Para optar el Título Profesional de Ingeniero Ambiental Huancayo, 2022 FACULTAD DE INGENIERÍA Escuela Académico Profesional de Ingeniería Ambiental Tesis Yony Arias Boza Ada Jaqueline Calderón Garcilazo Jean Pierre Orellana Cerron Aporte de carga orgánica y coliformes fecales en las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas en temporada de estiaje en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021 Esta obra está bajo una Licencia "Creative Commons Atribución 4.0 Internacional" . ii ASESOR Ing. Pablo Cesar Espinoza Tumialán iii AGRADECIMIENTOS A nuestro Señor Dios quien nos da fuerza, vida y salud, guiando nuestro camino hasta el fin de nuestros días. Señor, te damos gracias por permitirnos cumplir un sueño más en nuestro camino profesional, un sueño que desde que nos lo propusimos, no fue fácil, ya que tuvimos que luchar mucho para conseguirlo; sueño que se convirtió en una meta más y hoy se vuelve realidad. Gracias a nuestros padres que nos dieron la vida; cuidándonos a diario para que no nos pase nada, con sus consejos y su paciencia infinita; por enseñarnos a perseguir y luchar por nuestros sueños, permitiéndonos integrarnos en grupo para tener éxito en nuestra investigación. A su vez, a nuestra Universidad, por forjarnos para ser buenos profesionales en la carrera que elegimos y tanto nos apasiona, mostrándonos cosas nuevas cada día. Gracias a todos nuestros catedráticos, por sembrar en nosotros los conocimientos en todo el proceso de nuestra formación profesional. Asimismo, a nuestro asesor, Ing. Pablo Cesar Espinoza Tumialán, por la asesoría brindada, por su paciencia, disponibilidad de tiempo y su motivación para el logro del presente estudio. Muchas gracias a todos. iv DEDICATORIA Con mucho aprecio para mis padres y mi familia en general, quienes velan por mi bienestar a diario, quienes fueron mi motivación para seguir adelante para cumplir mis sueños, metas y realizar un aporte a la sociedad. En especial a mi papá Ever, quien desde el cielo me cuida y vela por mí con mucho cariño. Padre, te digo: cumplí el reto que te prometí. Jean Pierre Orellana Cerrón. Dedico este trabajo a mis padres por el apoyo incondicional. A mi madre Yuli, por transmitirme la valentía y fortaleza para salir siempre adelante; a mi padre Palermo, por dejar en mí parte de su compromiso y determinación para afrontar distintas situaciones y cumplir las metas propuestas; a mis hermanas, Kaori y Keyt, de quienes aprendo a diario la perseverancia y la alegría de vivir; ellas son la fuerza y motivación de mi corta vida. Para mi enamorado, por el apoyo incondicional. Ada J. Calderón Garcilazo. Dedico esta investigación a mi madre Santosa, por su apoyo constante y quien fue mi motivación. Para mis hermanos, Elsa y Raúl, por el apoyo incondicional y la motivación constante para seguir adelante y cumplir mis metas. Yony Arias Boza. v ÍNDICE ASESOR ........................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ...................................................................................................... iii DEDICATORIA ................................................................................................................. iv ÍNDICE .............................................................................................................................. v ÍNDICE DE FIGURAS .............................................................................................. viii ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................................. ix RESUMEN ......................................................................................................................... x ABSTRACT ...................................................................................................................... xi INTRODUCCIÓN ............................................................................................................. xii CAPITULO I: PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO ............................................................ 1 1.1 Planteamiento y formulación del problema ....................................................... 1 1.1.1 Planteamiento del problema ................................................................. 1 1.1.2 Formulación del problema .................................................................... 4 1.2 Objetivos ........................................................................................................... 4 1.2.1 Objetivo general ................................................................................... 4 1.2.2 Objetivos específicos ........................................................................... 5 1.3 Justificación e importancia ................................................................................ 5 1.3.1 Justificación teórica .............................................................................. 5 1.3.2 Justificación práctica ............................................................................ 6 1.3.3 Justificación metodológica .................................................................... 6 1.3.4 Importancia .......................................................................................... 6 1.4 Hipótesis y descripción de variables ................................................................. 7 1.4.1. Hipótesis .............................................................................................. 7 1.4.2 Variables .............................................................................................. 8 A. Variable dependiente ....................................................................... 8 B. Variable independiente .................................................................... 8 vi CAPITULO II: MARCO TEÓRICO .................................................................................... 9 2.1 Antecedentes de la investigación. ..................................................................... 9 2.1.1 Antecedentes internacionales ............................................................. 9 2.1.2 Antecedentes nacionales ...................................................................11 2.1.3 Antecedentes locales .........................................................................14 2.2 Bases teóricas .................................................................................................15 2.2.1 Fundamentos teóricos ........................................................................ 15 2.2.2 Metodologías existentes ..................................................................... 33 2.2.3 Técnicas e instrumentos de investigación .......................................... 35 2.3 Definición de términos básicos......................................................................... 37 2.4 Diseño de modelo teórico conceptual .............................................................. 40 CAPITULO III: METODOLOGÍA......................................................................................41 3.1 Método y alcances de la investigación .............................................................41 3.1.1 Método de la investigación ................................................................. 41 3.1.2 Alcances de la investigación .............................................................. 42 3.2 Diseño de la Investigación ...............................................................................43 3.2.1 Tipo de diseño de investigación ......................................................... 43 3.3 Población y muestra ........................................................................................43 3.3.1 Población ........................................................................................... 44 3.3.2 Muestra .............................................................................................. 44 3.4 Técnicas e instrumentos de recolección de datos ............................................45 3.4.1 Técnicas utilizadas en la recolección de datos ................................... 45 3.4.2 Instrumentos utilizados en la recolección de datos ............................. 47 CAPITULO IV: RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................48 4.1 Resultados del tratamiento y análisis de la información ...................................48 4.1.1 Resultado para lograr explicar el objetivo específico 1 ....................... 48 4.1.2 Resultado para lograr explicar el objetivo específico 2 ....................... 50 4.1.3 Resultado que explica el objetivo general 3 ....................................... 52 vii 4.1.4 Resultado que explica el objetivo general .......................................... 54 4.2 Prueba de hipótesis .........................................................................................55 4.2.1 Hipótesis general ...............................................................................55 4.2.2 Hipótesis específicas ..........................................................................56 4.2.2.1. Carga orgánica..........................................................................56 4.2.2.2. Sólidos Suspendidos Totales ....................................................56 4.2.2.3. Coliformes Fecales ...................................................................57 4.2.3 Prueba de normalidad ........................................................................58 4.3 Discusión de resultados ...................................................................................60 CONCLUSIONES ............................................................................................................64 RECOMENDACIONES ....................................................................................................65 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................66 ANEXOS .........................................................................................................................71 viii ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Mapa de ubicación del tramo de investigación. .................................................. 3 Figura 2. Delimitación de área de estudio. .......................................................................18 Figura 3. Total de agua en la tierra. .................................................................................19 Figura 4. Cantidad de agua residual que genera al día una persona en el Perú. .............24 Figura 5. Producción actual de aguas residuales y capacidad de tratamiento en las regiones del Perú. ............................................................................................................26 Figura 6. Comparación de los caudales tratados y de los efluentes utilizados para el riego en las regiones del Perú. .................................................................................................27 Figura 7. Principales agentes infecciosos en las aguas residuales. .................................28 Figura 8. Planificación del monitoreo. ..............................................................................36 Figura 9. Modelo teórico conceptual de la investigación. .................................................40 Figura 10. Ubicación de la estación de muestreo de agua PAG-01. ................................44 Figura 11. Diagrama de flujo del protocolo de muestreo utilizado. ...................................46 Figura 12. Resultados de monitoreo de agua (DBO5) - concentración mg/L. ...................49 Figura 13. Resultados de monitoreo de agua (SST) - concentración mg/L. .....................51 Figura 14. Resultados de monitoreo de agua (CF) - concentración mg/L. ........................53 ix ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Evacuación de desagüe en el distrito de Huancayo. ........................................... 2 Tabla 2. Factor de corrección para el cálculo de caudales. ..............................................34 Tabla 3. Coordenadas de la estación de muestreo. .........................................................44 Tabla 4. Resultados y comparación con el ECA-agua para Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO). ...............................................................................................................49 Tabla 5. Resultados y comparación con el ECA-agua para Sólidos Suspendidos Totales. ........................................................................................................................................51 Tabla 6. Resultados y comparación con el ECA-agua para Coliformes Fecales. .............52 Tabla 7. Determinación de carga orgánica - DBO5. ..........................................................54 Tabla 8. Determinación de coliformes fecales. .................................................................55 Tabla 9. Prueba de normalidad. .......................................................................................58 Tabla 10. Prueba paramétrica t de student. .....................................................................59 Tabla 11. Resultados de calidad de agua. .......................................................................63 x RESUMEN Según un estudio de la Superintendencia Nacional de Servicios de Saneamiento (SUNASS), un promedio de 238 000 m3 de agua residual a nivel nacional no son captados por una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales. A nivel local, la Empresa SEDAM Huancayo S.A.C. no cuenta con una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales, realizando vertimientos sin ningún tipo de tratamiento previo a distintos cuerpos de agua que cruzan por los distritos de la provincia de Huancayo, entre ellos el río Shullcas. En este contexto, a través de la investigación se planteó el objetivo de determinar la influencia del aporte de carga orgánica y coliformes fecales de las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas en temporada de estiaje en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. El método de investigación utilizado fue el hipotético deductivo; el tipo de investigación fue aplicada; el nivel de investigación fue explicativa y el diseño de investigación no experimental cuantitativa de tipo longitudinal panel. En la investigación no se realizó la toma de muestras de agua en el tramo inicial porque se observó un caudal cero (no hay evidencia de la presencia de agua). En el tramo de la desembocadura del río Shullcas se tomaron cuatro muestras de agua. Los resultados indican que la concentración de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO), Sólidos Suspendidos Totales (SST) y Coliformes Fecales (CF) son elevados superando los Estándares de Calidad Ambiental. Con relación al aporte de carga orgánica y coliformes fecales de las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura, se alcanzaron valores de 3 363,09 kg/día y 4,93277E+15 kg/día respectivamente. Las pruebas estadísticas utilizadas fueron Shapiro-Wilk y t de student, concluyendo que el aporte de carga orgánica y coliformes fecales de las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas es significativo en el periodo de estudio. Palabras clave: río Shullcas, aguas residuales, carga orgánica, coliformes fecales, Sólidos Suspendidos Totales (SST), Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO). xi ABSTRACT According to a study by the Superintendencia Nacional de Servicios de Saneamiento (SUNASS), an average of 238 000 m3 of wastewater are not captured by a wastewater treatment plant. At the local level, SEDAM Huancayo S.A.C. does not have a wastewater treatment plant and discharges wastewater without any type of prior treatment into various bodies of water that flow through the districts of the Province of Huancayo, including the Shullcas River. In this context, the objective of the research was to determine the influence of the organic load and fecal coliforms of the wastewater discharges to the Shullcas riverbed during the dry season, Bellavista Condominium - mouth of the river, Huancayo 2021. The research method used was the hypothetical deductive, applied type of research, explanatory research level and the research design is non-experimental quantitative longitudinal panel type. In the research, no water samples were taken in the initial stretch because zero flow was observed (there is no evidence of the presence of water). Four water samples were taken at the mouth of the Shullcas River. The results indicate that the concentration of Biochemical Oxygen Demand (BOD), Total Suspended Solids (TSS) and Fecal Coliforms (FC) are high, exceeding the Environmental Quality Standards. The organic load and fecal coliforms contributed by wastewater discharges to the Shullcas riverbed in the Bellavista Condominium - desembocadura section are 3363,09 kg/day and 4.93277E+15 kg/day, respectively. The statistical test used was Shapiro-Wilk and t-student, concluding that the contribution of organic load and fecal coliforms from wastewater discharges to the Shullcas riverbed is significant in the study period. Key words: Shullcas river, wastewater, organic load, fecal coliforms, Total Suspended Solids (TSS), Biochemical Oxygen Demand (BOD). xii INTRODUCCIÓN El agua es uno de los compuestos más abundantes sobre la tierra, ya que cubre más de las tres cuartas partes del planeta; sin embargo, existen diferentes factores que limitan la cantidad y calidad disponible para el uso de consumo humano (OMS) (1). La cantidad total de agua en la Tierra es de 1,4 billones de km3, de los cuales sólo 41 000 km3 circulan a través del ciclo hidrológico; el resto del agua permanece en los océanos, casquetes de hielo y acuíferos durante largos períodos (2). El agua es considerada como disolvente universal ya que es requerida para todo tipo de actividades. Es un recurso natural renovable, considerado el recurso más importante e indispensable para garantizar la sostenibilidad ecosistémica de la tierra. El agua siempre ha sido usada en todas las actividades que realizan las personas, principalmente en la actividad agrícola, ganadera y usos domésticos (2). El Perú es el país que tiene la mayor reserva hídrica a nivel de América Latina y también tiene un alto índice de demanda y oferta hídrica, sujeta a la contaminación por indistintos factores (2). El crecimiento progresivo de la población ha provocado el incremento de efluentes domésticos producto de las actividades antropogénicas propias de una ciudad en expansión; todo ello ha generado el deterioro de la calidad del agua y ha afectado negativamente al medio ambiente y la salud. Según el estudio realizado en el marco del Programa de Modernización y Fortalecimiento del Sector Agua y Saneamiento (PROAGUA II) llevado a cabo por la Superintendencia Nacional de Servicios de Saneamiento (SUNASS), en colaboración con la Cooperación Alemana, entre los años 2008 al 2014 se determinó que a nivel nacional un promedio de 238 000 m3 de aguas residuales no son captados por una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (3). A nivel local, en el mismo estudio se detalla que la Empresa Prestadora de Servicios para la ciudad de Huancayo, SEDAM Huancayo S.A.C., no cuenta con una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales, realizando vertimientos al alcantarillado de 384 L/s (3). El río Shullcas se encuentra ubicado en el departamento de Junín, provincia de Huancayo. Tiene una longitud de 35,9 km; nace de las descargas de las aguas de las lagunas Chuspicocha (4 632 msnm) y Lasuntay (4 646 msnm), ubicadas al pie del flanco xiii occidental del nevado Huaytapallana; su cauce cursa por los límites de los distritos de la ciudad de Huancayo. La importancia del río Shullcas radica, en que es el principal proveedor de agua potable para la ciudad de Huancayo; asimismo, recibe las descargas de las aguas residuales de toda la población a lo largo de su recorrido hasta su desembocadura en el río Mantaro. La presente investigación, titulada “Aporte de carga orgánica y coliformes fecales en las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas en temporada de estiaje en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021”, tiene por objetivo determinar la influencia del aporte de carga orgánica y coliformes fecales de las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas en temporada de estiaje, tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. La investigación consta de 4 capítulos que se encuentran detallados a continuación: en el Capítulo I (Planteamiento del Problema), se encuentra detallado el planteamiento y formulación del problema, objetivos generales y específicos, justificación e importancia, hipótesis y la descripción de las variables dependientes e independientes. En el Capítulo II (Marco Teórico) se presentan los antecedentes internacionales, nacionales y locales, las bases teóricas y definición de términos básicos. Este capítulo nos brinda el sustento para la discusión de los resultados. En el Capítulo III (Metodología) se presenta el método y el alcance de la investigación, diseño y tipo de investigación, la población y muestra, técnicas e instrumentos de recolección de datos e instrumentos utilizados en la recolección de datos En el Capítulo IV (Resultados y Discusión), se presentan los resultados y análisis de la información del objetivo general, objetivo específico 1, objetivo específico 2, objetivo específico 3 y discusión de los resultados. Con toda la información obtenida, se llega a la conclusión que existen evidencias estadísticas para afirmar que el contenido de carga orgánica (DBO5), contenido de Sólidos Suspendidos Totales (SST) y Coliformes Fecales (CF) que aportan las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas es significativo en temporada de estiaje en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. Los autores. 1 CAPITULO I PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 1.1 Planteamiento y formulación del problema 1.1.1 Planteamiento del problema El crecimiento progresivo de la población y el consumo del agua como servicio básico para los seres humanos han provocado el incremento de efluentes domésticos producto de las actividades antropogénicas propias de una ciudad en expansión; todo ello, ha generado el deterioro de la calidad del agua y ha afectado negativamente al medio ambiente y la salud. En los últimos años, la calidad natural de los cursos de agua ha sufrido un gran deterioro por el impacto de las actividades humanas y las conexiones no autorizadas de descargas de aguas residuales. La mayoría de las situaciones de contaminación han evolucionado gradualmente hasta que han llegado a ser visibles y medibles. Las fuentes más importantes de contaminación del agua han sido: las aguas residuales domésticas, los efluentes industriales y agrícolas, los escurrimientos pluviales y las tormentas (4). Según el estudio realizado en el marco del Programa de Modernización y Fortalecimiento del Sector Agua y Saneamiento (PROAGUA II) llevado a cabo por la Superintendencia Nacional de Servicios de Saneamiento 2 (SUNASS) en colaboración con la Cooperación Alemana, entre los años 2008 al 2014, determinaron que a nivel nacional, al año 2014, un promedio de 238 000 m3 de agua residual no son captados por una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (3). A nivel local, en el mismo estudio se detalla que la Empresa Prestadora de Servicios para la ciudad de Huancayo SEDAM Huancayo S.A.C. no cuenta con una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales, realizando vertimientos al alcantarillado de 384 L/s (3). Tabla 1. Evacuación de desagüe en el distrito de Huancayo. Descripción Distrito de Huancayo Casos % Red pública dentro de la vivienda 18 774 75,24 Red pública fuera de la vivienda 3 099 12,42 Pozo séptico 538 2,16 Pozo ciego o negro/ Letrina 661 2,65 Río, acequia o canal 405 1,62 No tiene 1 474 5,91 Total 540 100,00 Fuente: INEI CENSO 2007 (5). En la tabla de evacuación de desagüe en el distrito de Huancayo, según el Censo Nacional de Población y Vivienda de 2007, llevado a cabo por el Instituto Nacional de Estadística e Informática (INEI), se evidenció que el 75,24 % de viviendas cuentan con red pública dentro de la vivienda y el 12,42 % fuera de la vivienda, mientras que el 1,62 % indica que se está vertiendo directamente hacia estos cuerpos de agua (5). Es importante saber cuántas viviendas están vertiendo al río sus descargas, ya que están afectando directamente a este cuerpo receptor y a la salud pública. También es necesaria una mayor planificación y coordinación entre la Empresa Prestadora de Servicios (SEDAM Huancayo S.A.C.) y las municipalidades para un mayor control. Al no contar el distrito de Huancayo con una Planta de Tratamiento de Aguas Residuales, estas están siendo vertidas sin ningún tipo de tratamiento a los cuerpos de agua que discurren por la ciudad de 3 Huancayo, siendo uno de ellos el río Shullcas, impactando directamente a la calidad de agua del mismo y en la salud de la población que habita a las orillas. La razón de la elección del tramo de la investigación inicia con la observación en la salida de campo. Al inicio del tramo de estudio no existe presencia de agua natural superficial discurriendo, es decir, el caudal es cero; sin embargo, en el tramo final del estudio del río Shullcas (desembocadura) se evidenció agua superficial discurriendo por el cuerpo de agua. Figura 1. Mapa de ubicación del tramo de investigación. Fuente: elaboración propia. En este contexto, a través de la investigación se pretende conocer cuál es la influencia del aporte de carga orgánica y coliformes fecales de las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas en temporada de estiaje, tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo en el año 2021. 4 1.1.2 Formulación del problema A) Problema general ¿Cuál es la influencia del aporte de carga orgánica y coliformes fecales de las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas en temporada de estiaje, tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021? B) Problemas específicos • ¿Cuál es la influencia del aporte de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) de las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas en temporada de estiaje, tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021? • ¿Cuál es la influencia del aporte de Sólidos Suspendidos Totales (SST) de las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas en temporada de estiaje, tramo condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021? • ¿Cuál es la influencia del aporte de Coliformes Fecales (CF) de las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas en temporada de estiaje, tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021? 1.2 Objetivos 1.2.1 Objetivo general Determinar la influencia del aporte de carga orgánica y coliformes fecales de las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas en temporada de estiaje, tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. 5 1.2.2 Objetivos específicos • Determinar la influencia del aporte de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) de las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas en temporada de estiaje, tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. • Determinar la influencia del aporte de Sólidos Suspendidos Totales (SST) de las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas en temporada de estiaje, tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. • Determinar la influencia del aporte de Coliformes Fecales (CF) de las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas en temporada de estiaje, tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. 1.3 Justificación e importancia 1.3.1 Justificación teórica El agua constituye un Patrimonio de la Nación y es un bien de uso público. De acuerdo a la Ley de Recursos Hídricos, Ley N° 29338, debe ser usado en armonía y con el bien común integrando valores sociales, culturales, económicos, políticos y ambientales (6). Se debe vigilar y fiscalizar los vertimientos de las aguas residuales en las fuentes naturales a nivel nacional y recuperar la calidad de los recursos hídricos. A la revisión de antecedentes, no se han encontrado investigaciones que muestren resultados de calidad de agua en el río Shullcas en el tramo de estudio; es por ello, que esta investigación muestra los resultados obtenidos acerca del aporte de carga orgánica y coliformes fecales de los efluentes vertidos al río Shullcas en temporada de estiaje en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. 6 1.3.2 Justificación práctica El deterioro de la calidad de agua es uno de los problemas más graves del país que limita el potencial de uso de este recurso y compromete el normal abastecimiento de agua a la población (7). En este contexto, el conocimiento de la carga orgánica, coliformes fecales y calidad del agua que discurre por el río Shullcas debe fomentar la intención de la construcción de Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales, las cuales son necesarias para preservar la vida acuática, flora y fauna. De igual manera, servirá como base para las futuras investigaciones relacionadas a la calidad de agua del río Shullcas como complemento o similares a la presente. El trabajo de investigación ofrece beneficio social para el distrito de Huancayo, debido a que la información generada será de utilidad para el conocimiento del entorno en el que habitan y para poder tomar decisiones trascendentales en favor del cuidado del medio ambiente, recursos hídricos y salud de las personas. 1.3.3 Justificación metodológica El método es un requisito indispensable para la investigación y es la herramienta que ayuda a sistematizar u ordenar la investigación, asimismo coadyuva al logro de objetivos preestablecidos (8). El método de investigación utilizado fue el hipotético deductivo, porque a partir de los resultados del muestreo de agua realizado en el tramo del estudio, se determinó cual es la influencia del aporte de carga orgánica y coliformes fecales de las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas mediante la aceptación de la hipótesis y, consecuentemente, se llegó a la conclusión de la investigación. 1.3.4 Importancia 7 La importancia de la investigación radica en los resultados que se obtendrán, los cuales permitirán transmitir y lograr una mejor comprensión del estado actual de la calidad ambiental del agua del río Shullcas, para que la Municipalidad Provincial de Huancayo, a través del área de la Sub Gerencia del Medio Ambiente, puedan tomar acciones preventivas y correctivas, para mejorar la gestión del vertimiento del agua residual. 1.4 Hipótesis y descripción de variables 1.4.1. Hipótesis A. Hipótesis general H0: El contenido de carga orgánica y coliformes fecales que aportan las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas, no es significativa en temporada de estiaje en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. H1: El contenido de carga orgánica y coliformes fecales que aportan las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas, es significativa en temporada de estiaje en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. B. Hipótesis específica • H0: El contenido de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) que aportan las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas, no es significativa en temporada de estiaje en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. H1: El contenido Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) que aportan las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas, es significativa en temporada de estiaje en el tramo condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. Los contenidos de 8 carga orgánica que aportan las descargas de agua residual lecho del río Shullcas, no es significativo en temporada de estiaje en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. • H0: El contenido de Sólidos Suspendidos Totales (SST) que aportan las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas, no es significativa en temporada de estiaje en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. H1: El contenido Sólidos Suspendidos Totales (SST) que aportan las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas, es significativa en temporada de estiaje en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. El contenido de coliformes fecales que aportan las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas, no es significativo en temporada de estiaje en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. • H0: El contenido de Coliformes Fecales (CF) que aportan las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas, no es significativa en temporada de estiaje en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. H1: El contenido Coliformes Fecales (CF) que aportan las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas, es significativa en temporada de estiaje en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. 1.4.2 Variables A. Variable dependiente Lecho de río Shullcas en temporada de estiaje en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. B. Variable independiente Aporte de carga orgánica y coliformes fecales de las descargas de agua residual en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura. 9 CAPITULO II MARCO TEÓRICO 2.1 Antecedentes de la investigación. 2.1.1 Antecedentes internacionales La tesis titulada “Evaluación del impacto por vertimientos de aguas residuales domésticas, mediante la aplicación del Índice de Contaminación (ICOMO) en Caño Grande, localizado en Villavicencio-meta”, tuvo por objetivo evaluar el impacto de vertimientos de aguas residuales domésticas en la microcuenca caño Grande, mediante la aplicación del Índice de contaminación (ICOMO) y el análisis multitemporal de estudios previos. Se utilizó el tipo de investigación cuantitativa estableciendo tres estaciones de muestreo a lo largo del tramo analizado y cuatro monitoreos en temporada de precipitación alta, midiendo variables in situ (pH, oxígeno disuelto, temperatura y conductividad) y ex situ (coliformes totales y DBO5). La investigación presenta como resultado que los valores promedio del índice ICOMO para las tres estaciones señalan una contaminación del agua media con un valor de 4,8. La correlación de Pearson permitió determinar que para este estudio los coliformes totales, tuvieron la mayor influencia sobre los resultados final del índice ICOMO. Un estudio previo para el año 2006 en temporada de baja pluviosidad mostró contaminación pésima para Caño Grande, indicando diferencia de 0,52 con respecto al índice obtenido, mientras que estudios realizados en los años 2005 y 2009 en meses con 10 altos niveles de precipitación (> 400 mm/mes), evidenciaron una diferencia en el índice de contaminación 0,32 y 0,22 respectivamente (9). En la tesis titulada “Diagnóstico de la contaminación por aguas residuales domésticas, cuenca baja de la quebrada la Macana, San Antonio de Prado - Municipio de Medellín”, cuyo objetivo fue evaluar el deterioro de la cuenca baja de la quebrada La Macana por el vertimiento de aguas residuales domésticas y el planteamiento de alternativas de solución a dicha problemática, se muestrearon 7 puntos de parámetros indicadores de la calidad (DBO5, DQO, coliformes totales, E. Coli, grasas y aceites, y sólidos suspendidos) y se realizaron entrevistas dirigidas donde se encontró que el 62 % de la carga total proviene de las viviendas con tanque séptico y el restante 38 % de las que realizan el vertido directo. La relación DBO/DQO muestra que en el tramo estudiado (300 m), la quebrada ha degradado el 80 % de la carga contaminante debido a la alta capacidad de autodepuración de la corriente (10). En la investigación titulada “Determinación del impacto en la calidad del agua en la parte alta de la microcuenca del río Porrosatí, por vertido de aguas residuales, para la realización de planes y acciones de manejo de recursos hídricos”, se tuvo por objetivo determinar el impacto en la calidad del agua en la parte alta de la microcuenca del río Porrosatí por vertido de aguas residuales para la realización de planes y acciones de manejo de recurso hídrico, que contribuyan en el mejoramiento de la calidad del agua de la microcuenca por medio de análisis fisicoquímicos y microbiológicos. Se utilizó el tipo de investigación exploratoria, se tomaron muestras de agua del río en seis puntos diferentes de la microcuenca, ubicados cada uno aproximadamente a un kilómetro de distancia entre sí, los muestreos se realizaron en época lluviosa, transición y seca. Los resultados para el río Porrosatí evidenciaron contaminación del río por presencia de coliformes fecales en su mayoría, los puntos más críticos de contaminación fueron el punto 2 y el punto 5. Para la época de invierno los parámetros amonio, Fe y Mn cumplen con el límite máximo permitido en el Reglamento para la Calidad de Agua Potable N° 38924S, sin embargo, en época de 11 transición el amonio, Al y Fe se encuentran sobre límite máximo permitido. Situación que se repite en la época seca, donde se incumple con el Al y el Fe (11). En la tesis titulada “Diagnóstico de contaminación de agua en la quebrada camaronera, Parque Nacional Manuel Antonio, Área de Conservación Pacífico Central, Minaet, Costa Rica”, se tuvo por objetivo realizar un diagnóstico de la contaminación del agua en la quebrada al caracterizar los contaminantes y evaluar la calidad del agua por medio de la toma de muestras y su análisis de parámetros microbiológicos y biológicos. Para esto se utilizó la determinación de coliformes fecales/100mL, y el parámetro biológico de DBO5, con un muestreo en época seca y lluviosa. Los resultados indican que el sector de la quebrada más afectado por contaminación es el tramo bajo, el cual fue el sitio de la toma de muestras. En todos los puntos estudiados existen cantidades muy elevadas de coliformes fecales y totales (1 600/100mL), demostrando así la alta contaminación por aguas negras proveniente de la zona domiciliar circundante. En cambio, los resultados de DBO5 demuestran a lo largo de la zona estudiada cantidades normales (2 mgO2/L). Se determinó que la degradación y destrucción que afecta la quebrada son inducidas principalmente por el crecimiento urbano-turístico no planificado y el vertido de aguas servidas, aguas negras y desechos sólidos (12). 2.1.2 Antecedentes nacionales En la tesis titulada “Niveles de contaminación de las aguas residuales del Centro Poblado Huaca Blanca y su efecto en la calidad del agua del río Chancay”, se tuvo como objetivo determinar los niveles de contaminación de las aguas residuales del Centro Poblado Huaca Blanca y su efecto en la calidad del agua del río Chancay. Se utilizó el tipo de investigación descriptivo no experimental - longitudinal. Se realizó en 3 puntos el muestreo con la finalidad de ver los niveles de contaminación y comparar con los Límites Máximos Permisibles (LMP) y los Estándares de Calidad Ambiental (ECA). Los resultados obtenidos de los análisis físicos, químicos 12 y microbiológicos en el Punto 1 se encuentran por debajo del ECA A2, están al límite del ECA para Aguas Superficiales destinadas para Riego de Vegetales, en el Punto 2 presenta una contaminación elevada específicamente en Coliformes Totales y Coliformes Termotolerantes que superan los LMP, por otro lado, en el Punto 3 excede el ECA A1, ECA A2, se encuentra por debajo de ECA A3, sin embargo, los análisis de DBO5 sobrepasan el ECA A3, todo ello como consecuencia del vertimiento de las aguas residuales del centro poblado sin previo tratamiento a las aguas del río Chancay (13). En la tesis titulada “Determinación de la concentración de coliformes fecales y totales en el río Mayo, por incidencia de la descarga de aguas residuales de la ciudad de Moyobamba 2009”, se planteó el objetivo de determinar la concentración microbiana de coliformes fecales y totales en el río Mayo, aportados por incidencia de la descarga de aguas residuales de la ciudad de Moyobamba. Se utilizó el tipo de investigación descriptiva, en la etapa de campo se determinaron estaciones de muestreo en el vertedero y en el cuerpo receptor; como análisis adicional se determinó la capacidad de dispersión que presenta el río Mayo con respecto a coliformes totales y fecales; así también, se identificaron, calificaron y valoraron impactos ambientales generados por la descarga de las aguas residuales de la ciudad de Moyobamba; finalmente se plantearon alternativas de solución para corregir los impactos que se están generando. La descarga de aguas residuales en el río Mayo provenientes de la ciudad de Moyobamba, cuantitativamente generan un impacto de - 10,56 (valor adimensional - revisar numeral 2.4.4.) lo que cualitativamente representa un impacto moderado, de carácter negativo con mayor incidencia sobre el medio socioeconómico (salud pública) y en el medio físico (aire - calidad); para corregir estos impactos se plantea la formulación de un Proyecto de Inversión Pública para el mejoramiento del sistema de evacuación y disposición final de aguas residuales de la ciudad de Moyobamba, dicho proyecto tiene que contemplar construcción de lagunas de estabilización con tratamientos primarios y secundarios, además de un programa de educación ambiental orientado a evitar riesgos en la salud de la población por consumo de peces contaminados (14). 13 La tesis titulada “Determinación de parámetros físicos, químicos y bacteriológicos del contenido de las aguas del río Mazán - Loreto, 2016”, tuvo por objetivo determinar los parámetros físicos, químicos y bacteriológicos del contenido de las aguas del río Mazan - Loreto. Se utilizó el tipo de investigación descriptivo - correlacional. Todos los parámetros, se encontraron dentro de los LMP, exigido por la norma legal peruana y organismos internacionales. Los resultados obtenidos fueron: temperatura 26,70ºC, transparencia 93,78 cm, conductividad 16,77 µS/cm, TDS 9,36 mg/L, pH 7,05, oxígeno disuelto 6,57 mg/L, dióxido de carbono 4,14 mg/L, alcalinidad total 21,20 mg/L, coliformes totales 4.66 UFC/100mL, coliformes fecales 1.66 UFC/100mL, cloruros 15,13 mg/L, dureza total 22,82 mg/L, dureza de calcio 14,83 mg/L, dureza de magnesio 7,98 mg/L, aceites y grasas 1,29 mg/L, los metales pesados como Cd, Ba y Pb no fueron detectados. Considerándose que los cuerpos de agua del río Mazán se encuentran libres de contaminación, no obstante, se recomienda tomarla, previo tratamiento químico. El trabajo nos indica que las aguas del río Mazán están sanas, presentan contaminación antrópica dentro los Límites Máximos permisibles, sin embargo, tanto la población de sus riberas, como las autoridades mismas, deben estar alertas a las amenazas actuales de contaminación para mantenerla en el tiempo, su naturaleza viva, su biomasa y su ecosistema (15). En la tesis titulada “Indicadores fecales en afluente y efluente en aguas residuales de la laguna de estabilización Boca del Río de EMAPISCO S.A.”, se tuvo por objetivo determinar el número más probable (NMP) de coliformes totales y coliformes termotolerantes en el afluente y efluente de la laguna de estabilización “Boca del Río”. Los muestreos se realizaron durante los meses de septiembre - diciembre 2017. Siguiendo las recomendaciones de los Métodos Standard (APHA - 2017), mediante la técnica del número más probable (NMP) para indicadores fecales, en donde se obtuvo un promedio para coliformes totales 4,26E+09 NMP/100mL (afluente) y 1,05E+05 NMP/100mL (efluente), y para coliformes termotolerantes 2,12E+09 NMP/100mL (afluente) y 3,96E+04 NMP/100mL (efluente). En septiembre hubo mayor carga microbiana, asimismo se reduce la carga microbiana en el mes de diciembre. Se 14 concluye que las aguas residuales del efluente de la laguna de estabilización “Boca de Río” de EMAPISCO S.A. se encuentran fuera de los Límites Máximos Permisibles para vertimiento a cuerpos de agua, además no son aptas para reúso de riego agrícola para la Categoría A (cultivos alimenticios que se consumen crudo), sin embargo, están aptas para la Categoría B (cultivos alimenticios cocidos), según directrices de la OMS (16). 2.1.3 Antecedentes locales En la tesis titulada “Impacto de las actividades antrópicas sobre la calidad del agua de la subcuenca del río Shullcas - Huancayo - Junín”, se tuvo por objetivo evaluar el efecto de las actividades antrópicas sobre la calidad del agua de la subcuenca del río Shullcas. Se utilizó el método científico, de tipo aplicado pues buscó evaluar el efecto de las actividades antrópicas sobre la calidad del agua del río Shullcas. Se evaluaron parámetros in situ e hicieron análisis en laboratorio de muestras de agua, extraídas de las principales localidades, para ello se consideró parámetros fisicoquímicos y microbiológicos del agua, los cuales fueron comparadas con el Estándar de Calidad Ambiental para agua Categoría 1 y 3 - D.S. N°002-2008-MINAM para así conocer la calidad de agua del Shullcas en sus tres sectores. En los resultados registrados se evidenció que la calidad de agua a partir del sector medio y bajo se ve afectada por la actividad doméstica por lo tanto las concentraciones de parámetros microbiológicos (coliformes fecales y E. Coli) sobrepasan los Estándares de Calidad Ambiental para agua Categoría 3 (17) . En la tesis titulada “Impacto de las actividades antrópicas sobre la calidad de agua en la subcuenca del río Chanchas - Huancayo”, se tuvo por objetivo determinar el impacto de las actividades antrópicas sobre la calidad de aguas de la subcuenta del río Chanchas. Utilizó el tipo de investigación aplicativo y descriptivo. Se evaluaron nueve puntos de muestreo según el protocolo de monitoreo de agua superficial de la Autoridad Nacional del Agua, los resultados fueron comparados con el 15 estándar de calidad de agua DS N°004-2017-MINAM, y se aplicó el cálculo de Índice de Calidad con la metodología de CCME WQI. (Índice Canadiense de calidad de aguas). Los resultados fueron que pH en el punto río Mantaro 9.5 Und., siendo el pH que sobrepasa los valores ECA- agua; en turbidez, Demanda Bioquímica de Oxígeno, dureza total y cloruros, el punto con mayor valor fue San Pedro de Cocharcas, en oxígeno disuelto, los puntos río Mantaro 1,08 mg/L y Huayllaspanca 1,25 mg/L los cuales están debajo del ECA-agua; en los parámetros microbiológicos solo los puntos Patalá, Raquina y Pucará son aptos para las Categorías 1 y 3 del ECA-agua. Así también, según el Índice de Calidad de Agua la clasificación resulto “Pésima”; se identificaron también en total 27 puntos que presentan fuentes de impacto (18). El artículo científico titulado “Impactos antropogénicos en la calidad del agua del río Cunas”, se planteó el objetivo de identificar los impactos que generan las actividades antropogénicas en la calidad del agua del río Cunas, en las provincias de Chupaca y Concepción del departamento y Junín en el año 2012. Utilizaron la metodología de observación, descripción y explicación; para lo cual seleccionaron tres puntos, encontrando los siguientes resultados en la calidad del agua: en el punto uno, ubicada en Angasmayo, la calidad fue media con 65,83 (impacto ligeramente moderado); en el punto dos, ubicada en Antacusi, la calidad fue media de 61,08 (impacto moderado) y en el punto tres, ubicada en La Perla, fue 57,18 (impacto severo). La calidad de agua del río Cunas se ve perjudicada por cada actividad que originan contaminantes, los cuales ocasionan variación en el estado físico, químico y biológico, por lo tanto, los efectos que ocasionan las actividades antropogénicas son: eutrofia, alteraciones del estado químico y turbidez; e impactos que generan la degradación en la calidad del agua (19). 2.2 Bases teóricas 2.2.1 Fundamentos teóricos 16 • Agua: “El agua es un compuesto, cuya molécula está formada por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno, siendo su fórmula química H2O, presentándose en el estado sólido, líquido y gaseosa siendo una sustancia imprescindible. El agua es considerada como disolvente universal ya que es requerida para todo tipo de actividades” (20). El agua es un recurso natural renovable, requerido para la vida, asequible y valioso para el desarrollo sostenible, manteniendo los sistemas y ciclos naturales que la respaldan, y la seguridad de la Nación (6). “El agua tiene que cumplir algunos requisitos para el consumo humano y para todo uso doméstico habitual, incluida la higiene personal por ello el uso del agua no debería presentar ningún contaminante que pueda causar enfermedades a los consumidores. El agua es fundamental para todo proceso de desarrollo mundial, aunque la cantidad de agua para consumo es limitada y su calidad se encuentra constantemente sometida a variaciones y cambios. El agua es uno de los compuestos más abundantes sobre la tierra, ya que cubre más de las tres cuartas partes del planeta, sin embargo, existen diferentes factores que limitan la cantidad y calidad disponible para el uso de consumo humano (OMS)” (1). • Agua superficial: “Las aguas superficiales son todas las corrientes de agua que se encuentran en la superficie del suelo, son las aguas provenientes de las precipitaciones pluviales o aguas acumuladas en las cuencas hidrográficas, que crean una corriente de agua, formando ríos, manantiales y arroyos, llegando a obtener lagos, lagunas si no consiguen a filtrarse al suelo. Las aguas superficiales se pueden encontrar en dos tipos: las aguas superficiales lóticas o corrientes y las lénticas” (21). 17 • Aguas lóticas: Son concentraciones de agua que se mueven siempre en una misma dirección como ríos, manantiales, riachuelos, arroyos (21). • Río Shullcas: Es un cuerpo de agua lótica que está ubicado en el Departamento de Junín, Provincia de Huancayo, Distrito de Huancayo, que fluctúa por medio de la ciudad de Huancayo. El río Shullcas tiene una longitud de 35.9 km; nace de las descargas de las aguas de las lagunas Chuspicocha (4 632 msnm) y Lasuntay (4 646 msnm), ubicadas al pie del flanco occidental del nevado Huaytapallana. Esta subcuenca se localiza en la provincia de Huancayo del departamento de Junín (22). El río Shullcas atraviesa la ciudad de norte a sur, para finalmente tributar sus aguas en la margen izquierda del río Mantaro; es el límite natural entre los distritos de Huancayo y El Tambo. Adicionalmente, el río Shullcas es el principal proveedor de agua potable para la ciudad de Huancayo (23). o Ubicación geográfica: - Latitud: 474683 E. - Longitud: 866566 S. - Altitud: 3197 msnm. o Hidrografía: 18 Figura 2. Delimitación de área de estudio. Fuente: elaboración propia. • Aguas lénticas: Son aguas interiores quietas o estancadas tales como los lagos, lagunas, charcos, humedales y pantanos (21). • Usos del agua: “La cantidad total de agua en la Tierra es de 1,4 billones de km3, de los cuales sólo 41 000 km3 circulan a través del ciclo hidrológico, el resto del agua permanece en los océanos, casquetes de hielo y acuíferos durante largos períodos. El agua es el recurso natural imprescindible, por ello su uso es muy indistinto tales como: poblacional, agrícola, industrial, minero, pecuario, recreativo y turístico” (24). 19 Figura 3. Total de agua en la tierra. Fuente: Sevilla (24). • Contaminación de agua: “El Perú es el país que tiene la mayor reserva hídrica a nivel de América Latina; por ello, tiene la mayor disponibilidad a nivel mundial. De los cuales el agua de todo el país se encuentra dispuesta para la población. El Perú es un país con un alto índice de demanda y oferta hídrica, sujeta a la contaminación por indistintos factores” (25). La contaminación del agua es la presencia de sustancias u organismos extraños en un cuerpo de agua de manera directa o indirecta, involucrando un cambio negativo en la calidad del agua impidiendo su uso con propósitos fijos, la contaminación puede ser de medio antropogénica o natural tales como (26): ➢ Las precipitaciones atmosféricas. ➢ Las escorrentías agrícolas (aguas que son arrastradas de los terrenos irrigados). ➢ Las escorrentías superficiales de las zonas urbanizadas (aguas que escurren de los centros urbanos). 20 ➢ Los vertimientos de las aguas de uso doméstico a los cuerpos superficiales más cercanos. ➢ Las descargas de los vertimientos industriales (aguas provenientes de aquellos procesos tecnológicos o especializados). • Fuentes de contaminantes: Estas fuentes de contaminación son: ➢ Puntuales: “es aquella alteración especifica que afecta al agua y otros agentes contaminantes desde una zona o lugar fijo como las aguas negras municipales. Es el resultado de la unión de los efluentes domésticos y los efluentes industriales de descarga permitida en el alcantarillado por lo tanto es fácil de identificar” (27). ➢ No puntuales o difusas: “es aquella variación cuya fuente no se localiza en un punto fijo o determinado, sino que el contaminante aborda varios puntos dispersos como las aguas producto de aguas residuales por refinería de petróleo, desagüe industrial causando contaminación térmica, infiltración desde tierras de cultivo, Lotes de pastura para ganado, tanques sépticos, escorrentías urbanas y agrícolas entre otras” (27). ➢ Natural: “dentro de la naturaleza de los elementos, también se encuentra su capacidad de ser un contaminante natural; pues, contaminan con tan solo su presencia en la atmósfera e hidrósfera como es el caso del flúor y el arsénico que generan impactos ambientales negativos” (28). ➢ Antropogénica o artificial: “es la contaminación que se da por el resultado de las diferentes actividades del hombre y de su interacción con el ambiente, en la que se genera un residuo 21 alterando la composición natural del agua y modifica las concentraciones de los elementos ya existentes en su medio natural”, entre las que generan un daño más significativas están (29)”: o Vertimientos domésticos: son aquellas aguas negras de origen residencial y comercial, que contienen desechos fisiológicos, restos de alimentos, productos de limpieza, aceites, restos de plásticos, entre otros; producto de la actividad humana (29). o Vertimientos industriales: son aquellas que resultan del desarrollo de un proceso productivo de indistintos orígenes, como pueden ser aquellas provenientes de la actividad minera, agrícola, agroindustrial, entre otras (29). o Vertimientos de la minería: son aquellas aguas procedentes de esta actividad, que durante todo el proceso productivo generan contaminación en un rango muy significativo, ya sean para las poblaciones aledañas o para aquellas que indirectamente se benefician del recurso agua (29). • Aguas residuales: “Las aguas residuales son la mezcla de los efluentes domésticos que vienen a ser las aguas negras (excremento, orina y los lodos fecales) y las aguas grises (aguas servidas de lavado y baño), aguas de los establecimientos comerciales, instituciones, hospitales, vertimientos de los efluentes industriales, aguas pluviales y otras escorrentías” (30). Se tienen varias definiciones, entre ella la que se dice que las aguas residuales son las aguas gastadas o usadas de un hogar, comunidad, granja o industria que contienen materia disuelta o suspendía, sin embargo, las aguas residuales de un usuario pueden servir de suministro para otro usuario en otro lugar (30). 22 “Desde este punto, el Organismo de Evaluación y Fiscalización Ambiental (OEFA) define a las aguas residuales como “aquellas aguas cuyas características originales han sido modificadas por la actividad antropogénica y que por su calidad requieren un previo tratamiento, antes de ser reusadas, vertidas a un cuerpo natural de agua o descargadas al sistema de alcantarillado” (31). o Clasificación de las aguas residuales: Las aguas residuales se pueden clasificar en: ➢ Aguas residuales domésticas: son aquellas de origen residencial y comercial que contienen desechos fisiológicos, entre otros provenientes de la actividad humana, y deben ser dispuestas adecuadamente (31). ➢ Aguas residuales Industriales: son aquellas que resultan del desarrollo de un proceso productivo, incluyéndose a las provenientes de la actividad minera, agrícola, energética, agroindustrial, entre otras (31). ➢ Aguas residuales municipales: son aquellas aguas residuales domésticas que pueden estar mezcladas con aguas de drenaje pluvial o con aguas residuales de origen industrial previamente tratadas, para ser admitidas en los sistemas de alcantarillado de tipo combinado (31). o Efectos de la contaminación del agua por aguas residuales: Las aguas residuales que no reciben tratamiento y son vertidas directamente a los cuerpos de agua sin previo tratamiento, generan impactos ambientales, provocando contaminación de las aguas superficiales y subterráneas. 23 Las aguas residuales una vez vertidas sin tratamiento o con tratamiento inadecuado, tendrán consecuencias como (32): ➢ Efectos en la salud humana: las enfermedades asociadas a las aguas residuales tienden a ser: el cólera, enfermedades tropicales desatendidas como el dengue, los helmintos transmitidos por el suelo (32). ➢ Efectos ambientales: si el agua residual no recibe tratamiento previo, este traerá un impacto en la calidad del agua, que a su vez, afectará la cantidad de recurso hídrico disponible. En tanto la gestión inadecuada de las aguas residuales genera un impacto dentro de los ecosistemas y el medio ambiente (32). ➢ Efectos económicos: disminución en la producción de la agricultura, piscícola, y en general, en toda la cadena de producción a nivel nacional (32). o Problemática de las aguas residuales en el Perú: El uso de las aguas residuales sin tratamiento previo trae consigo un sin números de problemas, como (33): • En la agricultura, pone en peligro a la salud de la población y de aquellos que consumen los diversos productos agrícolas. • Carencias en el sistema de tratamiento de aguas residuales. • Acciones que sirvan de control para la fiscalización en el cumplimiento de las normativas ambientales establecidas. • Deficiencia en las acciones de vigilancia, control y fiscalización por parte de las entidades encargadas, del acatamiento de los compromisos ambientales y sanitarios. 24 En el Perú, según las estimaciones realizadas por el Organismo de Evaluación y Fiscalización Ambiental (OEFA), al año 2024 se generará aproximadamente 4 842 579 m3/día de aguas residuales que serán descargadas a la red de alcantarillado de las Empresas Prestadoras de Servicio de Saneamiento (EPS) (31), siendo el tratamiento de aguas residuales una necesidad tanto a futuro como en la actualidad. Figura 4. Cantidad de agua residual que genera al día una persona en el Perú. Fuente: OEFA (31). • Situación de las aguas residuales en el Perú: “En el Perú, a fines de 2007, el 63,6 % de la población urbana total tuvo servicio de alcantarillado administrado por Empresas Prestadoras de Servicios de Saneamiento (EPS); el resto fue administrado directamente por las municipalidades o a través de operadores especializados (OES) en pequeñas ciudades, comités de agua o simplemente no cuenta con dicho servicio” (34). “Durante el 2007, los sistemas de alcantarillado recolectaron aproximadamente 747,3 millones de metros cúbicos de aguas residuales, producto de las descargas de los usuarios conectados al 25 servicio. De ese volumen, sólo 29,1 % ingresaron a un sistema de tratamiento de aguas residuales, muchos de los cuales con deficiencias operativas y de mantenimiento, y el resto se descargó directamente a un cuerpo de agua (mar, ríos o lagos), se infiltró en el suelo o se usó clandestinamente para fines agrícolas. Es decir, al menos 530 millones de m3 de aguas residuales pasaron a contaminar los cuerpos de agua superficial que se usan para la agricultura, pesca, recreación e incluso para el abastecimiento de agua potable. Si a ello se suma la contaminación por fuentes mineras e industriales, se constituye un escenario que pone en peligro la salud pública, genera deterioro de ecosistemas, produce limitaciones para la agro exportación e incrementa los costos de tratamiento del agua para fines de abastecimiento poblacional” (34). “Para conocer la situación actual del uso de las aguas residuales se han evaluado 25 regiones del país, seleccionadas por sus poblaciones proyectadas a junio de 2015. La producción actual de aguas residuales se ha estimado teniendo en cuenta la tasa nacional de producción de 162 L/día. habitante y las tasas de cobertura urbana de saneamiento de cada región, reportadas por el Ministerio de Vivienda Construcción y Saneamiento (MVCS) para el 2014. Se puede deducir que el Perú estaría produciendo 42,5 m3/s de aguas residuales domésticas, siendo el aporte de la costa el 66 % con 27,9 m3/s. A diferencia de la selva, que es la zona con más baja cobertura, esta sólo representa el 10 % del caudal a nivel nacional. Luego están Cajamarca, Arequipa, Junín, Cuzco y Puno con 8.8 m3/s” (2). 26 Figura 5. Producción actual de aguas residuales y capacidad de tratamiento en las regiones del Perú. Fuente: Moscoso (2). Es interesante ver que 7,8 m3/s de los efluentes generados por 145 PTAR identificadas (43 %) si son utilizados para el riego agrícola y otras 14 plantas (4 %) ofrecen 0,2 m3/s para el riego de áreas verdes urbanas. Luego de conocer el caudal de efluentes de las PTAR que son destinados al riego agrícola y de áreas verdes, es preciso saber lo que pasa en cada región. El 95 % se utiliza en la costa, mientras que en la sierra y selva solo se utilizan 0,4 m3/s aun cuando tienen capacidad para tratar casi 4 m3/s. Regiones como Huánuco, Ucayali, Pasco, Apurímac y Madre de Dios no utilizan sus aguas residuales. Le siguen de cerca Tumbes, Cajamarca, Amazonas, Loreto, Junín, Huancavelica, Cusco y Arequipa que juntas solo llegan al 3 % de las aguas reusadas en el Perú (2). 27 Figura 6. Comparación de los caudales tratados y de los efluentes utilizados para el riego en las regiones del Perú. Fuente: Moscoso (2). • Principales riesgos a la salud y el ambiente por el uso de las aguas residuales: Las aguas residuales domésticas que se vierten sin tratamiento previo a los ríos o lagos, suelen contaminar estos cuerpos de agua con altas concentraciones de bacterias, virus y parásitos, lo cual crea un alto riesgo para salud pública. El mal manejo de las aguas residuales propaga enfermedades entéricas bacterianas, virales y parasitarias, tales como las diarreas, la tifoidea, la paratifoidea, el cólera, la hepatitis infecciosa, la amebiasis, giardiasis, etc. La mayoría de los efluentes industriales pueden tener altas concentraciones de contaminantes químicos (según el tipo de industria) y/o materia orgánica, expresada en Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5), pero su concentración de gérmenes patógenos es bastante menor que en los efluentes domésticos (2). 28 Figura 7. Principales agentes infecciosos en las aguas residuales. Fuente: Moscoso (2). • Calidad del agua: El término calidad de agua fue cambiando continuamente, esto, debido a los diferentes usos que se da a este recurso. La calidad de agua es un índice que incide claramente en la salud humana, ecosistemas y actividades socio económicas. Por lo tanto, la calidad del agua viene a ser un factor determinante para la pobreza o riqueza de un país. Cabe mencionar que la calidad de agua puede verse afectada por la presencia de factores de producto químicos, o factor antropogénico (35). “Se entiende calidad de agua, desde un punto de vista funcional, como la capacidad intrínseca que tiene el agua para responder a los usos que se desearía obtener de ella. Desde el punto de vista ambiental, como la define la propuesta de Directiva Marco de las Aguas, son aquellas condiciones que debe tener el agua para que se mantenga en un ecosistema equilibrado y que cumpla unos determinados objetivos de calidad, o como el conjunto de características físicas, químicas y microbiológicas que la definen” (36). 29 Los límites aplicables para evaluar la calidad de agua superficial están determinados por el Decreto Supremo Nº 004-2017 del Ministerio de Ambiente para sus Categorías 1 (Poblacional y Recreacional) y 4 (Conservación del Ambiente Acuático en lagunas, lagos y ríos de selva) y los límites aplicables para evaluar la calidad del agua de abastecimiento doméstico (consumo directo) (37). • Influencia de carga orgánica en los efluentes industriales: La materia orgánica disuelta en los efluentes industriales crea una amenaza a los recursos acuáticos receptores tales como: arroyos, ríos, lagos y océanos. La descarga de estos efluentes genera la muerte de peces y otras especies marinas, los cuales durante su desintegración requiere una cantidad apreciable de oxígeno disuelto, y reducen su concentración a valores intolerables alterando de esta manera el uso del agua. Estas descargas causan el crecimiento acelerado de plantas acuáticas, originando el problema de eutrofización en el cuerpo de agua. Para solucionar este tipo de problemas, se suele diseñar y construir plantas de tratamiento con el propósito de remover los contaminantes de los caudales de las aguas residuales, de tal manera, que el efluente tratado sea seguro para ser descargado al ambiente, cumpliendo con la normativa legal establecida (38). • Parámetros de la calidad del agua: Para determinar la calidad del agua se deberán analizar los paramentos físicos, químicos y biológicos, siendo conveniente revisar los parámetros que se utilicen para definir su calidad (39). ➢ Parámetros físicos: no son índices absolutos de contaminación, sino indicadores relativos, siendo que los cambios pueden ser tan apreciables que un sólo parámetro llegue a dar una idea del grado de contaminación y de la extensión de la zona afectada (39). 30 • Sabor y olor: son valores subjetivas, en tanto no poseen unidad de medida, ni instrumento de observación, ni registro y se han de mencionar juntas porque se encuentran concretamente unidas, sin embargo, las aguas que contienen concentraciones de Cl- a partir de 300 ppm tienden adquirir un sabor salado, salado y amargo a partir de 450 ppm de SO4, CO2 libre le atribuye al agua un gusto picante y la presencia de trazas de fenoles u otros compuestos orgánicos le adicionan un color y sabor desagradable (39). • Color: es la capacidad de absorber ciertas radiaciones del espectro visible, aunque ciertos colores en aguas naturales son indicadores de la presencia de ciertos contaminantes (39). • Turbiedad: parámetro que permite determinar el grado de dificultad para trasmitir el paso de la luz debido a la presencia de material suspendido o coloidal, presentándose principalmente en las aguas superficiales. Siendo difíciles de decantar o destilar. La unidad de medida es la Unidad Nefelométrica de Turbiedad (NTU o UNF) (39). • Conductividad: es la medida de la capacidad del agua para conducir electricidad y está directamente relacionada con la pureza química del agua (mientras más pureza del agua, menor conductividad). Esta capacidad depende de la presencia y conducción de iones, así como la temperatura del agua (39). • Temperatura: La temperatura de las aguas residuales y de las masas de agua receptoras son importantes a causa de sus efectos sobre la solubilidad del oxígeno, en consecuencia, sobre las velocidades en el metabolismo, difusión y reacciones químicas y bioquímicas (40). 31 • Sólidos: se denomina sólidos a todos aquellos elementos o compuestos presentes en el agua que no son agua ni gases. Atendiendo a esta definición se pueden clasificar en dos grupos (40). o Sólidos totales disueltos: es un índice de la cantidad de sustancias disueltas en el agua, y proporciona una indicación general de la calidad química. Es definido analíticamente como residuo filtrable total (40). o Sólidos en suspensión: es descriptivo de la materia orgánica e inorgánica particulada existente en el agua (aceites, grasas, arcillas, arenas, fangos, etc.). La presencia de sólidos en suspensión participa en el desarrollo de la turbidez y el color del agua, mientras que, la de sólidos disueltos determina la salinidad del medio, y en consecuencia la conductividad del mismo. Por último, la determinación de sólidos volátiles constituye una medida aproximada de la materia orgánica, ya que, a la temperatura del método analítico empleado el único compuesto inorgánico que se descompone es el carbonato magnésico (40). ➢ Parámetros químicos: los parámetros químicos están relacionados con la capacidad del agua para disolver diversas sustancias que son determinados por análisis cuantitativo, entre las que podemos mencionar: • pH: es el término utilizado para expresar la intensidad de las condiciones ácidas o básicas del agua. Por convención está definido como: pH = –log [H+], Para los análisis químicos, se basa a la escala de 0 a 14; es importante decir que el pH mide el grado de acidez o de alcalinidad; pero no determina el valor de la acidez ni de la alcalinidad. En laboratorio el pH, es obtenida a través del instrumento electrónico pH (41). 32 • Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5): es el parámetro más utilizado para determinar el contenido de materia orgánica de una muestra de agua. Se mide determinando la cantidad de oxígeno que requieren los microorganismos para degradar, oxidar y estabilizar la materia orgánica. La prueba de DBO más conocida es la de DBO5. Esta prueba se realiza incubando la muestra de agua en el laboratorio y al cabo de cinco días se mide el consumo de oxígeno por parte de los microorganismos, y los resultados se reportan en mg/L de oxígeno consumido (41). • Demanda Química de Oxígeno (DQO5): es una prueba ampliamente utilizada para determinar el contenido de materia orgánica de una muestra de agua. El dicromato de potasio constituye actualmente el mejor agente oxidante para la determinación de la DQO. Otra de las ventajas de la DQO es el poco tiempo que duración de la prueba que se demora 3 horas su unidad de medida es mg/L (41). • Oxígeno disuelto: es una de las pruebas más simples e importantes, para determinar por su concentración la contaminación de corrientes o los cuerpos de agua. Moderadamente soluble en agua, dependiendo la solubilidad de la temperatura, la salinidad, la turbulencia del agua y la presión atmosférica (41). ➢ Parámetros microbiológicos: son todos los microorganismos indicadores de contaminación del agua, siendo también patógenos para la salud humana. • Los coliformes fecales: se definen como el grupo de organismos coliformes, Los coliformes termorresistentes considerando primero a la E. coli seguido de otras especies como Klebsiella, Enterobacter y Citrobacter, que pueden provenir también de aguas orgánicamente enriquecidas, de 33 efluentes industriales o de materias vegetales y suelos en descomposición. Como los organismos coliformes termorresistentes se detectan con facilidad, desempeñando una importante función como indicadores de la eficacia de los procesos de tratamiento del agua para eliminar las bacterias fecales (41). 2.2.2 Metodologías existentes • Cálculo de caudal: Se realizó el cálculo del caudal por el método del flotador. - Método del flotador: o Se debe estimar la velocidad del agua y el área del canal. o El cálculo del caudal estimado se determina mediante la siguiente expresión matemática (42): Q= Fc x A x (L/T) Donde: *Q = Es el caudal, en m3/s. *L = Es la longitud entre el punto A y B en metros. *A = Es el área, en m2. *T = Es el tiempo promedio en segundos. *Fc = Es el factor de corrección. Donde Fc es un factor de corrección relacionado con la velocidad. El valor de Fc se debe seleccionar de acuerdo al tipo de río o canal y a la profundidad del mismo, de acuerdo a los valores presentados en la tabla siguiente. 34 Tabla 2. Factor de corrección para el cálculo de caudales. FACTOR DE CORRECCIÓN PARA CÁLCULO DE CAUDALES TIPO DE CAUCE FACTOR DE CORRECCIÓN FC Canal revestido en concreto, profundidad del agua >15 0.8 Canal de tierra, profundidad del agua >15 cm 0.7 Riachuelos profundidad del agua >15cm 0.5 Fuente: Ministerio de Agricultura y Riego (42). El valor promedio obtenido del caudal de agua estudiada permitirá no sólo conocer el volumen de agua del que se dispone por unidad de tiempo, información importante a la hora de tomar decisiones sobre posibles proyectos de riego. Para ello debemos seguir los siguientes pasos: a) Primer paso: seleccionar el lugar adecuado. Se selecciona en el río o canal un tramo recto y uniforme, de preferencia sin piedras grandes, ni troncos de árboles, en el que el agua fluya libremente, sin turbulencias, ni impedimentos, que sea recto y de sección transversal uniforme, cuya longitud de ser alrededor de 5 a 10 metros de largo, donde el agua escurra libremente. Midiendo con una wincha En el tramo seleccionado ubicar dos puntos A (de inicio) y B (de llegada), en el que deberán colocar estacado en los extremos del canal o cauce, respectivamente (42). b) Segundo paso: medición del área del cauce o canal. Se divide el ancho del cauce o canal en tramos iguales pueden ser cada 10 a 40 cm según el ancho. Para determinar los puntos donde se medirá la altura del agua. c) Tercer paso: medición de la velocidad del agua (V) (42). Fórmula: 35 Área = (ℎ1+ℎ2) 2 ∗ 𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜 Cálculo de la velocidad (V): V = L/Tp Cálculo del caudal (Q): Q= fc x A x V ➢ Cálculo de carga orgánica: La evaluación aproximada de la carga contaminante se realizará en los principales sectores socioeconómicos, mediante la utilización adecuada de indicadores de producción y consumo, así como datos resultantes de los programas de caracterización y monitoreo realizados o actualmente en ejecución (43). La etapa inicial del trabajo comprenderá la identificación de las principales fuentes puntuales de contaminación, localizadas en los territorios de las cuencas hidrográficas de interés nacional y provincial (43). La expresión general para la determinación de la carga contaminante para residuales líquidos es la siguiente (43): (Concentración) x (Caudal) = Carga kg/l X l/d = kg/d 2.2.3 Técnicas e instrumentos de investigación Para la realización del recojo de muestras se utilizó la metodología del Protocolo Nacional de Monitoreo de la Calidad de Recursos Hídricos Superficiales, hay diversos criterios que se toman en cuenta para desarrollar un monitoreo de la calidad de los recursos hídricos superficiales, que considera la logística necesaria, planificación, ejecución y aseguramiento de la calidad del muestreo, cuyo contenido deberá ser aplicado y de referente obligatorio por la Autoridad Nacional del Agua (ANA) y otros que puedan realizar actividades similares (44). 36 ➢ Planificación del monitoreo: La planificación de monitoreo se realizó en gabinete con la finalidad de plantear los trabajos de monitoreo a realizar, estableciendo el ámbito de evaluación, puntos de monitoreo, lugares de acceso, verificación, ubicación de la zona de muestreo, los puntos de monitoreo, los parámetros a evaluar, equipos, materiales, reactivos, formatos de campo, personal para traslado de equipos de trabajo y análisis de muestras (44). En la siguiente ilustración se muestra el proceso de planificación, en función a lo estipulado por la Autoridad Nacional del Agua (ANA), utilizado en la investigación. Figura 8. Planificación del monitoreo. Fuente: Autoridad Nacional de Agua (ANA) (44). ➢ Toma de muestras: Las muestras fueron tomadas en los ríos de bajo caudal o poca profundidad, donde se tiene un fácil acceso para ingresar al río, debiendo evitar la contaminación de las muestras por algunos sedimentos del cauce del río (44). 37 Procedimiento: a) Se colocó los implementos de seguridad como botas, chalecos y guantes descartables antes del inicio de la toma de muestras. b) Se identificó un punto medio de la corriente principal, donde la corriente fue homogénea, evitando aguas estancadas y poco profundas. c) Se tomó los materiales de recojo de muestras (botellas) retirando la tapa y la contratapa sin tocar la superficie interna del frasco. d) Antes de colectar las muestras, el frasco se enjuagó dos veces, a excepción de los frascos para el análisis de los parámetros orgánicos o microbiológicos. e) Se cogió la botella por debajo del cuello, sumergida en dirección opuesta al flujo del agua. f) Para las muestras de coliformes fecales se dejó un espacio de 10 % del volumen del recipiente para asegurar un adecuado suministro de oxígeno para las bacterias. g) Para el parámetro demanda bioquímica de oxígeno (DBO5), el frasco se llenó lentamente en su totalidad para evitar la formación de burbujas. 2.3 Definición de términos básicos • Agua residual: son aquellas aguas cuyas características originales han sido modificadas por actividades humanas y que por su calidad requieren un tratamiento previo, antes de ser reusadas, vertidas a un cuerpo natural de agua o descargadas al sistema de alcantarillado (31). • Cadena de custodia: procedimiento documentado de la obtención de muestras, su transporte, conservación y entrega de éstas al laboratorio para la realización de pruebas de análisis físico-químico, realizado por el personal responsable (45). • Calidad Ambiental: condición de equilibrio natural que describe el conjunto de procesos geoquímicos, biológicos y físicos, y sus diversas y complejas interacciones, que tienen lugar a través del tiempo, en un determinado espacio 38 geográfico. La calidad ambiental se puede ver impactada, positiva o negativamente, por la acción humana; poniéndose en riesgo la integridad del ambiente, así como la salud de las personas (46). • Contaminación ambiental: acción y estado que resulta de la introducción de contaminantes al ambiente por encima de las cantidades y/o concentraciones máximas permitidas; tomando en consideración el carácter acumulativo o sinérgico de los contaminantes en el ambiente realizado por el hombre (46). • Coliformes: son una familia de bacterias que se encuentran comúnmente en las plantas, el suelo y los animales, incluyendo los humanos. La presencia de bacterias coliformes es un indicio de que el agua puede estar contaminada con aguas negras u otro tipo de desechos en descomposición. Generalmente, las bacterias coliformes se encuentran en la capa superficial del agua o en los sedimentos del fondo. La contaminación fecal ha sido y sigue siendo un problema sanitario, ya que supone la incorporación de microorganismos patógenos que pueden provocar enfermedades en la salud humana (47). • Coliformes fecales: son microorganismos con una estructura parecida a la de una bacteria común que se llama E. coli y se transmiten, normalmente, en el intestino del hombre y en el de otros animales. Algunos no causan daño en condiciones normales y otros pueden, incluso, ocasionar la muerte. Se denominan genéricamente coliformes fecales a los que se transmiten, a través de las excretas, y comúnmente, por la ingestión o el contacto con agua contaminada (48). • Coliformes termotolerantes (fecales): la presencia de este parámetro en los cuerpos de agua superficial se debe a la contaminación fecal, cuyo origen pueden ser por los vertidos domésticos sin tratamiento a los cuerpos receptores (ríos, quebradas) y otros de los factores, es por la inadecuada disposición de residuos sólidos que se depositan en los cauces de los ríos (49). • Carga contaminante: masa de una sustancia o número de individuos microbiológicos contenido en un volumen de agua que pasa por una sección determinada en una unidad de tiempo (44). • Carga orgánica: cantidad de materia orgánica, generalmente medida como DBO5, aplicada a un proceso de tratamiento dado presente en el agua residual; expresado como peso por unidad de tiempo por unidad de superficie o por unidad de peso (50). 39 • DBO5 (Demanda Biológica de Oxígeno): cantidad de oxígeno que requieren los microorganismos para la estabilización de la materia orgánica bajo condición de tiempo y temperatura específicos (generalmente a 5 días y 20° C) (44). • Diagnóstico de la calidad del agua: evaluación de los resultados de monitoreo de calidad de agua y su relación con las actividades en la cuenca para establecer la condición y los factores que la influyen (44). • Estándar de Calidad Ambiental (ECA): estándar ambiental que regula el nivel de concentración o el grado de elementos, sustancias o parámetros físicos, químicos y biológicos, presentes en el aire, agua o suelo, en su condición de cuerpo receptor, que no representa riesgo significativo para la salud de las personas ni al ambiente (46). • Efluente: líquido o agua residual previamente tratada, proveniente de actividades antropogénicas que pueden ser vertidas a un recurso hídrico o reusadas (44). • Fuente contaminante puntual: fuente única identificable y localizada de contaminación real o potencial de los recursos hídricos, como un vertimiento de aguas residuales domésticos, municipales, industriales y mineros o botaderos de residuos sólidos (44). • Impacto ambiental: alteración, positiva o negativa, de uno o más de los componentes del ambiente, provocada por la acción de un proyecto. El “impacto” es la diferencia entre qué habría pasado con la acción y que habría pasado sin ésta (46). • Límite Máximo Permisible (LMP): instrumento de gestión ambiental que regula la concentración o el grado de elementos, sustancias o parámetros físicos, químicos y biológicos, que caracterizan a un efluente o una emisión, que al ser excedida causa o puede causar daños a la salud, al bienestar humano y al ambiente (46). • Monitoreo ambiental: comprende la recolección, el análisis, y la evaluación sistemática y comparable de muestras ambientales en un determinado espacio y tiempo; la misma que se realiza a efectos de medir la presencia y concentración de contaminantes en el ambiente (46). • Muestra de agua: parte representativa del material a estudiar (para este caso agua residual) en la cual se analizarán los parámetros de interés (44). • Sólidos Suspendidos Totales: hacen referencia a la materia particulada que se mantiene en suspensión en las corrientes de agua superficial y/o residual (51). 40 2.4 Diseño de modelo teórico conceptual Figura 9. Modelo teórico conceptual de la investigación. Fuente: elaboración propia. Medición del caudal 41 CAPITULO III METODOLOGÍA 3.1 Método y alcances de la investigación En el estudio se empleó el método científico, puesto que es una metodología diseñada para obtener nuevos conocimientos partiendo de la observación sistemática de un fenómeno, la medición, experimentación usando métodos estadísticos para construir conocimiento y proporcionarle validez. 3.1.1 Método de la investigación A) Método general o teórico de la investigación El método de investigación utilizado fue el hipotético - deductivo, el cual consiste en un procedimiento que parte de unas aseveraciones en calidad de hipótesis y busca refutar o falsear tales hipótesis, deduciendo de ellas conclusiones que deben confrontarse con los hechos (52). Se ha considerado este método porque a partir de los resultados del muestreo de agua realizado en el tramo del estudio se determinó cual es la influencia del aporte de carga orgánica y coliformes fecales de las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas mediante la aceptación o negación de la hipótesis y, consecuentemente, llegar a las conclusiones de la investigación. 42 B) Método específico de la investigación Se dio inicio a la investigación con la observación del caudal que discurre en el tramo de estudio por el río Shullcas; identificando así una situación problemática, ya que, en el inicio del tramo no se observa agua natural superficial y hacia el final del tramo, cerca de la desembocadura del río Shullcas, se observa agua discurriendo por el río. Para dar explicación al fenómeno, se identificaron estaciones de muestreo de agua y se realizó la toma de muestras cumplimento el protocolo de monitoreo ambiental para agua. Con los datos obtenidos del monitoreo de agua y el análisis posterior en el laboratorio; se procedió a la recopilación de datos e información a través de los resultados de análisis, siendo el método especifico aplicado para la obtención de información, ya que ésta se caracteriza por buscar la aplicación o utilización de los conocimientos adquiridos, a la vez que se adquieren otros, después de implementar y sistematizar la práctica basada en investigación (53). El uso del conocimiento y los resultados de investigación que da como resultado una forma rigurosa, organizada y sistemática de conocer la realidad (53), utilizando instrumentos mecánicos o electrónicos, llegando así, a la generación de conocimientos. 3.1.2 Alcances de la investigación A) Tipo de investigación El tipo de investigación, por su finalidad, se consideró aplicada porque buscó la generación de conocimiento con aplicación directa a los problemas de la sociedad (54). La información teórica adquirida será aplicada a la realidad para generar nuevos conocimientos, a su vez, se alcanzó a validar o refutar la hipótesis planteada en el estudio. 43 B) Nivel de investigación El estudio de investigación presenta atributos de un nivel explicativo, porque responderá la causa de los fenómenos. Las tesis de nivel explicativas establecen hipótesis (es decir, supuestos o presunciones teóricas que se pueden verificar empíricamente, en forma directa o indirecta) que constituyen el núcleo de su encuadre teórico, a priori de las mediciones (55). Por consiguiente, estas tesis tratan de dar cuenta del funcionamiento de fenómenos en términos de relaciones de influencia recíproca entre variables, factores o elementos (55). 3.2 Diseño de la Investigación El diseño de investigación fue no experimental cuantitativa, porque se realizó sin manipular deliberadamente variables, es decir, se trata de un estudio donde no hacemos variar en forma intencionada variables independientes para ver su efecto sobre otras variables, solo se observan fenómenos tal como se dan en su contexto natural para después analizarlos (56). 3.2.1 Tipo de diseño de investigación La investigación también se considera de tipo longitudinal panel, porque el objetivo del estudio fue medir, observar o analizar cambios a través del tiempo sobre el mismo grupo de estudio (56). Para el caso de la presente investigación, se ha recolectando muestras de agua por un periodo de tiempo de 4 semanas en un determinado punto de muestreo (desembocadura de río Shullcas) para determinar la influencia que tiene el aporte de carga orgánica y coliformes fecales al río Shullcas. Las variables del estudio no han sido manipuladas ni controladas. 3.3 Población y muestra 44 3.3.1 Población Río Shullcas en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura. 3.3.2 Muestra Cuatro muestras de agua con un volumen de 25 L en el Tramo Condominio Bellavista - desembocadura. Tabla 3. Coordenadas de la estación de muestreo. COORDENADA DE LA ESTACIÓN DE MUESTREO DESCRIPCIÓN: Desembocadura del río Shullcas CÓDIGO COORDENADAS UTM ZONA ESTE NORTE PAG-01 474683 8665665 18 L Fuente: elaboración propia. La determinación de las coordenadas de muestreo se realizó con un GPS marca GARMIN. Figura 10. Ubicación de la estación de muestreo de agua PAG-01. Fuente: elaboración propia. 45 En la figura 10 se muestra la estación de muestreo de agua (PAG-01). La elección de la estación de monitoreo codificada como PAG-01 fue realizada porque el caudal del río, en esa ubicación, es uniforme y a partir de ese punto en adelante (dirección hacia la desembocadura al río Mantaro) ya no se identifican vertimientos de agua residual, por el contrario, desvían el agua superficial hacia terrenos de cultivo. 3.4 Técnicas e instrumentos de recolección de datos 3.4.1 Técnicas utilizadas en la recolección de datos Se emplearon procedimientos para obtención de datos: • Observacional; es empleada en el campo de la investigación con la finalidad de una observación directa, analizando la actividad antropogénica y reconocimiento de los puntos de monitoreo. • Para la obtención de información, se empleó la técnica del Protocolo Nacional para el Monitoreo de la Calidad de los Recursos Hídricos Superficiales, en la que se incluyen el premonitoreo, monitoreo y el posmonitoreo, tal como se muestra en la siguiente figura. 46 Figura 11. Diagrama de flujo del protocolo de muestreo utilizado. Fuente: elaboración propia. - Premonitoreo: se encuentra establecida ante una planificación, la identificación y enumeración de los puntos de monitoreo, tipificación de los parámetros, elaboración de la cadena de custodia, preparación del equipo y herramientas para el monitoreo in situ y ex situ. - Monitoreo: reconocimiento del área de estudio, preparación de la cadena de custodia y su etiquetado de cada muestra, ubicación georreferenciar UTM, medición de los parámetros in situ, obtención de muestras, rellenado de la cadena de custodia, transporte y su aseguramiento para su análisis en laboratorio y resultados. - Posmonitoreo: análisis en un laboratorio acreditado por el Instituto Nacional de Calidad (INACAL) y su respectivo resultado. 47 • Generación de nuevos conocimientos, mediante el procesamiento y revisión de los datos de análisis. 3.4.2 Instrumentos utilizados en la recolección de datos Se emplearon como herramientas: • GPS GARMIN (certificado de calibración se adjunta en anexos). • Ficha de campo. • Cadena de custodia. • Programa Microsoft Excel y estadístico SPSS para una relativa tabulación, frecuencia y correlación de los datos obtenidos tras el análisis. • Cámara fotográfica. • Documentos digitales. 48 CAPITULO IV RESULTADOS Y DISCUSIÓN 4.1 Resultados del tratamiento y análisis de la información El río Shullcas se encuentra ubicado en la provincia de Huancayo; su cauce cruza los principales distritos de la ciudad de Huancayo. En la actualidad existe la falta de un sistema de tratamiento de las aguas residuales, el vertimiento es directo al cuerpo de este. La prueba de normalidad que se empleó fue la prueba de Shapiro-Wilk, cuando el tamaño es un máximo de 50 muestras (57). El método consiste en comenzar ordenando la muestra de menor a mayor valor, obteniendo el nuevo vector muestral. Cuando la muestra es como máximo de tamaño 50, se puede contrastar, procediéndose a calcular la media y la varianza muestral. Se rechaza la hipótesis nula de normalidad si el estadístico Shapiro-Wilk es menor que el valor (58). En las siguientes tablas se presentan los valores más representativos de los parámetros analizados en la época de estiaje. 4.1.1 Resultado para lograr explicar el objetivo específico 1 Se observó en la salida de campo que en la estación de monitoreo PAG- 00 al inicio del tramo de estudio no existe presencia de agua natural superficial discurriendo; es decir, el caudal es cero. 49 Los resultados que se mostraran a continuación corresponden a los datos recolectados de la estación de monitoreo PAG-01, localizada en la desembocadura del río Shullcas. Tabla 4. Resultados y comparación con el ECA-agua para Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO). Fuente: elaboración propia a partir de los reportado por el Laboratorio Servicios Analíticos Generales S.A.C. Figura 12. Resultados de monitoreo de agua (DBO5) - concentración mg/L. Fuente: elaboración propia. Los resultados obtenidos de las muestras analizadas para el parámetro de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO) en las cuatro muestras realizadas en la estación codificada como PAG-01 sobrepasan el Estándar de Calidad Ambiental (ECA) para agua - Categoría 4: Conservación del ambiente CÓDIGO DE ESTACIÓN FECHA PARÁMETRO UNIDADES RESULTADOS ANÁLISIS ECA-AGUA - CATEGORÍA 4: CONSERVACIÓN DEL AMBIENTE ACUÁTICO PAG-01 19/09/2021 DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO (DBO5) mg/L 204,9 < 10 24/09/2021 149 30/09/2021 127,1 20/09/2021 135 50 acuático según el D.S. N° 004-2017-MINAM, donde el límite de DBO₅ es < 10 mg/L (figura 12). Con respecto a la influencia del aporte de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) de las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas, según el análisis estadístico realizado se plantearon la hipótesis nula y alterna. - H0: el contenido de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) que aportan las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas no es significativa en temporada de estiaje en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. - H1: el contenido Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) que aportan las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas es significativa en temporada de estiaje en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. La prueba de normalidad utilizada fue Shapiro-Wilk (menos de 50 datos), indicando como resultado que los datos analizados tiene una distribución normal correspondiéndole una prueba paramétrica. La prueba estadística utilizada fue t de student, siendo el p-valor (0.003) menor que la significancia (α = 0.05), teniendo una distribución normal, por lo tanto, se rechazó la hipótesis nula y se acepó la hipótesis alterna llegando a la conclusión que el contenido de carga orgánica que aporta las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas es significativo en temporada de estiaje en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. 4.1.2 Resultado para lograr explicar el objetivo específico 2 Los resultados obtenidos de las muestras analizadas para Sólidos Suspendidos Totales (SST) que se muestran en la tabla 5 sobrepasan el Estándar de Calidad Ambiental (ECA) para agua - Categoría 4: Conservación del ambiente acuático según el D.S. N° 004-2017-MINAM, donde el límite de SST es ≤ 100 (figura 13). 51 Tabla 5. Resultados y comparación con el ECA-agua para Sólidos Suspendidos Totales. Fuente: elaboración propia a partir de los reportado por el Laboratorio Servicios Analíticos Generales S.A.C. Figura 13. Resultados de monitoreo de agua (SST) - concentración mg/L. Fuente: elaboración propia. Con respecto a la influencia del aporte de Sólidos Suspendidos Totales (SST) de las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas; según el análisis estadístico realizado se plantearon la hipótesis nula y alterna. - H0: el contenido de Sólidos Suspendidos Totales (SST) que aportan las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas no es significativa en temporada de estiaje en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. CÓDIGO DE ESTACIÓN FECHA PARÁMETRO UNIDADES RESULTADO S ANÁLISIS ECA AGUA - CATEGORÍA 4: CONSERVACIÓN DEL AMBIENTE ACUÁTICO PAG-01 19/09/2021 SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES (SST) mg/L 197 ≤ 100 24/09/2021 238,8 30/09/2021 138,8 20/09/2021 123,45 52 - H1: El contenido Sólidos Suspendidos Totales (SST) que aportan las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas es significativa en temporada de estiaje en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. La prueba de normalidad utilizada fue Shapiro-Wilk (menos de 50 datos), indicando como resultado que los datos analizados tiene una distribución normal correspondiéndole una prueba paramétrica. La prueba estadística utilizada fue t de student, siendo el p-valor (0.003) menor que la significancia (α = 0.05), teniendo una distribución normal, por lo cual, se rechazó la hipótesis nula y se aceptó la hipótesis alterna, llegando a la conclusión que el contenido de Solidos Suspendidos Totales (SST) que aporta las descargas de agua residual al lecho del río Shullcas es significativo en temporada de estiaje en el tramo Condominio Bellavista - desembocadura, Huancayo 2021. 4.1.3 Resultado que explica el objetivo general 3 Los resultados obtenidos de las muestras analizad