universidad nacional de san agustín facultad de ingeniería civil escuela profesional de ingeniería

281 Pages·2017·9.66 MB·Spanish

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA SANITARIA

“ESTUDIO DE LA FUENTE SACAY PARA CONSUMO DE AGUA POTABLE
EN LAS LOCALIDADES DE LA REAL, COCHATE Y EL MONTE, DISTRITO
DE APLAO, PROVINCIA DE CASTILLA”

Tesis profesional presentada por el bachiller:
BOHORQUEZ ALIAGA PEDRO IVAR

PARA OPTAR AL TÍTULO PROFESIONAL DE
INGENIERO SANITARIO

Asesor:
Ing. FRANCISCO OJEDA OJEDA

AREQUIPA, PERU
2018
AGRADECIMIENTOS
A Dios, nuestro Padre y Creador, presente a lo largo de
toda mi vida, confortándome en cada tropiezo y celebrando
cada Triunfo.
A su Santísima Madre la Virgen María, por todo su amor
incondicional y sus bendiciones derramadas a mi familia

A mis padres, Ivar e Iris, de quienes
siempre recibí apoyo tanto en mi formación
espiritual y profesional
A mi hermano Hugo, quien es para mí
reflejo y ejemplo a seguir, por su apoyo
constante durante mi vida universitaria.
A mis tíos †Segundo, †Víctor Hugo y
Dorita, por haber confiado
incondicionalmente en mí y darme su
cariño y comprensión; siempre los llevaré
en mi corazón.
RESUMEN
El presente trabajo de investigación tiene por objetivo proponer una solución a la
calidad de vida y el bienestar de los habitantes de los centros poblados “La Real”,
“Cochate” y “El Monte” mediante la evaluación de la fuente de abastecimiento de
agua potable, denominada manantial Sacay, la cual en la actualidad no cumple
con los requisitos mínimos de calidad exigidos por el Reglamento de la calidad
del agua para consumo humano DS N° 031-2010-SA., tales como la presencia
de arsénico en concentraciones superiores a los límites máximos permisibles
dados por el reglamento antes mencionado.
El estudio contempla un análisis de la oferta (hidráulica de pozos) y la demanda
(consumo máximo diario), así como una evaluación del sistema de
abastecimiento existente para un horizonte de proyecto de veinte años.
Se presenta asimismo un muestreo de la calidad del agua del Manantial Sacay,
con ensayos y variedad de coagulantes para verificar la eficiencia de cada uno
en la remoción de arsénico y finalmente una propuesta de diseño de una Planta
de Tratamiento de Agua Potable (PTAP) compacta, así como su respectiva
evaluación económica.

Palabras Clave: Arsénico, Prueba de Jarras, Hidráulica de Pozos, Plantas de
Tratamiento de Agua Potable Compactas, Valor Actual Neto, Tasa Interna de
Retorno.
ABSTRACT
The present research work aims to propose through the study a solution to the
quality of life and well-being of the inhabitants of La Real, Cochate and El Monte
pools, through the assessment of the source of drinking water supply, called
Manantial Sacay, which currently does not meet the minimum quality
requirements required by the Regulation of Water Quality for Human
Consumption DS No. 031-2010-SA, such as the presence of arsenic in
concentrations above the maximum limits permissible given by the
aforementioned regulation.
The study includes an analysis of the Supply (Hydraulics of wells) and Demand
(Maximum daily consumption), as well as an Evaluation of the Existing Supply
System for a project horizon of 20 years.
Sampling of the Water Quality of the Sacay Spring is also presented. Tests with
a variety of Coagulants to verify the efficiency of each one in the removal of
Arsenic and finally a design proposal of a Compact Drinking Water Treatment
Plant as well as its respective economic evaluation.

Key Words: Arsenic, Jar Testing, Well Hydraulics, Compact Drinking Water
Treatment Plants, Net Present Value, Internal Rate of Return
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ÍNDICE
1. CAPÍTULO I GENERALIDADES ....................................................................................... 1
1.1. PLANTEAMIENTO DE LA PROBLEMÁTICA ......................................................... 1
1.2. PROBLEMA .................................................................................................................. 2
1.2.1. PROBLEMA GENERAL ......................................................................................... 2
1.2.2. PROBLEMA ESPECÍFICO .................................................................................... 2
1.3. OBJETIVOS ................................................................................................................. 3
1.3.1. OBJETIVO GENERAL ............................................................................................ 3
1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................. 3
1.4. HIPÓTESIS Y VARIABLES........................................................................................ 3
1.4.1. VARIABLES INDEPENDIENTES.......................................................................... 3
1.4.2. VARIABLES DEPENDIENTES.............................................................................. 4
1.5. DELIMITACIÓN DEL TRABAJO DE INVESTIGACIÓN ........................................ 4
1.5.1. DELIMITACIÓN ESPACIAL ................................................................................... 4
1.5.2. DELIMITACIÓN TEMPORAL ................................................................................ 4
1.6. LIMITACIONES DEL TRABAJO ............................................................................... 4
1.7. TIPO DE INVESTIGACIÓN ....................................................................................... 4
1.8. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................. 4
1.9. JUSTIFICACIÓN .......................................................................................................... 5
1.9.1. JUSTIFICACIÓN SOCIAL ...................................................................................... 5
1.9.2. JUSTIFICACIÓN TÉCNICA ................................................................................... 6
1.9.3. JUSTIFICACIÓN ECONÓMICA ............................................................................ 6
2. CAPÍTULO II PARÁMETROS DE DISEÑO .................................................................... 7
2.1 UBICACIÓN DE LA ZONA DE ESTUDIO ............................................................... 7
2.2 POBLACIÓN DE DISEÑO.......................................................................................... 8
2.3 MÉTODOS DE CÁLCULO PARA EL CRECIMIENTO POBLACIONAL ............. 9
2.4 DOTACIÓN DE AGUA ................................................................................................ 9
2.1.1. CÁLCULO DEL CAUDAL DE DISEÑO .............................................................. 10
2.5 VARIACIÓN DE CONSUMO ................................................................................... 11
2.2.1 CÁLCULO DEL CONSUMO MÍNIMO ................................................................ 11
2.2.2 CÁLCULO DEL CAUDAL CONTRA INCENDIO .............................................. 11
2.2.3 CONSUMO MÁXIMO DIARIO ............................................................................. 11
2.2.4 CONSUMO MÁXIMO HORARIO ........................................................................ 11
2.6 EVALUACIÓN DEL SISTEMA EXISTENTE ......................................................... 11
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2.3.1 EVALUACIÓN DE LA CÁMARA DE BOMBEO ................................................ 11
2.3.2 EVALUACIÓN DE LOS RESERVORIOS .......................................................... 13
2.7 BALANCE DE OFERTA/DEMANDA DE LA FUENTE......................................... 14
3. CAPÍTULO III HIDRÁULICA Y DISEÑO DE POZOS .................................................. 16
3.1 CONSIDERACIONES GENERALES Y UBICACIÓN DE POZOS ..................... 16
3.1.1 CONSIDERACIONES GENERALES ................................................................. 16
3.1.1.1 BASE LEGAL ..................................................................................................... 16
3.1.1.2 UBICACIÓN DE POZOS .................................................................................. 16
3.2 PRUEBAS DE BOMBEO ......................................................................................... 17
3.3 PRUEBAS DE RECUPERACIÓN ........................................................................... 21
3.4 NIVELES FREÁTICOS ANTES Y DESPUÉS DE LAS PRUEBAS DE
BOMBEO ................................................................................................................................ 23
3.5 DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS HIDROGEOLÓGICOS DEL
POZO ...................................................................................................................................... 23
3.5.1 PERMEABILIDAD O COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD K (M/DÍA) ....... 23
3.5.2 TRANSMISIVIDAD (T) (M2/DÍA) ......................................................................... 24
3.5.3 COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTO (S) ................................................... 25
3.6 SOFTWARE AQTESOLV ......................................................................................... 26
3.6.1 DETERMINACIÓN DE TRANSMISIVIDAD (T)................................................. 27
3.6.2 DETERMINACIÓN DE COEFICIENTE DE ALMACENAMIENTO (S) .......... 27
3.6.3 DETERMINACIÓN DEL ESPESOR DEL ACUÍFERO (B) .............................. 27
3.6.4 DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD (K) ............. 28
3.7 DIAGRAMA CAUDAL vs MESES ........................................................................... 31
4. CAPÍTULO IV CALIDAD DE AGUA ............................................................................... 32
4.1 MÉTODOS DE ANÁLISIS PARA EFLUENTES ................................................... 32
4.1.1 DETERMINACIÓN DE PH, TEMPERATURA, CONDUCTIVIDAD ............... 32
4.1.2 DETERMINACIÓN DE COLOR .......................................................................... 33
4.1.3 DETERMINACIÓN DE ALCALINIDAD .............................................................. 36
4.1.4 DETERMINACIÓN DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES ..................... 39
4.1.5 DETERMINACIÓN DE LA TURBIDEZ ............................................................... 40
4.1.6 DETERMINACIÓN DEL CLORO RESIDUAL ................................................... 43
4.1.7 MÉTODO DE EXTRACCIÓN DE MUESTRAS ................................................ 44
4.1.8 INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS DE ANÁLISIS
FISICOQUÍMICOS ................................................................................................................ 46
5. CAPÍTULO V PROPUESTA DE DISEÑO DE SISTEMA DE TRATAMIENTO ........ 50
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5.1 QUÍMICA DEL ARSÉNICO ...................................................................................... 50
5.2 TEST DE ARSÉNICO MQUANT ............................................................................. 52
5.3 ENSAYO DE PRUEBA DE JARRAS...................................................................... 54
5.4 OBTENCIÓN DE LA DOSIS ÓPTIMA .................................................................... 56
5.5 DISEÑO DE LA PTAP COMPACTA ....................................................................... 57
5.5.1 DISEÑO DE LA BOMBA DOSIFICADORA ....................................................... 57
5.5.2 DISEÑO DEL TANQUE DE MEZCLA RAPIDA ................................................ 59
DISEÑO DE LA CASETA DE ALMACENAMIENTO DE SULFATO DE ALUMINIO
TIPO A ..................................................................................................................................... 62
5.5.3 DISEÑO DEL FLOCULADOR ............................................................................. 64
5.5.4 DISEÑO DEL SEDIMENTADOR ........................................................................ 70
5.5.5 DISEÑO DEL FILTRO .......................................................................................... 76
5.5.6 CLORACIÓN .......................................................................................................... 85
6. CAPÍTULO VI ANÁLISIS DE RESULTADOS ............................................................... 90
6.1 FLUJOGRAMA DE LAS ETAPAS DE COAGULACIÓN ..................................... 92
6.2 RESULTADOS DE TRATAMIENTO DEL AGUA CON CLORURO FÉRRICO 93
6.3 RESULTADOS DE TRATAMIENTO DEL AGUA CON SULFATO DE
ALUMINIO TIPO B ................................................................................................................ 94
6.4 RESULTADOS DE TRATAMIENTO DEL AGUA CON SULFATO DE
ALUMINIO TIPO A ................................................................................................................ 96
6.5 RESULTADOS DE TRATAMIENTO DEL AGUA CON PAC .............................. 98
6.6 RESULTADOS DE TRATAMIENTO DEL AGUA CON COAGULANTE
ORGÁNICO (TAFLOC) ......................................................................................................... 99
6.7 RESULTADOS COMPARATIVOS CON DOSIS ÓPTIMA ................................ 101
6.8 RESULTADOS COMPARATIVOS REMOCIÓN DE ARSÉNICO .................... 102
6.8.1 REMOCIÓN DE ARSÉNICO CON CLORURO FÉRRICO ........................... 102
6.8.2 REMOCIÓN DE ARSÉNICO CON SULFATO DE ALUMINIO TIPO A ....... 103
6.8.3 REMOCIÓN DE ARSÉNICO CON SULFATO DE ALUMINIO TIPO B ....... 104
6.8.4 REMOCIÓN DE ARSÉNICO CON POLICLORURO DE ALUMINIO .......... 104
6.8.5 REMOCIÓN DE ARSÉNICO CON TAFLOC (COAGULANTE ORGÁNICO) ..
................................................................................................................................ 105
7. CAPÍTULO VII EVALUACIÓN AMBIENTAL ............................................................... 107
7.1 MARCO LEGAL VIGENTE .................................................................................... 107
7.1.1 LEGISLACIÓN NACIONAL ................................................................................ 107
7.2 DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS ................................................................. 110
7.2.1 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO ................................................ 110
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7.2.1.1 COAGULACIÓN .............................................................................................. 110
7.2.1.2 FLOCULACIÓN ............................................................................................... 111
7.2.1.3 SEDIMENTACIÓN ........................................................................................... 113
7.2.1.4 FILTRACIÓN .................................................................................................... 114
7.2.1.5 DESINFECCIÓN .............................................................................................. 116
7.3 DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE INFLUENCIA .................................................... 119
7.3.1 UBICACIÓN – VÍAS DE ACCESO .................................................................... 119
7.3.2 DETERMINACIÓN DEL ÁREA DE INFLUENCIA (AID-AII).......................... 119
7.3.3 CARACTERIZACIÓN DEL ÁREA DE INFLUENCIA (AID-AII) ..................... 120
7.3.3.1 ÁREA DE INFLUENCIA DIRECTA (AID) .................................................... 120
7.3.3.2 ÁREA DE INFLUENCIA INDIRECTA (AII) .................................................. 123
7.3.3.2.1 ÁREA DE INFLUENCIA FÍSICA INDIRECTA ............................................. 123
7.3.3.2.2 ÁREA DE INFLUENCIA SOCIOECONÓMICA INDIRECTA .................... 123
7.3.4 CARACTERIZACIÓN AMBIENTAL FÍSICA .................................................... 124
7.3.4.1 CLIMATOLOGÍA .............................................................................................. 124
7.3.4.2 GEOLOGÍA ....................................................................................................... 129
7.3.4.3 SUELOS ............................................................................................................ 136
7.3.4.4 CALIDAD DE RUIDO ...................................................................................... 140
7.3.4.5 CALIDAD DE AIRE ......................................................................................... 146
7.3.4.6 CALIDAD DE AGUA ....................................................................................... 153
7.3.4.7 HIDROLOGÍA ................................................................................................... 155
7.3.5 CARACTERIZACIÓN BIOLÓGICA ................................................................... 161
7.3.5.1 ECOLOGÍA ....................................................................................................... 161
7.3.5.2 FLORA .............................................................................................................. 161
7.3.5.3 FAUNA .............................................................................................................. 163
7.4 IDENTIFICACIÓN DE IMPACTOS Y ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS ........... 165
7.4.1 MATRIZ DE LEOPOLD ...................................................................................... 171
7.5 PROPUESTA DE MANEJO AMBIENTAL ........................................................... 178
7.5.1 PROPUESTA DE PLAN DE MANEJO AMBIENTAL ..................................... 179
8. CAPÍTULO VIII EVALUACIÓN ECONÓMICA ............................................................ 181
8.1 PRESUPUESTO DEL PROYECTO ..................................................................... 181
8.2 OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LA PTAP ............................................. 181
8.3 EVALUACIÓN ECONÓMICA ................................................................................ 189
8.4 SOSTENIBILIDAD DEL PROYECTO .................................................................. 197
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8.5 CÁLCULO DE LA TARIFA ADICIONAL A LARGO PLAZO ............................. 198
CONCLUSIONES ................................................................................................................ 200
RECOMENDACIONES ...................................................................................................... 202
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................... 203
ANEXOS ............................................................................................................................... 204

ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 2.1. Ubicación Geográfica ........................................................................... 7
Figura 2.2. Fotografía Centro Poblado La Real ...................................................... 7
Figura 2.3.Cuarto de bombas Manantial Sacay ................................................... 12
Figura 2.4 Reservorio 1 y 2 Centro Poblado La Real ........................................... 13
Figura 2.5. Balance de Oferta Demanda Producción de Agua ............................. 15
Figura 3.1. Ubicación del Pozo Sacay ................................................................. 17
Figura 3.2. Recta teórica de Jacob ...................................................................... 18
Figura 3.3. Curva de pruebas de bombeo y variación de niveles ......................... 20
Figura 3.4. Mediciones durante Pruebas de Bombeo .......................................... 20
Figura 3.5. Curva de pruebas Recuperación y variación de niveles ..................... 22
Figura 3.6. Mediciones durante pruebas de recuperación .................................... 22
Figura 3.7. Ingreso de datos en AQTESOLV ....................................................... 28
Figura 3.8. Resultados del programa AQTESOLV ............................................... 29
Figura 3.9. Datos y resultados del programa AQTESOLV ................................... 29
Figura 3.10. Diagrama Caudal vs Meses ............................................................. 31
Figura 4.1. Determinación de la Calidad de agua mediante Multiparámetro Marca
Hanna .................................................................................................................. 39
Figura 4.2. Determinación de la Turbidez utilizando Turbidímetro HATCH 2100P 43
Figura 4.3. Determinación del Cloro Residual Clorimetro Hanna ......................... 44
Figura 4.4. Extracción de Muestras Manantial Sacay .......................................... 45
Figura 5.1. Test Mquant para medición de Arsénico ............................................ 53
Figura 6.1. Tratamiento usando cloruro férrico .................................................... 93
Figura 6.2. Dosis óptima cloruro férrico ............................................................... 94
Figura 6.3. Concentración óptima cloruro férrico .................................................. 94
Figura 6.4. Tratamiento usando sulfato de aluminio tipo B ................................... 95
Figura 6.5. Dosis óptima sulfato de aluminio tipo B .............................................. 95
Figura 6.6. Concentración óptima sulfato de aluminio tipo B ................................ 96
Figura 6.7. Tratamiento usando sulfato de aluminio tipo A ................................... 97
Figura 6.8. Dosis óptima sulfato de aluminio tipo A .............................................. 97
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Figura 6.9. Concentración óptima sulfato de aluminio tipo A ................................ 98
Figura 6.10. Tratamiento usando Policloruro de aluminio .................................... 98
Figura 6.11. Dosis óptima Policloruro de aluminio ............................................... 99
Figura 6.12. Concentración óptima Policloruro de aluminio ................................. 99
Figura 6.13. Tratamiento usando coagulante orgánico ...................................... 100
Figura 6.14. Dosis óptima coagulante orgánico ................................................. 100
Figura 6.15. Concentración óptima coagulante orgánico ................................... 101
Figura 6.16. Comparación de la dosis óptima al 1% .......................................... 102
Figura 6.17. Eficiencia de remoción de arsénico usando cloruro férrico ............. 103
Figura 6.18. Eficiencia de remoción de arsénico usando sulfato de aluminio tipo A103
Figura 6.19. Eficiencia de remoción de arsénico usando sulfato de aluminio tipo B104
Figura 6.20. Eficiencia de remoción de arsénico usando PAC ........................... 105
Figura 6.21. Eficiencia de remoción de arsénico usando TAFLOC .................... 105
Figura 7.1. Mapa de la ubicación del distrito de Aplao y centro poblado “La Real”124
Figura 7.2. Promedios multianuales de precipitación acumulada mensual Periodo
1963-1980 ......................................................................................................... 126
Figura 7.3. Perfil Estratigráfico Distrito de Aplao ................................................ 135
Figura 7.4. Nivel de presión sonora equivalente de un período de 24 horas ...... 141
Figura 7.5. Monitoreo Calidad de Agua .............................................................. 154
Figura 7.6. Metodología del EIA ......................................................................... 166

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