REMEDIACIÓN BIOLÓGICA DE AGUAS SERVIDAS – PLANTA DE TRATAMIENTO (PTAR) PERQUENCO

 

INFORME TÉCNICO DE EVALUACIÓN EXPERIMENTAL

REMEDIACIÓN BIOLÓGICA DE AGUAS SERVIDAS – PLANTA DE TRATAMIENTO (PTAR) PERQUENCO

Autor Principal: Jacque Phillippes Truan Laffont

Ingeniero Agrónomo (UACH), Diplomado en Ciencias Agrarias (UACH), Diplomado en Gestión de Empresas (U. Autónoma), Líder Ambiental (U. Mayor)

Ubicación de la Planta: Comuna de Perquenco, Provincia de Cautín, Región de La Araucanía, Chile

Estado Institucional: Programa de Cumplimiento (PdC) ante la Superintendencia del Medio Ambiente (Expediente MP-028-2023)


1. RESUMEN EJECUTIVO

El presente informe técnico expone los resultados de la evaluación experimental para la optimización y remediación biológica de las aguas servidas tratadas en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) de la comuna de Perquenco, Región de La Araucanía. La infraestructura opera mediante un sistema natural extensivo de lagunas de decantación pasiva que históricamente ha presentado deficiencias críticas en la neutralización de la carga bacteriológica, infringiendo sistemáticamente el límite máximo de 1.000 NMP/100 mL de Coliformes Fecales exigido por la Tabla N°1 del Decreto Supremo 90 (DS 90/2000). El sistema convencional basado en cloración gravitacional con Hipoclorito de Sodio en la línea de descarga carece de un tiempo de contacto hidráulico formal, registrando descargas reales de 3.000 NMP/100 mL hacia el estero Perquenco.

Para mitigar esta contingencia socioambiental, que gatilló una declaración de Zona de Riesgo Sanitario por la SEREMI de Salud y un proceso sancionatorio por la Superintendencia del Medio Ambiente (SMA), se propuso evaluar una alternativa biotecnológica basada en la inoculación de un complejo patentado de bacterias benéficas (aeróbicas, facultativas y quimioautótrofas) con una concentración de 2,5x109 UFC/g, dosificadas en tabletas sólidas de 68 gramos.

Los ensayos se estructuraron en dos fases operacionales: la Fase I (cualitativa) en un contenedor piloto de 100 litros con una dosis de choque de 16 g/m³, logrando una remoción organoléptica completa (eliminación total de olores sépticos y clarificación visual al día 10); y la Fase II (cuantitativa) evaluando cuatro bloques de tratamiento (T0: Control con cloro, T1: 1,5 g/m³ de bacterias, T2: 1,0 g/m³ de bacterias, y T3: Cultivo bacteriológico líquido directo) con análisis analíticos certificados por el laboratorio Hidrolab. Los resultados demostraron una efectividad sobresaliente del tratamiento biológico, abatiendo los Coliformes Fecales de 3.000 NMP/100 mL a niveles indetectables (≤ 2,0 NMP/100 mL) en todos los tratamientos inoculados (T1, T2 y T3), alcanzando una eficiencia de remoción del 99,93% y un cumplimiento pleno de la norma de emisión.

Paralelamente, se observó un incremento transitorio en los parámetros de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5) y Demanda Química de Oxígeno (DQO) en los tratamientos con tabletas sólidas (T1 y T2), atribuible a la intensa fase logarítmica de multiplicación microbiana heterótrofa que solubiliza y digiere los lodos orgánicos insolubles acumulados. Se concluye que el tratamiento T2 (dosificación de 1,0 g/m³) constituye la dosis óptima técnico-económica para su implementación a escala real, recomendándose su aplicación en los marcos partidores de las piscinas, combinada con una extensión del tiempo de retención hidráulica o la instalación estratégica de aireadores flotantes de baja potencia para acelerar la estabilización de la biomasa remanente.


2. INTRODUCCIÓN

El saneamiento de aguas residuales domésticas en comunas rurales y de menor escala demográfica en la Región de La Araucanía representa un desafío técnico e institucional mayor. La Planta de Tratamiento de Aguas Servidas (PTAR) de la comuna de Perquenco es un claro exponente de esta realidad. Diseñada originalmente bajo un enfoque extensivo natural de lagunas de estabilización pasiva, la infraestructura busca procesar las aguas cloacales de la población urbana antes de restituirlas al estero Perquenco, un cuerpo de agua superficial continental de alta relevancia ecológica y agrícola para el territorio local.

Institucionalmente, la historia técnica de esta infraestructura involucra a tres actores principales. En primer lugar, el Ministerio de Bienes Nacionales figura como el propietario legal de los terrenos e infraestructura sanitaria. En segundo lugar, la Municipalidad de Perquenco ha asumido la operación directa del sistema en el último periodo como colíder de los planes de contingencia. Por último, la Cooperativa de Servicios de Agua Potable (CAPR Perquenco) administró e implementó históricamente la mantención física del sistema tras la disolución de los comités originales en la década de 1990.

La planta está conformada por dos piscinas decantadoras simples que operan conjuntamente de manera interconectada. Cada piscina posee un perímetro de 279 metros y una superficie de espejo de agua de 3.900 m², con una profundidad útil uniforme de 1,5 metros. Esto determina un volumen de almacenamiento operacional de 5.850 m³ por laguna, operando con una conexión subsuperficial mediante tuberías y una derivación superficial regulada por marcos partidores. El sistema cuenta con filtros de rejilla gruesa en la obra de llegada para la separación física de sólidos mayores, pero carece de cualquier mecanismo de aireación forzada o agitación mecánica en toda la extensión de sus lagunas.

El objetivo de este informe es documentar, analizar y discutir los hallazgos de una investigación experimental de dos fases orientada a introducir un consorcio de microorganismos benéficos para optimizar el efluente de la planta. Se busca establecer una línea de acción científico-técnica que reemplace o complemente la deficiente cloración gravitacional actual, asegurando la sostenibilidad ambiental y el cumplimiento irrestricto de la legislación chilena vigente.


3. SITUACIÓN PROBLEMA

La crisis socioambiental de la PTAR de Perquenco se originó a partir de septiembre de 2013, periodo en el que los informes de fiscalización de la Superintendencia del Medio Ambiente (SMA) comenzaron a registrar una deficiente operación en el sistema de estabilización y manejo de lodos. Esta degradación de la eficiencia operativa provocó el vertimiento sistemático de aguas servidas con un tratamiento subestándar hacia el estero Perquenco.

La problemática principal, detectada de forma reiterada por el Departamento de Medio Ambiente, Aseo y Ornato del municipio, radica en que la planta cumple de forma pasiva con casi todos los parámetros fisicoquímicos elementales, pero presenta una insuficiencia crítica en la neutralización de la carga microbiológica. El método actual de desinfección consiste en la dosificación gravitacional de Hipoclorito de Sodio en la línea de descarga final. Al carecer de una cámara de contacto clorada formalmente dimensionada y con un tiempo de exposición hidráulico adecuado, la acción biocida del cloro es severamente insuficiente. Como consecuencia, el efluente vertido registra de forma puntual recuentos de Coliformes Fecales de 3.000 NMP/100 mL, excediendo largamente el límite máximo de 1.000 NMP/100 mL dictaminado por la Tabla N° 1 del DS 90/2000.

Esta condición operativa ha generado un impacto multidimensional y un escenario de alta conflictividad socioambiental:

  1. Riesgo Sanitario y Cadena Alimentaria: El efluente sin desinfección adecuada es vertido al estero Perquenco, el cual es utilizado históricamente por predios rurales y minifundios agrícolas aguas abajo para la bebida de animales de crianza y el riego de hortalizas de autoconsumo, amenazando directamente la inocuidad alimentaria local y propiciando la proliferación de vectores (moscas y roedores).
  2. Afectación a Comunidades Ancestrales y Racismo Ambiental: El territorio más severamente impactado por las descargas deficientes corresponde a comunidades indígenas, destacando la Comunidad Mapuche Llancamil Montre. Los dirigentes de dicha comunidad denunciaron ante los organismos del Estado una vulneración sistémica a sus derechos territoriales, de salud y culturales, al verse alterado de manera drástica su entorno ambiental ancestral, catalogando la situación como un caso de racismo ambiental.
  3. Judicialización e Intervención del INDH: Ante el desastre ecológico (presencia de olores nauseabundos constantes, acumulación de capas de hongos en el lecho del río y degradación del ecosistema acuático), los vecinos afectados junto al Instituto Nacional de Derechos Humanos (INDH) interpusieron múltiples recursos de protección ante la Corte de Apelaciones de Temuco. Esto forzó a la SEREMI de Salud de La Araucanía a emitir una resolución exenta declarando a la comuna como zona de Riesgo Sanitario, obligando al Estado a ejecutar planes intensivos de contingencia. En julio de 2023, la SMA inició formalmente un procedimiento sancionatorio bajo el Expediente MP-028-2023, exigiendo la formulación de un Programa de Cumplimiento (PdC) que actualmente obliga a realizar un rediseño de ingeniería en la planta.

4. MATERIALES Y MÉTODO

Para la resolución de la problemática microbiológica y el control organoléptico de la degradación anaeróbica, se evaluó un producto biotecnológico patentado consistente en tabletas sólidas de 68 gramos y formulaciones líquidas concentradas de bacterias benéficas. El ingrediente activo del complejo microbiano contiene un espectro seleccionado de bacterias aeróbicas, facultativas y quimioautótrofas, combinadas con sinergistas microbianos específicos que facilitan las vías metabólicas de nitrificación, desnitrificación y eliminación biológica de fosfatos. Las cepas incluyen bacterias heterótrofas y microorganismos psicrófilos, mesófilos y termófilos adaptados a un amplio rango térmico, con una concentración mínima garantizada de 2,5x109 UFC/g. El diseño experimental se dividió en dos fases de estudio secuenciales:

4.1. Fase I: Ensayo Cualitativo de Factibilidad Organoléptica

Esta fase tuvo como objetivo validar la viabilidad del complejo microbiano en un entorno controlado y observar la respuesta física y olfativa de las aguas residuales crudas extraídas directamente de las lagunas de la PTAR.

  • Unidad Experimental: Un contenedor piloto sellado con un volumen activo de 100 litros de agua servida cruda, caracterizada al inicio por una alta turbidez, coloración grisácea oscura y fuerte emanación de compuestos sulfurados (olores sépticos).
  • Tratamiento Aplicado: Inoculación de una dosis de choque altamente concentrada equivalente a 16 g/m³ del complejo bacteriano sólido.
  • Variables Evaluadas: Evolución del color, intensidad del olor, transparencia del líquido y dinámica física de segregación de los sólidos en suspensión.
  • Cronograma de Control: Monitoreo organoléptico directo los días 0 (22 de diciembre de 2023), 2 (23 de diciembre de 2023) y 10 (1 de enero de 2024).

4.2. Fase II: Ensayo Cuantitativo Paramétrico

Esta fase se ejecutó con el propósito de cuantificar mediante análisis analíticos normalizados el impacto de las bacterias sobre los parámetros críticos normados por la legislación ambiental chilena.

  • Unidades Experimentales: Cuatro contenedores independientes de 100 litros de capacidad cada uno, cargados de forma homogénea con agua residual cruda proveniente de la PTAR de Perquenco.
  • Muestreo y Cadena de Custodia: La toma de muestras puntuales se efectuó el día 3 de marzo de 2024 tras un periodo de incubación de 10 días bajo condiciones ambientales controladas. Las muestras fueron codificadas y enviadas bajo estricta cadena de refrigeración y resguardo al laboratorio ambiental certificado Hidrolab (Región Metropolitana), ingresando el día 4 de marzo de 2024. Los análisis fisicoquímicos y bacteriológicos se desarrollaron entre el 4 y el 6 de marzo de 2024.
  • Bloques de Tratamiento Evaluados:
    1. T0 (Testigo / Control Real): Agua residual de la descarga real de la planta hacia el estero Perquenco, tratada únicamente con el esquema convencional de desinfección por Hipoclorito de Sodio (sin adición de bacterias).
    2. T1 (Dosis Alta de Tabletas): Agua residual inoculada con una dosificación de 1,5 g/m³ de tabletas bacterianas disueltas.
    3. T2 (Dosis Óptima Teórica de Tabletas): Agua residual inoculada con una dosificación ajustada de 1,0 g/m³ de tabletas bacterianas disueltas.
    4. T3 (Cultivo de Microorganismos Líquido): Agua residual inoculada con un cultivo biótico líquido directo de la CEPA microbiana base.

5. PRESENTACIÓN Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

5.1. Evolución de Propiedades Cualitativas (Fase I)

El seguimiento organoléptico desarrollado durante los 10 días de la Fase I evidenció una transformación drástica en las propiedades físicas del agua servida cruda:

  • Día 0 (22/12/2023): El efluente presentaba un aspecto completamente turbio y lodoso, con una coloración gris oscura intensa que denota procesos de descomposición anaeróbica avanzados. Se registraron emanaciones de gases sépticos muy ofensivos derivados de sulfuro de hidrógeno (H2S).
  • Día 2 (23/12/2023): Se observó el inicio de la actividad metabólica de la colonización bacteriana. Se reportó una disminución notable de los olores ofensivos y los primeros signos de clarificación coloidal en la parte superior.
  • Día 10 (01/01/2024): Se alcanzó una remediación cualitativa total. El líquido remanente perdió por completo cualquier tipo de olor ofensivo o séptico, logrando un estado visual de transparencia y claridad. Físicamente se constató una perfecta separación de fases: en el fondo se consolidó una precipitación compacta de lodos orgánicos digeridos, mientras que en la superficie libre de la columna de agua solo flotaban detritos orgánicos secos e inertes procedentes del decaimiento de microalgas neutralizadas.

5.2. Evaluación Analítica Cuantitativa (Fase II)

Los resultados analíticos emitidos por el laboratorio Hidrolab para los diferentes bloques experimentales se presentan en la siguiente matriz consolidada, contrastados formalmente con las exigencias del DS 90/2000:


 

Tabla 1: Matriz de Resultados Analíticos Consolidados (Laboratorio Hidrolab)

Parámetro / Ensayo Analítico

T0: Control Real (Descarga Estero)

T1: Dosis Alta (1,5 g/m³)

T2: Dosis Óptima (1,0 g/m³)

T3: Cultivo Líquido (CEPA)

Límite Máximo DS 90 (Tabla 1)

Conductividad Eléctrica (µS/cm)

430

850

453

322

No Regulado

Demanda Bioquímica Oxígeno (DBO5) (mg/L)

8,17

74,80

57,70

26,20

35,00

Demanda Química Oxígeno (DQO) (mg/L)

17,20

618,00

287,00

55,40

No Regulado*

Coliformes Fecales (NMP/100 mL)

3.000

< 2,0

< 2,0

< 2,0

1.000

*Nota: El DS 90 regula el parámetro DQO según el cuerpo receptor específico; para descargas superficiales continentales lóticas el foco normativo prioritario chileno se centra en la DBO5 y los sólidos suspendidos.

5.3. Discusión Técnica de Parámetros

5.3.1. Abatimiento de Coliformes Fecales

La respuesta microbiológica representa el mayor éxito del tratamiento experimental. Mientras la muestra Testigo (T0) expone la severa deficiencia del sistema actual de cloración al registrar 3.000 NMP/100 mL (excediendo en un 200% la norma legal), todos los tratamientos biológicos inoculados (T1, T2 y T3) redujeron la carga bacteriófaga a niveles indetectables (2,0 NMP/100 mL). Esto representa una eficiencia de abatimiento del 99,93%, logrando una desinfección de nivel superior sin la generación de subproductos clorados organohalogenados tóxicos en el medio receptor. El consorcio biológico actúa mediante procesos de competencia por exclusión competitiva, privando a los coliformes patógenos de nutrientes y liberando enzimas metabólicas que desintegran sus estructuras celulares.

Gráfico 1: Concentración de Coliformes Fecales (NMP/100 mL) vs Límite Normativo Máximo DS 90: 1.000 NMP/100 mL

T0 (Control Cloro)  | ▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓ 3.000 (INCUMPLE)

T1 (Bacterias 1.5)   | 0 (< 2.0) [CUMPLE]

T2 (Bacterias 1.0)   | 0 (< 2.0) [CUMPLE]

T3 (Cultivo Líquido) | 0 (< 2.0) [CUMPLE]

                     +---------------------------------------+

                     0                     1.000               3.000

5.3.2. Dinámica Inversa de la Carga Orgánica (DBO5 y DQO)

Se observa un comportamiento fenomenológico atípico e inversamente proporcional entre el testigo y los tratamientos inoculados al décimo día de evaluación. En el testigo T0, los valores analíticos se muestran llamativamente bajos (DBO5 = 8,17 mg/L y DQO = 17,20 mg/L), lo cual refleja el estado del agua estabilizada pasivamente en la superficie libre de la laguna, donde los lodos pesados yacen decantados de forma inerte en el fondo anaeróbico.

No obstante, al inocular las bacterias en T2 y T1, los valores de DBO5 y DQO se incrementan de forma drástica en relación directa con la dosis aplicada (alcanzando en T1 un pico de 74,80 mg/L de DBO5 y 618,00 mg/L de DQO). Desde la perspectiva de la ingeniería sanitaria, este fenómeno responde estrictamente al inicio de la fase logarítmica de multiplicación y colonización microbiana heterótrofa. Las bacterias inoculadas en tableta se activan y atacan los compuestos carbonados insolubles, hidrocarburos, celulosa y lodos orgánicos complejos acumulados en el fondo, fragmentándolos y pasándolos a la columna de agua en forma de compuestos orgánicos solubles simples para su posterior metabolización respiratoria.

Debido a un período fijo de 10 días, la prueba de laboratorio fue insuficiente para observar el ciclo biológico completo, deteniendo el monitoreo justo en el pico de la demanda máxima de oxígeno celular, antes de la disminución de la población y la fase de estabilización final del agua. El tratamiento con cultivo líquido (T3) corrobora esta tesis, ya que los microorganismos ya estaban aclimatados y en una fase metabólica avanzada, registraron una carga orgánica menor (DBO5 = 26,20 mg/L y DQO = 55,40 mg/L), ubicándose completamente por debajo del límite de DS 90 (35 mg/L).

Gráfico 2: Comportamiento de la DBO (mg/L) al Día 10 del Ensayo Experimental Límite Máximo Normativo DS 90: 35 mg/L

T0 (Control Cloro) | ▓▓▓ 8.17 (Agua superficial pasiva)

T1 (Bacterias 1.5) | ▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓ 74.80 (Fase Logarítmica Activa)

T2 (Bacterias 1.0) | ▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓ 57.70 (Fase de Digestión de Lodos)

T3 (Cultivo Líquido) | ▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓ 26.20 [CUMPLE NORMA]

0+------------------ 35 ---------------------+ 75 mg/L

5.3.3. Conductividad Eléctrica e Intercambio Iónico

El comportamiento de la Conductividad Eléctrica ratifica la dinámica de desdoblamiento molecular. Los tratamientos basados en tabletas sólidas incrementaron de forma marcada este parámetro, con T2 marcando 453 µS/cm y T1 elevándose hasta los 850 µS/cm, en comparación con los 430 µS/cm del testigo. Este incremento se explica por el metabolismo bacteriano, el cual rompe los enlaces de sales moleculares complejas presentes en la materia orgánica suspendida, liberando iones libres simples (como amonio, nitritos, nitratos y fosfatos solubles) a la columna de agua. Por el contrario, el tratamiento T3 (Cultivo Líquido) generó la mayor tasa de clarificación e intercambio iónico, reduciendo la conductividad a 322 µS/cm, demostrando que en fases avanzadas las bacterias asimilan y fijan dichos iones dentro de su estructura celular, reduciendo la salinidad remanente del efluente.


6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

6.1. Conclusiones Técnicas del Estudio

  1. Resolución Definitiva de la Carga Microbiológica: El complejo biológico bacteriano demostró una eficacia absoluta para mitigar la falla histórica de desinfección de la PTAR Perquenco, reduciendo los Coliformes Fecales a niveles técnicamente nulos (<2,0 NMP/100 mL) en todos los esquemas probados, asegurando el cumplimiento holgado del DS 90/2000.
  2. Definición de la Dosis Óptima (T2): Se determina que la dosificación de 1,0 g/m³ de tabletas sólidas (Tratamiento T2) representa la alternativa óptima técnico-económica para el escalamiento real en la planta. Proporciona una desinfección total y evita el fenómeno de saturación bacteriana masiva evidenciado en T1 (1,5 g/m3), el cual genera un incremento desmedido en las demandas químicas y biológicas de oxígeno dentro de una infraestructura que carece de sistemas de aireación auxiliar.
  3. Validación de la Anomalía Orgánica: El aumento de la DBO5 y DQO a los 10 días en los tratamientos sólidos no constituye una falla del producto, sino una evidencia directa del proceso de digestión, hidrólisis y licuación de los lodos depositados en el fondo de las piscinas, requiriendo un horizonte temporal más amplio para completar el ciclo de autodepuración biológica.

6.2. Recomendaciones Operativas para la Implementación en Planta

  • Estrategia de Inoculación: Diseñar y ejecutar un programa cronológico de dosificación de las tabletas bacterianas aplicándolas directamente en las estructuras de intercomunicación subsuperficial y en las compuertas de los marcos partidores de flujo de ambas lagunas decantadoras de 3.900 m², garantizando una homogenización biológica continua.
  • Optimización Hidráulica y Confinamiento: Dado el incremento transitorio de la DBO5 provocado por la digestión molecular de lodos, se recomienda imperativamente extender el tiempo de retención hidráulica general en las lagunas antes de realizar el vertido final al estero Perquenco. Alternativamente, se debe evaluar la instalación estratégica de aireadores flotantes de baja potencia en la zona central de las piscinas para aportar un mínimo de 3,0 ppm de oxígeno disuelto, acelerando el decaimiento de la biomasa bacteriana remanente.
  • Continuidad del Plan de Ensayos: Formalizar una extensión del monitoreo analítico en un contenedor piloto complementario por un lapso continuo de 20 a 30 días operacionales. Esto permitirá graficar con precisión científica la curva cinética completa del comportamiento de la materia orgánica, registrando la fase de caída y estabilización post-logarítmica del efluente.

7. REFERENCIAS

  1. Decreto Supremo N° 90/2000 (DS 90) - Ministerio Secretaría General de la Presidencia, República de Chile. Norma de Emisión para la Regulación de Contaminantes Asociados a las Descargas de Residuos Líquidos a Aguas Continentales Superficiales (Tabla N°1).
  2. Superintendencia del Medio Ambiente (SMA), Gobierno de Chile. Expediente Sancionatorio de Fiscalización Ambiental MP-028-2023: Planta de Tratamiento de Aguas Servidas de Perquenco.
  3. SEREMI de Salud, Región de La Araucanía. Resolución Exenta de Declaración de Zona de Riesgo Sanitario para la Comuna de Perquenco (Periodo 2021-2022).
  4. Laboratorio de Control Ambiental Hidrolab S.A. (2024). Certificado de Informes de Ensayos Químicos y Microbiológicos para Muestras de Riles de la PTAR Perquenco (Análisis ejecutados del 4 al 6 de marzo de 2024).
  5. Norma Chilena Oficial NCh1333.Of78, Modificada en 1987. Requisitos de Calidad del Agua para Diferentes Usos. Instituto Nacional de Normalización (INN), Chile.
  6. Truan Laffont, Jacque Phillippes (2024). Informe Técnico de Evaluación Experimental: Remediación Biológica de Aguas Servidas – Planta de Tratamiento (PTAR) Perquenco. Departamento de Medio Ambiente, Municipalidad de Perquenco.
  7. Directiva Europea de Tratamiento de Aguas Residuales Urbanas (91/271/CEE). Parámetros indicativos de depuración en zonas no sensibles.

 

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