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A spectrometer based on smartphones and a low-cost kit for transmittance and absorbance measurements in real-time
(2017) O. Ormaechea; Alex Villazón; Ramiro Escalera
A spectrometer based on smartphones and a
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO PARA LA REMOCIÓN DE ARSÉNICO DEL AGUA DE CONSUMO EN EL ALTIPLANO Y VALLES DE BOLIVIA
(2020) Ramiro Escalera; Omar Ormachea; Mauricio Ormachea; José Luis García García; Jesús Suso; M.E. García; Fernando Pérez‐Cabello; Jorge Hornero; Óscar Fernández; Ana Magaly Rubio Zelaya
La presencia de elevadas concentraciones de arsénico encontradas en el agua de consumo de dos sitios geográficamente distantes en Bolivia, ha requerido el diseño, la construcción y la implementación de un sistema de remoción de arsénico para así obtener agua más segura para su consumo. Uno de los sitios se encuentra en una unidad educativa de la zona periurbana de la ciudad de Cochabamba y el otro en una escuela rural en la población de Quillacas en el departamento de Oruro dentro del área del Altiplano boliviano. El sistema consta de dos procesos de remoción de arsénico que funcionan en serie: i) el proceso RAOS que requiere una etapa de aireación y dosificación con sulfato ferroso y citrato de sodio automáticamente controlado con el flujo de agua, 6 fotoreactores provistos de tubos de acrílico de alta transmitancia emplazados en colectores solares tipo Fresnel (con capacidad colectora equivalente a 17,5 soles) y ii) el proceso IHE-ADART que utiliza filtros de arena recubierta con óxido de hierro, IOCS, seguidos de una microfiltración con filtros de polipropileno de 5 y 1 micras dispuestos en serie. El sistema es capaz de remover el arsénico total (particulado y disuelto) hasta concentraciones menores a lo requerido por la guía de la Organización Mundial para la Salud (OMS) y la norma boliviana para agua potable (NB 512) (10 μg/l) en ambas unidades educativas, aun cuando las características hidroquímicas de las aguas tratadas fueron sustancialmente diferentes. Las características del agua de pozo en Cochabamba, favorecen la remoción de arsénico hasta en un 75% por ambos procesos, especialmente el pH, el potencial óxido-reducción y las bajas concentraciones de aniones competidores (cloruros, sulfatos y nitratos) por los sitios de adsorción que están sobre la superficie de los microflóculos de hidróxido férrico o de la capa de óxido férrico que recubre la arena de los filtros IOCS. Por otra parte, las elevadas concentraciones de cloruros, boratos y sulfatos presentes en el agua de pozo que usa la unidad educativa de Quillacas y su alta salinidad no afectan significativamente a la capacidad de adsorción de la arena IOCS, permitiendo elevadas eficiencias de remoción de arsénico (mayores al 90%). En conclusión, el sistema es adecuado, desde el punto de vista técnico para la remoción de arsénico natural presente en aguas subterráneas del valle bajo de Cochabamba y de la zona sur colindante con el lago Poopó en el altiplano boliviano.
DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y EVALUACIÓN DE UN SISTEMA DE CONTACTOR BIOLÓGICO ROTATORIO (CBR) PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES A ESCALA PILOTO
(2020) Ivette Echeverría; Oliver Saavedra; Ramiro Escalera; Gustavo Heredia; Renato Montoya
En este estudio se diseñó, implementó y evaluó el desempeño de una planta piloto de tratamiento de aguas residuales domésticas, basada en contactores biológicos rotatorios (CBR). La demanda de fuentes de agua en zonas semi- áridas ocasiona que se reutilicen aguas residuales en agricultura, aunque no tengan ningún grado de tratamiento. Los CBR son sistemas de tratamiento aerobio llevado a cabo por microorganismos adheridos sobre discos que rotan lentamente a través de un flujo de agua residual. Entre las ventajas del sistema se puede mencionar, los niveles potencialmente altos de eficiencia, que ocupan poco espacio y se pueden ampliar modularmente; sin embargo, son sistemas costosos de implementar, debido a que se requiere de la importación de los discos. En este estudio se escogió el poliestireno por su disponibilidad local y se verificó que es un medio de adherencia adecuado para los microorganismos. Las eficiencias máximas alcanzadas por el CBR una vez concluido el periodo de aclimatación fueron: 81%, 75% y 85% para la remoción de DQO total, DQO soluble y SST. La eficiencia global del sistema constituido por un sedimentador primario, un CBR de 3 etapas y un sedimentador secundario, alcanzó niveles de 68-79% para DQO total, 68-77% de DQO soluble y 81-99% de SST. Los niveles de tratamiento alcanzan valores dentro de los límites establecidos en la legislación boliviana para descarga de aguas residuales, por lo que es recomendable su escalamiento en condiciones climáticas similares a las del estudio.
DOMESTIC WASTEWATER TREATED BY ANAEROBIC BAFFLED REACTORS AND GRAVEL FILTERS AS A RESOURCE TO BE USED IN AGRICULTURE
(2019) Ivette Echeverría; Laura Machicado; Oliver Saavedra; Ramiro Escalera; Gustavo Heredia; Renato Montoya
Due to limited availability of clean water, treated wastewater is an important resource to reduce water demand through its reuse. In Bolivia, one of the most common practices is the use of wastewater for crop irrigation. Wastewater Treatment Plants (WWTP) must adequate their processes so their effluents are safe for irrigation and for the environment. The intermediate city of Tolata, located at 2720 meters above sea level operates a WWTP with a solids removal pretreatment followed by an Anaerobic Baffled Reactors (ABR) and series of horizontal and vertical gravel filters. The objective of this study is to evaluate its efficiency and determine the potential of the treated effluent for crop irrigation. To assess water quality parameters a series of monitoring campaigns were carried out from August to December 2018. The average concentrations found in the WWTP affluent are as follows: 396 ± 289 mg-BOD5/l, 795 ± 262 mg-COD/l, 361 ± 113 mg-TSS/l, 66.0 ± 38.9 mg-N-NH3/l, 11.8 ± 2.2 mg-P/l and 2.73 ± 1.13 m-S/cm for EC. The concentrations found in the effluent on average are: 18 ± 12 mg-BOD5/l, 95 ± 61 mg-COD/l, 18 ± 10 mg-TSS/l, 41.7±26.5mg-N-NH3/l, 8.3 ± 2.2 mg-P/l and 2.35 ± 0.75 m-S/cm for EC. The overall efficiencies of the WWTP obtained are: 95 % of BOD5, 88% of total COD, 95 % of TSS, 37% of N-NH3, and 30% of P. According to these results, it is advisable to restrict irrigation to tall stemmed crops, grass and fodder that have moderate tolerance to salinity and are not eaten raw or without further processing to reduce risks associated with health. In order to use the treated effluent for irrigation of vegetables or other products that are eaten raw, this WWTP needs to implement a disinfection process.
EVALUACIÓN COMPARATIVA DE LA GESTIÓN Y COSTOS EN SISTEMAS DESCENTRALIZADOS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS
(2023) V. Escalante; Ivette Echeverría; Gabriel Aliaga; Gustavo Heredia; Ramiro Escalera; Oliver Saavedra
Se ha realizado una evaluación comparativa de los costos de tratamiento de aguas residuales en 6 diferentes plantas descentralizadas, ubicadas en las comunidades de Cliza, Ucureña, Tolata, Punata, Tarata y San Benito, en el Valle Alto de Cochabamba que atienden a poblaciones de tamaño intermedias (de 4 500 a 25 000 habitantes). Se estimaron los costos de inversión anualizados (CAPEX/Vida útil), el costo anualizado de operación (OPEX) y se describen las características de gestión y eficiencias de las plantas. Los resultados de los CAPEX/Vida útil para las PTARs de Cliza, Ucureña, Tolata, Punata, San Benito y Tarata fueron de 44 566; 34 603; 22 414; 97 194; 25 412 y 36 399 USD/año, respectivamente. Los OPEX para estas PTAR fueron de 21 613; 28 625; 16 720; 19 841; 19 404 y 19 766 USD/año, respectivamente. Los costos por metro cúbico oscilan entre 0,13 y 0,48 USD/m³. Se observó que un menor costo por volumen de agua tratada está relacionado con una menor eficiencia en el sistema de tratamiento. Por otra parte, se encontró que los bajos porcentajes de remoción de contaminantes se ven afectados por la falta de una adecuada operación y mantenimiento. Mayores deficiencias en la operación y mantenimiento se presentaron en las PTAR de Tarata y San Benito, gestionadas por el municipio. La PTAR de Punata, aunque es adecuadamente operada y mantenida, presenta eficiencias relativamente bajas limitadas por la tecnología. Las PTAR de Tolata, Ucureña y Cliza gestionadas por la Fundación Aguatuya bajo un programa de cooperación internacional mostraron mejores eficiencias de remoción.
EVALUACIÓN DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES MUNICIPALES BASADA EN LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN ACOPLADAS A UN REACTOR ANAEROBIO COMPARTIMENTADO
(2021) Ivette Echeverría; Cesar L. Escalante; Oliver Saavedra; Ramiro Escalera; Gustavo Heredia; Renato Montoya
El objetivo de esta investigación es evaluar el desempeño de la planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR) de una zona conformada originalmente por lagunas de estabilización, la cual fue ampliada. La ampliación se llevó a cabo a través del dragado y mejoramiento del sistema de lagunaje. El aumento de capacidad consistió en la implementación de un Reactor Anaeróbico Compartimentado (RAC), un sistema de pre-tratamiento mejorado que incluye rejas, un tamiz mecánico, un desarenador con una cámara desgrasadora, y lechos destinados al secado de lodos provenientes del RAC. La PTAR actualmente atiende a una población de 20 000 habitantes aproximadamente y trata un caudal de 2 416 m3/d. El RAC implementado contribuye principalmente a la reducción de DBO, DQO y especialmente de SST. El acondicionamiento de las lagunas demostró mejorar la capacidad de tratamiento de la PTAR. La eficiencia global de la PTAR es de: 55, 67, 54, 80, 15 y 26 % para los parámetros de DBO5, DQO total, DQO soluble, SST, N-NH3 y P. Con la adición del RAC y la optimización de las lagunas, la eficiencia de la PTAR se ha incrementado del 52 al 67% en la eliminación de DQO. Estos parámetros demuestran que anteponer un sistema de pretratamiento y un RAC al sistema de lagunaje para ampliar su capacidad de tratamiento es una alternativa adecuada. Adicionalmente se resalta la importancia de realizar el mantenimiento y remoción periódica de lodos para optimizar su funcionamiento.
EVALUACIÓN DEL DESEMPEÑO DE UN LECHO FLUIDIZADO DE TIPO SURTIDOR (LFTS) PROVISTO DE GUIADORES CILINDRICOS NO POROSOS EN LA DESAPONIFICACIÓN DE GRANOS DE QUINUA
(2019) Mirea Flores; Ramiro Escalera; Carla Quiroga
Este trabajo de investigación evalúa el uso de guiadores en un lecho fluidizado de tipo surtidor (LFTS) en el proceso de remoción de saponinas de quinua real (ecotipo amarilla). Se utilizaró guiadores cilíndricos no porosos con superficies abiertas laterales de 30 mm y 50 mm de altura medida desde la parte inferior. Se utilizó 2 reactores de vidrio cilíndrico cónico de 7,44 y 14,34 cm de diámetro y conos de 30° y 45° respectivamente, con boquillas que varían de 1,5 a 5 mm de diámetro de orificio, conectadas a un flujómetro digital alimentado de aire por un compresor de 400 lmin-1de capacidad. En pruebas de caracterización del lecho con y sin guiadores se evaluó las relaciones entre la velocidad lineal de aire en la entrada al surtidor, la presión manométrica, el flujo volumétrico de aire, tiempo de ciclo de la partícula y la velocidad másica de circulación de sólidos dentro del LFTS. Posteriormente, se elaboró un diseño experimental factorial de 4 factores a 2 niveles (24) por duplicado, generando 32 corridas en las que se evaluó el efecto del diámetro de lecho, el diámetro de boquilla, la altura de lecho y la altura de la zona de entrada de granos al guiador en la pérdida de masa, concentración residual de saponinas en el grano y el consumo específico de energía. La mayor eficacia de remoción de saponinas corresponde a las condiciones de operación del LFTS con menor diámetro de boquilla (Øb = 2 mm), mayor altura de zona de entrada de granos (HD = 50 mm), mayor diámetro de lecho (14,4 cm) y menor altura de lecho (HL=21,5 cm). En estas condiciones geométricas, a los 81 minutos de procesamiento, se logró una concentración residual de saponinas del 0,032 % y una eficiencia de remoción de saponinas del 52,64 %. A mayores velocidades lineales en la entrada al surtidor y mayores frecuencias de ciclo del grano se obtiene mejores eficiencias de remoción de saponinas y menores concentraciones residuales de saponinas en el grano. En general, se puede concluir que para obtener concentraciones residuales mínimas de saponinas en los granos y eficiencias de remoción superiores al 90%, será apropiada cualquier configuración que genere velocidades lineales en la entrada al surtidor entre 1 000 y 1 300 ms-1 y frecuencias del orden de 20 CPM. Menores velocidades de circulación de granos en un LFTS con guiador, respecto de las que se obtienen en lechos sin guiador, generan una falta de uniformidad en la concentración de saponinas en el grano tratado y menores eficiencias de remoción.
EVALUACIÓN NUTRICIONAL DE LOS ÁCIDOS GRASOS DE ACEITE DE SEMILLAS DE PALQUI (Acacia feddeana Harms)
(2015) Ramiro Escalera; Francisco Caba
Evaluation of a domestic wastewater treatment plant at an intermediate city in Cochabamba, Bolivia
(UWA Publishing, 2019) Oliver Saavedra; Ramiro Escalera; Gustavo Heredia; Renato Montoya; Ivette Echeverría; Adriana Villarroel; Leo Lorenz Brito
Abstract This study aims to determine the seasonal variability in the performance of a medium size population wastewater treatment plant (WWTP) in Bolivia. The semi-arid area where the WWTP is located is characterized as agricultural land, with an annual rainfall of 500 mm and a mean temperature of 17 °C. The WWTP is built up of five modules, each one comprising two treatment trains composed of an upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor and horizontal gravel filter. The performance of the full process has been determined based on water quantity and quality. Seven monitoring campaigns of chemical and physical wastewater characteristics were performed from March to December 2017. The measured effluent showed average removal efficiencies of 83 ± 8% and 37 ± 60% for total chemical oxygen demand (COD) and total suspended solids (TSS), respectively. The treatment system has proven to be efficient to remove organic matter and TSS, despite the occurrence of high COD and total solids (TS) influent concentrations, the accumulation of solids at all the processes and the variability of flow and temperature inside the UASB reactors. In order to improve further this efficiency, it is recommended to implement a primary sedimentation unit as a pretreatment for the UASB system that would help to homogenize both the flow and the quality of the influent.
EVALUATION OF A MUNICIPAL WASTEWATER TREATMENT PLANT BASED ON STABILIZATION PONDS COUPLED TO A COMPARTMENT ANAEROBIC REACTOR
(2021) Ivette Echeverría; Cesar L. Escalante; Oliver Saavedra; Ramiro Escalera; Gustavo Heredia; Renato Montoya
Integrated assessment of decentralized wastewater treatment plants in a semi-arid region in Bolivia
(UWA Publishing, 2024) Ivette Echeverría; Ramiro Escalera; Oliver Saavedra; Gabriel Aliaga; Renato Montoya
ABSTRACT This study comprehensively evaluates four wastewater treatment plants intended for agricultural reuse in a semi-arid low-moderate temperature region. It considers environmental, technical, economic, and social perspectives. Anaerobic baffled reactors with hybrid gravel filters (ABR + HGF + VGF) proved the most efficient, with moderate requirements in space, O&M, and energy, albeit the highest treatment cost. Up-flow sludge blanket reactor with activated sludge (UASB + AS) demonstrated high efficiency and compactness, with moderate treatment costs. However, it incurred high energy demands, complex O&M, and more sludge generation. UASB with horizontal gravel filter (UASB + HGF) was among the most land-intensive systems, with moderate costs and O&M requirements, and low energy consumption. However, it fell short of meeting certain environmental criteria. ABR with stabilization ponds (ABR + PONDS) emerged as the most economical, with low energy consumption, but was also among the most land-intensive and failed to achieve adequate effluent quality. Socially, all WWTPs were well accepted for agricultural reuse benefits. In terms of odor perception, UASB + AS and ABR + HGF + VGF exhibit the lowest impact. The Most Appropriate Treatment Technology Index ranked ABR + HGF + VGF and UASB + AS as adequate technologies, while UASB + HGF and ABR + PONDS were poorly adequate. The study recommends a four-dimensional assessment for selecting the most suitable technology, considering the specific context.
Iron Nanoparticle Filter for Remediation of Groundwater Contaminated by Geogenic Arsenic
(RELX Group (Netherlands), 2024) Juan Simon Torres Espada; Ramiro Escalera
REMOCIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA DE AGUAS RESIDUALES DE LA INDUSTRIA TEXTIL MEDIANTE LA APLICACIÓN DE FERRATO DE POTASIO SINTETIZADO
(2022) Ramiro Escalera; Uli Nicol Hosse Pastor; Sara Castillo
Se investigó el uso de ferrato de potasio sintetizado como opción de tratamiento para la remoción de la materia orgánica (DQO) y del color contenidos en aguas residuales de una planta teñidora y lavadora de telas. Los tintes orgánicos industriales usados en el proceso son: Reactive blue 19, Allura red y Reactive black 5. Como resultado de un diseño experimental a temperatura ambiente, se encontró una dosis óptima de ion ferrato de aproximadamente 90 mg-FeO42-/l a un pH = 7, condiciones que generaron una eficiencia de remoción de DQO disuelto de 82% La eficiencia de remoción de color fue mayor al 80% a pH = 7 y una dosis de ion ferrato de 120 mg/l. El proceso de coagulación-floculación tarda 21 min i.e. 1 min de agitación rápida y 20 min de agitación lenta y controlada a una velocidad de corte de 33 s-1. La velocidad de sedimentación crítica de los flóculos formados fue de 3,5 cm/min en las condiciones óptimas. Con esta velocidad se puede diseñar sedimentadores de una carga superficial de 50,4 m3/m2/d que es superior a los valores usados comúnmente en el diseño de sedimentadores en las plantas de clarificación de aguas destinadas al consumo humano. En conclusión, el estudio demuestra que el uso del ferrato de potasio como coagulante y oxidante, es efectivo para la remoción de la materia orgánica y la decoloración de aguas residuales provenientes de la industria textil.
Removal of Arsenic from Groundwater Utilizing a Semicircular Section Tubular Photo-Reactor in Continuous Mode Operation
(2021) Ramiro Escalera; Omar Ormachea
A practical low-cost treatment system of suitable capacity was developed in order to satisfy drinking water consumption needs of people living in small rural villages affected by arsenic contamination. The system is based on a semicircular section tubular photo-reactor which has been constructed, characterized and applied to the treatment of groundwater contaminated with As (V) by means of the solar oxidation and removal of arsenic (SORAS) technique, using ferrous and citrate salts. The solar concentrator was made from recyclable waste materials such as fluorescent lamp glass tubes and 6” PVC pipes cut in half and covered in aluminium foil. Solar radiation is concentrated to 2.8 times its natural intensity in the reactor. When compared to a fluorescent light glass tube alone and a 2-liter PET bottle, batch irradiation trials followed by controlled agitation (shear rate = 30 – 33 s-1; 20 min agitation period) revealed that the photo-reactor promotes the development of settleable floccules (Dp > 0.5 mm). c In the photo-reactor, the fluorescent lamp tube, and the PET bottle, the required irradiation times for floccule generation were 15, 25, and 60 minutes, respectively. Continuous flow investigations utilising a photo-reactor with a photo-collection area of 0.9 m2 and a hydraulic retention duration (equivalent to the irradiation period) of 15 minutes revealed that when the solution is agitated moderately, good settleability floccules form immediately (33 s-1). With a final concentration of 16.5 mg/L in decanted water, an As (V) removal efficiency of 98.36 percent was achieved. According to these findings, at UVA irradiation intensities of 50-70 W/m2, the photo-reactor can treat roughly 130 L/m2 in a 5-hour period. This daily capacity can supply safe water to a 4 - person family at a consumption rate of 30-35 L/person/day, a typical value in rural areas in the Bolivian Altiplano.
REVISIÓN DE LAS EXPERIENCIAS EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS MEDIANTE REACTORES UASB EN COCHABAMBA-BOLIVIA COMPARADAS CON LAS DE LATINOAMÉRICA, INDIA Y EUROPA
(2017) Vanessa Gandarillas R.; Oliver Saavedra; Ramiro Escalera; Renato Montoya
El proceso de tratamiento anaeróbico es cada vez más reconocido como opción viable para la protección del medio ambiente y la conservación de los recursos y representa, combinado con otros métodos adecuados, un sistema de tratamiento de aguas residuales sostenible y apropiado para los países en vías de desarrollo. El tratamiento anaeróbico de aguas residuales se está utilizando con éxito en los países tropicales desde la década de los 80, y con resultados alentadores en las regiones subtropicales y templadas. En este estudio se revisan las principales características del tratamiento de aguas residuales domésticas, con énfasis en el Reactor Anaeróbico de Mantos de Lodos de Flujo Ascendente (RALF) o Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB de su sigla en inglés). Se revisaron las aplicaciones del proceso UASB en Europa, Asia y las Américas. En Latino América y en particular en Bolivia el uso de esta tecnología ha incrementado considerablemente debido a la pequeña demanda de terreno requerida para su implementación y a sus atractivos costos de inversión y operación. La revisión mostró, en base a la experiencia de operación de distintas plantas de tratamiento ubicadas en los valles de Cochabamba, que los reactores anaerobios de mantos de lodos de flujo ascendente apropiadamente diseñados, son adecuados para el tratamiento de aguas residuales domésticas en las regiones de los valles y llanos de Bolivia debido a que presentan condiciones ambientales que hacen que el uso de esta biotecnología anaerobia sea favorable bajo la perspectiva del desarrollo sostenible.
Small-Scale Operation of an Integrated Anaerobic Baffled Reactor and Biofilter: Factors Affecting Its Performance
(American Society of Civil Engineers, 2022) Ivette Echeverría; Oliver Saavedra; Ramiro Escalera; Gustavo Heredia; Chihiro Yoshimura; Renato Montoya
This study aims to evaluate the effect of factors influencing the performance of a small-scale operating wastewater treatment plant (WWTP) integrating anaerobic baffled reactor (ABR) and biofilters with temperature fluctuations in the psychrophilic–mesophilic range. Over nine months of monitoring, the overall removal efficiencies for total chemical oxygen demand (TCOD), soluble chemical oxygen demand, particulate chemical oxygen demand, total suspended solids, ammonia nitrogen (NH3–N), and phosphorus (P) were 92%, 82%, 98%, 98%, 49%, and 31%, respectively, on average. The ABR’s TCOD removal efficiency (57%) was about 20% lower than the simulated efficiency using the Bremen Overseas Research and Development Association (BORDA)’s ABR design model, implying that temperature fluctuation and intermittent wastewater flow are possibly the factors that most affect performance. Although it was lower than the expected efficiency, the global performance of the system is supported by the significant contribution of horizontal and vertical gravel biofilters. The effluent quality complies with the local standard for wastewater discharge, except for the high content of nitrogen and phosphorus concentrations, which can be used for crop irrigation. To improve the WWTP performance, we recommend using a primary settler considering the use of a chemically enhanced solid separation process to avoid overloading organic solids in the ABR operation.