a hacerlos más inestables. Sustancias disueltas (menor a 1 nm): éstas son usualmente sustancias inorgánicas (como cationes y aniones) y sustancias orgánicas (como ácidos, alcoholes, aldehídos, etc.). También puede haber gases presentes (oxígeno, dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno, etc.). Estas sustancias son las responsables de la turbidez y el color del agua. La turbidez es la propiedad óptica de un líquido de diseminar un haz luminoso en lugar de transmitirlo en línea recta. La turbidez es una medida del grado en el cual el agua pierde su transparencia debido a la presencia de partículas en suspensión. La turbidez se mide en Unidades Nefelométricas de Turbidez (UNT). El color está constituido por substancias químicas, la mayoría de las veces provenientes de la degradación de la materia orgánica. El proceso de tratamiento de aguas tanto potables como residuales se basa en un tratamiento químico inicial a base de coagulantes y floculantes para remover la mayoría de contaminantes. La coagulación-floculación es el método más importante para la remoción de partículas coloidales y suspendidas, además de reducir la turbidez del agua. Si el agua contiene sólidos en suspensión, la coagulación y la floculación pueden utilizarse para eliminar gran parte del material. En la coagulación, se agrega una substancia al agua para cambiar el comportamiento de las partículas en suspensión. Hace que las partículas, que anteriormente tendían a repelerse unas de otras, sean atraídas las

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unas a las otras o hacia el material agregado. La coagulación ocurre durante una mezcla rápida o el proceso de agitación que inmediatamente sigue a la adición del coagulante. En el mundo se utiliza como coagulante tradicional el sulfato de aluminio (Al2 (SO4)3), llamado comúnmente Alúmina. La Alúmina (sulfato de aluminio) es un coagulante que se utiliza tanto a nivel de hogares como en las plantas de tratamiento del agua. Sin embargo, la oferta de este coagulante en países en vías de desarrollo no logra satisfacer la demanda total, ya que las cantidades disponibles se utilizan en los acueductos de las grandes ciudades, generando escasez en algunas zonas rurales y periurbanas. Otro tipo de coagulantes son los naturales, que incluyen semillas en polvo del árbol Moringa olifeira y tipos de arcilla tales como la bentonita. El proceso de floculación que sigue a la coagulación consiste de ordinario en una agitación suave y lenta. Durante la floculación, las partículas entran en contacto recíproco, y se unen unas a otras para formar partículas mayores que pueden separarse por sedimentación o filtración. Los factores que pueden promover la coagulacion-floculacion son el gradiente de la velocidad, el tiempo y al pH. El tiempo y el gradiente de velocidad son importantes al aumentar la probabilidad de que las partículas se unan y da más tiempo para que las partículas desciendan, por efecto de la gravedad, y así se acumulen en el fondo. Por otra parte, el pH es un factor prominente como acción desestabilizadora de las sustancias coagulantes y floculantes. Teniendo en cuenta lo anterior, es necesaria la búsqueda de alternativas de tratamiento de aguas basadas en la utilización de coagulantes naturales en los procesos de clarificación, específicamente en la etapa de coagulación-floculación que permitan que esta agua semi-purificada pase a una segunda etapa, consistente en la aplicación de un filtro.

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CAPITULO I GENERALIDADES 1.1.

FORMULACION DEL PROBLEMA Y JUSTIFICACIÓN

En los últimos años, el río Chili viene soportando una fuerte contaminación debido al vertido de aguas residuales domésticas (principalmente materia fecal), aguas residuales industriales (desechos químicos de cromo, cadmio, zinc, mercurio, ácidos, etc.) y residuos sólidos (basura), que lo están dañando seriamente y comprometiendo a la salud de la población arequipeña. Por otro lado, los agricultores utilizan el agua del río Chili para el riego de sus cultivos. Las aguas servidas domésticas que se vierten sin tratamiento al río Chili representan el 90% del total de las aguas servidas de la ciudad de Arequipa. El tramo que tiene mayor grado de contaminación está comprendido entre los Puentes Grau y Uchumayo. Según análisis realizados por la Dirección General de Salud Ambiental en la estación de Uchumayo en el año 2008, se observaron resultados que están por encima de los 24’000,000 por cada 100 mililitros de agua de coliformes totales, y por encima de los 13’000,000 por cada 100 mililitros de agua de coliformes fecales (Autoridad Nacional del Agua, 2008). Estos valores sobrepasan ampliamente los estándares nacionales de calidad ambiental para agua categoría 3 (riego de vegetales y bebida de animales), definidos, según el Decreto Supremo N° 002-2008–MINAM, en 5,000 NMP/100mL para coliformes totales para vegetales de tallo bajo y alto, y en 2,000 NMP/100mL y 1,000 NMP/100mL para coliformes fecales (termotolerantes) para vegetales de tallo alto y bajo, respectivamente (Ministerio del Ambiente del Perú, 2008). Desde Chilina, hasta el puente Tingo, se registran unos 50 puntos de vertimiento de aguas servidas domésticas, comerciales e industriales que suman unos 30 l/s, aproximadamente 2,500 m3/día (Olivera, 2006). Las aguas del río Chili son utilizadas en distintas actividades económicas y productivas, especialmente de carácter agrícola, ya que con ellas se riegan cerca de 16,000 hectáreas de cultivo que abastecen a la ciudad. Además, en los sectores rurales, sus aguas son destinadas al consumo humano mediante un pésimo proceso de potabilización previo. Como consecuencia de ello, las acequias que son subcorrientes del río Chili, están totalmente contaminadas con materia fecal. Estas aguas van destinadas a los reservorios de agua, y éstos son utilizados en el riego de sus cultivos y el lavado de las verduras antes de venderlas. En función a ello, el proyecto intenta desarrollar un sistema que permita la purificación de estas aguas para liberarlas de patógenos y materia fecal, y que por tanto, puedan ser utilizadas para el riego de cultivos agrícolas. Lo novedoso de este proyecto es la aplicación de alto impacto con la reducción de demanda química de oxígeno, sin necesidad de un tratamiento químico. 9

1.2.

OBJETIVOS

1.2.1. OBJETIVO PRINCIPAL Diseñar, construir y evaluar un sistema de tratamiento ecológico como alternativa sustentable para la purificación de aguas contaminadas destinadas al riego de cultivos en Arequipa." 1.2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS Realizar el análisis fisicoquímico de las aguas del río Chili, de la zona del puente de Tiabaya – Arequipa. Obtener un coagulante –floculante natural a partir de las pencas del nopal. Determinar la concentración óptima para el tratamiento de aguas. Evaluar la eficiencia de filtros mediante la cuantificación de remoción de contaminantes.

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1.3.

JUSTIFICACION

1.3.1. SOCIAL Los agricultores de Tiabaya, Sachaca, Tingo y otros distritos de Arequipa usan los reservorios de aguas para poder lavar sus frutos agrícolas, pero estas aguas están contaminadas (Autoridad Nacional del Agua, 2008). Estos cultivos son consumidos por la población de Arequipa, existiendo un alto riesgo de transmisión de enfermedades. Asimismo, esta alta concentración de contaminantes perjudica a los agricultores debido al rechazo de algunas empresas agro-exportadoras, para acceder a comercializar los productos fuera del país. 1.3.2. TECNICA En el mundo se utiliza como coagulante tradicional el sulfato de aluminio (Al2 (SO4)3), llamado comúnmente Alúmina. La disponibilidad de este coagulante en países en vías de desarrollo no logra satisfacer la demanda total. La idea es ofrecer una alternativa y que ésta a su vez sea natural y amigable con el medio ambiente. 1.3.3. AMBIENTAL La contaminación generada por los desechos domésticos e industriales deteriora no solo la calidad del agua, sino también la de los suelos. En el caso de contaminación con metales pesados, éstos, al no ser biodegradables, se acumulan. En el caso de los coliformes, éstos causan enfermedades, por lo que se necesita de un sistema de tratamiento para la disminución de estos contaminantes.

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CAPITULO II MARCO TEORICO 2.1. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES El tratamiento de aguas residuales consiste en aplicar una serie de procesos físicos, químicos y biológicos que tienen como fin eliminar los contaminantes. El objetivo del tratamiento es producir agua limpia o reutilizable, a la vez que un residuo sólido o fango (también llamado biosólido o lodo) conveniente para su disposición o reuso. A este tratamiento es muy común llamarlo depuración de aguas residuales, para distinguirlo del tratamiento de aguas para su potabilización. Las aguas residuales son generadas por residencias, instituciones y locales comerciales e industriales. Éstas pueden ser tratadas dentro del sitio en el cual son generadas (por ejemplo: tanques sépticos u otros medios de depuración) o bien pueden ser recogidas y llevadas mediante una red de tuberías - y eventualmente bombas - a una planta de tratamiento municipal. Los esfuerzos para recolectar y tratar las aguas residuales domésticas de la descarga están típicamente sujetos a regulaciones y estándares nacionales (regulaciones y controles). A menudo, ciertos contaminantes de origen industrial presentes en las aguas residuales requieren procesos de tratamiento especializado. Típicamente, el tratamiento de aguas residuales comienza por la separación física inicial de sólidos grandes (basura) de la corriente de aguas domésticas o industriales, empleando un sistema de rejillas (mallas), aunque también pueden ser triturados por un equipo especial; posteriormente se aplica un desarenado (separación de sólidos pequeños muy densos, como la arena) seguido de una sedimentación primaria (o tratamiento similar) que separa los sólidos suspendidos existentes en el agua residual. Para eliminar metales disueltos se utilizan reacciones de precipitación. Luego de ello, se sigue la conversión progresiva de la materia biológica disuelta en una masa biológica sólida usando bacterias adecuadas, generalmente presentes en estas aguas. Una vez que la masa biológica es separada o removida (proceso llamado sedimentación secundaria), el agua tratada puede experimentar procesos adicionales (tratamiento terciario) como desinfección, filtración, etc. El efluente final puede ser descargado o reintroducido de vuelta a un cuerpo de agua natural (corriente, río o bahía) u otro ambiente (terreno superficial, subsuelo, etc.). Los sólidos biológicos segregados experimentan un tratamiento y neutralización adicional antes de la descarga o reutilización apropiada.

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2.2 CULTIVO DEL NOPAL El nopal ha sido estudiado ampliamente como una alternativa para la remoción de contaminantes. La baba contiene glucosa, la cual es soluble en el agua y, por lo tanto, atrapa los contaminantes de la materia fecal y a su vez actúa reemplazándolos por nutrientes naturales, al tiempo que elimina malos olores, proporciona buen sabor y regula el pH del agua (Ríos y Quintana, 2004). El nopal se encuentra en abundancia en el departamento de Arequipa, se puede cosechar en cualquier época del año, y es adaptable a todo tipo de terreno. Taxonomía El nopal pertenece a la familia Cactaceae, comúnmente conocida como cactácea o cactus. Las cactáceas son plantas que caracterizan los paisajes de desiertos y zonas áridas, aunque una gran diversidad de especies se encuentra en zonas tropicales, subtropicales y templadas (Ríos y Quintana, 2004). Tabla N°1. Taxonomía del Nopal. Reino SubReino División Clase Subclase Orden Familia Subfamilia Tribu Género

Vegetal Embryophita Angioespermae Dycotyledonea Dialipetalas Opuntiales Cactaceae Opuntioideae Opuntiae Opuntia

Fuente: Ríos y Quintana, 2004

Fuente: Ríos y Quintana, 2004 Figura N°1: Pencas de nopal 13

Descripción física Opuntia Ficus Indica: Casi no tiene espinas. Es un vegetal arborescente de 3 a 5 metros de alto, su tronco es leñoso y mide entre 20 y 50 cm. de diámetro. Forma artículos oblongos (pencas o cladodios) de 30 a 60 cm. de largo x 20 a 40 cm. de ancho y de 2 a 3 cm. de espesor. Sus ramas están formadas por pencas de color verde opaco con areolas que contienen espinas más o menos numerosas, amarillas y produce flores de 7 a 10 cm. de largo, su fruto es oval de 5 a 10 cm. de largo x 4 a 8 cm. de diámetro y su color puede ser amarillo, anaranjado, rojo o purpúreo con abundante pulpa carnosa y dulce (Ríos y Quintana, 2004).

Fuente: Ríos y Quintana, 2004 Figura N°2: Planta adulta de nopal Cladodios Los cladodios (pencas) transforman la luz en energía química a través de la fotosíntesis. Están recubiertos por una cutícula del tipo lipidica, interrumpida por la presencia de estomas que permanecen cerrados durante el día. La cutícula del cladodio evita la deshidratación provocada por las altas temperaturas del verano. La hidratación normal del cladodio alcanza hasta un 95% de agua en peso. Las pencas y tallos tienen espinas. El sistema radicular es profundo; no obstante, dependiendo de la humedad ambiental, pueden desarrollar raíces laterales superficiales (Ríos y Quintana, 2004). Longevidad La longevidad promedio de las plantaciones de nopal es de 5 a 7 años, alcanzando algunas veces hasta 10 años con buenos rendimientos. En terrenos apropiados con pH 14

neutro y con prácticas constantes de cultivo, sin problema de plagas, el nopal puede llegar a vivir hasta 80 años, alcanzando de 80 a 90 t/ ha/año. Las plantaciones comerciales de explotaciones intensivas, pueden durar 3 años. Cabe resaltar que la parte comestible del nopal son los rebrotes tiernos, los mismos que pueden ser aprovechados desde los 8 ó 10 días luego de haber brotado (Ríos y Quintana, 2004). Métodos de propagación Selección de la raqueta o planta madre: La raqueta o planta madre se debe de obtener de huertos o viveros con un buen manejo, lo que garantiza sanidad y calidad en las raquetas. Para ello, se deben de cumplir las siguientes cualidades: Presencia de buen vigor. Libre de plagas y enfermedades. Que no presenten malformaciones físicas. Edad de 6 meses a 1 año. El tamaño mínimo debe de ser de 30 cm. de ancho por 20 cm. de largo. Presencia de buen grosor y suculencia. Antes de ser plantada la raqueta debe de tratarse para asegurar sanidad en la plantación, desinfectando la raqueta madre con el fin de evitar problemas de pudrición en la producción. El tratamiento se debe llevar a cabo con caldo bordolés al 2 %. Este se prepara con dos partes de cal y dos partes de sulfato de cobre tribásico en 100 litros de agua. Las pencas se impregnan del caldo bordolés y se dejan de 15 a 20 días a la sombra con fines de cicatrización y desinfección. Posteriormente se proceden a plantar (Ríos y Quintana, 2004). Sistema tradicional de siembra: En este sistema se cultiva nopal en hileras con 1 a 1.5 m. de separación; las pencas se plantan de 0.25 a 0.5 m. y se dejan crecer plantas entre 1 a 1.5 m de altura (se forman macizos de nopal a lo largo de la hilera). Las densidades varían de 15,000 a 20,000 plantas por hectárea, siendo las más comunes las de 17,000 plantas (Ríos y Quintana, 2004).

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Fuente: Ríos y Quintana, 2004 Figura N°3: Plantaciones de nopal bajo sistema tradicional Sistema de siembra micro túnel: Este sistema intensivo se desarrolló en la Universidad Autónoma de Chapingo, en el Estado de México en la década de los 60’ y ha incentivado un fuerte desarrollo en la producción de nopal, principalmente en los meses de invierno. Consiste en establecer camas de 1.2 a 2 metros de ancho. El largo varía de 40 a 47 metros. Las pencas se plantan unas junto a las otras con una separación de 5 cm. y las hileras tienen una distancia de 20 a 30 cm. entre sí (Ríos y Quintana, 2004).

Fuente: Ríos y Quintana, 2004 Figura N°4: Plantaciones de nopal bajo sistema de siembra micro túnel

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Requerimientos del cultivo Clima Se adapta perfectamente a condiciones de climas cálidos y subcálidos característicos de las zonas denominadas monte espinoso tropical, bosque espinoso premontano, y estepa espinosa montano baja, entre los 0 y los 3000 m.s.n.m. Con temperaturas que oscilan entre los 16 a los 25°C, no tolera las heladas, requiere de 200 a 500 mm. de precipitación atmosférica, una humedad relativa no mayor del 60% y mucha luminosidad (Ríos y Quintana, 2004). Suelo Se desarrolla perfectamente en una diversidad de suelos, pero su máxima producción se obtiene en suelos areno-calcáreos, sueltos, fértiles, poco profundos, bien drenados, con pH ligeramente alcalino, no tolera el encharcamiento superficial. Sin embargo este cultivo se desarrolla de manera óptima en suelos pobres (Ríos y Quintana, 2004). Agua Especie muy resistente a los veranos prolongados y/o épocas de sequía extrema. Las necesidades de riego se determinan sobre la base de los requerimientos hídricos del cultivo en sus diferentes etapas fenológicas, en especial para el prendimiento de la semilla. Los cultivos bajo riego se desarrollan muy rápido (Ríos y Quintana, 2004). Nutricionales La fertilización con químicos y abonos orgánicos debe ser aplicada con el objeto de incrementar la producción de frutas. Se debe aplicar el fertilizante, abriendo previamente un surco de 5 cm. de profundidad, alrededor de la planta, siguiendo el trazado que proyecta la sombra de la copa, lo que evita quemaduras en la planta. La mejor época para aplicar fertilizantes en cultivos de secano es antes del brotamiento, y en cultivos bajo riego es mejor fraccionar las dosis en tres partes a ser aplicadas, previo un riego cada tres meses (Ríos y Quintana, 2004). 2.3. COAGULACION-FLOCULACION Generalidades La pequeña dimensión de las partículas coloidales presentes en el agua, así como la existencia de cargas negativas repartidas en su superficie, dan lugar a una gran estabilidad de las suspensiones coloidales. En el campo del tratamiento de aguas, la coagulación es, por definición, el fenómeno de desestabilización de las partículas 17

coloidales, que puede conseguirse especialmente por medio de la neutralización de sus cargas eléctricas. Se llama coagulante al producto utilizado para esta neutralización (Sociedad Degrémont, 1979) La agrupación de las partículas descargadas, al ponerse en contacto unas con otras, constituye la floculación, que da lugar a la formación de flóculos capaces de ser retenidos en una fase posterior del tratamiento del agua. Algunos productos pueden favorecer la formación del flóculo. A éstos se les llama floculantes. La separación sólido-líquido, del flóculo formado y del agua, puede hacerse por filtración, por decantación o flotación, seguidas o no de filtración (Mendoza, Montañés y Palomares, 1998). La coagulación y la floculación intervienen generalmente en el tratamiento de aguas destinadas al abastecimiento público y en la preparación de aguas industriales de fabricación. Con estos procedimientos se consigue la neutralización de los coloides del agua y su absorción en la superficie de los precipitados formados en el proceso de floculación. También pueden adsorberse sobre el flóculo ciertas sustancias disueltas (materia orgánica, contaminantes diversos, etc). En el tratamiento de aguas residuales urbanas, con frecuencia, es tal la concentración de materia en suspensión, que puede conseguirse una floculación mediante simple agitación. Con el fin de favorecer la eliminación de la contaminación coloidal, puede introducirse un coagulante (Sociedad Degrémont, 1979). Las aguas residuales industriales presentan composiciones muy variables, según la industria considerada. En algunos casos, el agua contiene un constituyente capaz de flocular por simple agitación o mediante la adición de un floculante. Otras veces, es necesario utilizar un coagulante que de origen a un precipitado que pueda flocularse a continuación (Sociedad Degrémont, 1979). Coagulación La coagulación se refiere al proceso de desestabilización de las partículas suspendidas, de modo que se reduzcan las fuerzas de separación entre ellas, debido a las reacciones que suceden al agregar un reactivo químico (coagulante) al agua, originando productos insolubles. El reactivo químico agregado al agua debe de ser capaz de, en fracciones de segundo, neutralizar la carga de los coloides generalmente electronegativos, presentes en el agua, y formar un precipitado. Los coagulantes principalmente utilizados son sales de aluminio o de hierro. En algunos casos, pueden utilizarse igualmente productos de síntesis, tales como los polielectrólitos catiónicos (Valderrama, 2007). La sal metálica actúa sobre los coloides del agua por medio del catión, que neutraliza las cargas negativas antes de precipitar. Al polielectrólito catiónico se le llama así porque lleva cargas positivas que neutralizan directamente los coloides negativos. Los polielectrólitos catiónicos se emplean generalmente junto con una sal metálica, en cuyo caso permiten una importante reducción de la dosis de dicha sal que habría sido preciso utilizar. Puede llegarse incluso a suprimir completamente la sal 18

metálica, con lo que se consigue reducir notablemente el volumen de fango producido (Sociedad Degrémont, 1979). Floculación. La floculación es el proceso mediante el cual las moléculas ya desestabilizadas entran en contacto debido a los fenómenos de transporte dentro del líquido. Esto implica la formación de puentes químicos entre partículas, de modo que se forme una malla de coágulos, tridimensional y porosa, agrandando las partículas aglutinadas en pequeñas masas, llamadas flocs, que facilitan la precipitación (Soto, 2001). Modelos teóricos de coagulación y de floculación. La coagulación y floculación son dos procesos dentro de la etapa de clarificación del agua. Ambos procesos se pueden resumir como una etapa en la cual las partículas se aglutinan en flocs, tal que su peso específico supere a la del agua y puedan precipitar (Soto, 2001). Existen dos modelos de coagulación. El modelo físico o de doble capa, basado en fuerzas electrostáticas de atracción y repulsión. El otro modelo es químico, llamado “puente químico”, que relaciona una dependencia entre el coagulante y la superficie de los coloides (Soto, 1974). Para la floculación existen también dos modelos, según sea el tamaño de las partículas desestabilizadas (en general todas las partículas se ven afectadas por ambos mecanismos). El primero es llamado ortocinético, el cual es promovido por agitación externa principalmente, que influye partículas de tamaño superior al micrón y tiene relación con los gradientes de velocidad del líquido. El segundo modelo se llama pericinético y se diferencia del primero en que su fuente de agitación es interna. Principalmente importarán el movimiento browniano y la sedimentación. Su efecto es principalmente sobre partículas de tamaño inferior a 1 micrón (Soto, 2001). Las partículas pequeñas (