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Vol. 9. Núm. 3 (27-42): Septiembre-Diciembre, 2024
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Revista de la Facultad de Ciencias Básicas
ISSN 2588-0764
Bases de la Ciencia
DOI: 10.33936/revbasdelaciencia.v9i3.7040
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BASES DE LA CIENCIA
Revista Científica
Facultad de Ciencias Básicas
Ciencias Químicas
Coagulación y oxidación en el tratamiento de aguas residuales porcinas
Coagulation and oxidation in the treatment of swine wastewater
Coagulação e oxidação no tratamento de águas residuais de suínos
Adrian David Vélez Zambrano
adrian.velez@espam.com.ec
Jorge Alessandro Zambrano Rosados
jorge.zambranor@espam.com.ec
iD
iD
Resumen
El presente estudio aborda la gestión de desechos generados por la cría intensiva de cerdos, enfocándose en
soluciones sostenibles para el tratamiento de aguas residuales porcinas mediante procesos físico-químicos.
A partir de los resultados obtenidos, se demostró que el proceso de coagulación-oculación, utilizando
coagulantes como el policloruro de aluminio (PAC) y oculantes como la poliacrilamida (PAM), es altamente
ecaz para reducir la turbidez de las aguas residuales, alcanzando una remoción de turbidez del 100% con
concentraciones óptimas. Sin embargo, su efecto sobre la conductividad eléctrica (CE) y los sólidos totales
(ST) fue limitado. En cuanto a los métodos de oxidación química, el uso de hipoclorito de sodio y ozono se
evaluó por su capacidad de oxidación. El ozono mostró una mayor eciencia y estabilidad en la reducción de
la CE, turbidez y ST, logrando una disminución del 55.3% en la CE y la eliminación total de la turbidez en
tan solo cuatro minutos de tratamiento. Estos hallazgos destacan el potencial del ozono como una opción más
efectiva y rápida en comparación con el hipoclorito de sodio, que aunque también fue ecaz, presentó una
mayor variabilidad en los parámetros evaluados. En conclusión, la combinación de procesos de coagulación-
oculación y oxidación química, especialmente mediante ozono, ofrece una estrategia prometedora para
mitigar la contaminación ambiental asociada a la producción porcina, mejorando la calidad del agua residual
y minimizando los riesgos para la salud humana y el medio ambiente.
Palabras clave: Ozono, Oxidación, Coagulación, Floculación, Industria Porcina.
Abstract
The present study addresses the management of waste generated by intensive pig farming, focusing on
sustainable solutions for the treatment of pig wastewater through physical-chemical processes. From the
results obtained, it was demonstrated that the coagulation-occulation process, using coagulants such as
polyaluminium chloride (PAC) and occulants such as polyacrylamide (PAM), is highly eective in reducing
wastewater turbidity, achieving 100% turbidity removal with optimal concentrations. However, its eect
on electrical conductivity (EC) and total solids (TS) was limited. Regarding chemical oxidation methods,
the use of sodium hypochlorite and ozone was evaluated for their oxidation purication capacity. Ozone
showed greater eciency and stability in reducing EC, turbidity and TS, achieving a 55.3% decrease in EC
and total elimination of turbidity in just four minutes of treatment. These ndings highlight the potential of
ozone as a more eective and faster option compared to sodium hypochlorite, which, although also eective,
presented greater variability in the parameters evaluated. In conclusion, the combination of coagulation-
occulation and chemical oxidation processes, especially using ozone, oers a promising strategy to mitigate
environmental pollution associated with pig production, improving wastewater quality and minimizing risks
to human health and the environment.
Keywords: Ozone, Oxidation, Coagulation, Flocculation, Swine Industry.
Resumo
O presente estudo aborda a gestão dos resíduos gerados pela suinocultura intensiva, com foco em
soluções sustentáveis para o tratamento de águas residuárias da suinocultura por meio de processos físico-
químicos. A partir dos resultados obtidos, foi demonstrado que o processo de coagulação-oculação,
utilizando coagulantes como o policloreto de alumínio (PAC) e oculantes como a poliacrilamida (PAM),
é altamente ecaz na redução da turbidez de águas residuais, atingindo 100% de remoção de turbidez com
concentrações ideais. No entanto, o seu efeito na condutividade elétrica (CE) e nos sólidos totais (ST) foi
limitado. Em relação aos métodos de oxidação química, avaliou-se o uso de hipoclorito de sódio e ozônio
quanto à sua capacidade de puricação da oxidação. O ozônio apresentou maior eciência e estabilidade
na redução de CE, turbidez e ST, alcançando redução de 55,3% na CE e eliminação total da turbidez em
apenas quatro minutos de tratamento. Esses achados destacam o potencial do ozônio como uma opção mais
ecaz e rápida em comparação ao hipoclorito de sódio, que embora também tenha sido ecaz, apresentou
maior variabilidade nos parâmetros avaliados. Em conclusão, a combinação de processos de coagulação-
oculação e oxidação química, especialmente utilizando ozônio, oferece uma estratégia promissora para
mitigar a poluição ambiental associada à produção de carne suína, melhorando a qualidade das águas
residuais e minimizando os riscos para a saúde humana e o meio ambiente.
Palavras-chave: Ozônio, oxidação, coagulação, oculação, indústria suína.
Autor
Escuela Superior Politécnica
Agropecuaria de Manabí “Manuel
Félix López” ESPAM MFL. Carrera de
Ingeniería Ambiental. Ecuador.
* Autor para correspondencia.
Editor Académico
Alejandro Altamirano-Briones iD
Citación sugerida: Vélez Zambrano, A.
D., Zambrano Rosados, J. A. y Banchon,
C. (2025). Coagulación y oxidación en el
tratamiento de aguas residuales porcinas.
Revista Bases de la Ciencia, 9(3), 27-
42. DOI: https://doi.org/10.33936/
revbasdelaciencia.v9i3.7040
Recibido: 05/10/2024
Aceptado: 06/10/2024
Publicado: 09/12/2024
Carlos Banchón*
carlos.banchon@espam.com.ec
iD
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INTRODUCCIÓN
La cría intensiva de cerdos en países como China, Estados Unidos y la Unión Europea resulta en la generación aproximada
de 2 millones de toneladas diarias de desechos fecales (FAO, 2022). La mala gestión de los desechos derivados del estiér-
col de cerdo, a pesar de ser una práctica agrícola extendida a nivel global, contamina los recursos naturales, amenaza la
salud humana y el medio ambiente, y su impacto se agrava en áreas con acceso limitado al agua. Esta práctica está asocia-
da al incremento de la contaminación del suelo, la propagación de zoonosis, la lixiviación de nutrientes y la consecuente
eutrozación de fuentes de agua (Gao et al., 2023). Incluso, el estiércol porcino se revela como una fuente de genes de
resistencia antibiótica (GRA) (López Fenández et al., 2023). Dada la creciente preocupación por la escasez de agua dulce,
agravada por el cambio climático, abordar estos desafíos planteados por la cría de cerdos es de suma relevancia.
La problemática planteada en el presente estudio se asentúa dado que, la producción porcina genera un volumen signica-
tivo de aguas residuales cargadas de materia orgánica, nutrientes y antibióticos, derivados de factores ambientales diversos
(Parra y Zambrano, 2021; Ramírez y Rodríguez, 2017). En América Latina, se estima que un cerdo de 70 kg produce de 4
a 5 kg de excretas diarias, de las cuales el 90% corresponde a heces y el 10% a orina (Maisonnave et al., 2019).
Los desechos porcinos, cuando se usan como fertilizante, contaminan cuerpos de agua, especialmente en granjas con
grandes concentraciones de cerdos, que pueden albergar entre 300,000 y 500,000 animales (Bidigare, 2014). Las aguas
residuales generadas en las granjas porcinas varían de 17 a 62 litros por Unidad de Producción Animal al día (Semerena et
al., 2003). La eciencia en el tratamiento de estos euentes es baja, con tasas de remoción por debajo del 50%, y la DQO
en granjas pequeñas (hasta 2,500 cerdos) oscila entre 3,478 y 9,300 mg/L, mientras que en granjas medianas y grandes
puede llegar a 40,498 mg/L (Garzón Zúñiga & Buelna, 2014).
La actividad porcina genera una carga orgánica signicativa: 670,174 cerdos producen diariamente 3,884.78 toneladas de
excrementos y 9,428.37 m3 de aguas residuales, equivalente a las descargas domésticas de 4,431,334 personas (Novelo
et al., 2009). En tales términos, la gestión inadecuada de aguas residuales en la producción porcina plantea serios riesgos
ambientales y de salud, resaltando la necesidad de mejorar las prácticas de tratamiento y manejo de estos desechos.
Los digestores anaeróbicos han demostrado ser una tecnología efectiva para la remediación de desechos porcinos en diver-
sos países. En un estudio realizado en hatos porcinos en Cuba, se observó una alta eciencia en la remoción de la demanda
química de oxígeno (DQO) y de los sólidos suspendidos totales (SST), alcanzando valores del 90% y 70.84%, respectiva-
mente; el pH de las muestras osciló entre 6.5 y 7.5 (Blanco et al., 2015). En China, se obtuvo una notable eciencia en la
digestión anaerobia bajo condiciones térmicas, con una producción de 507 mL de metano por gramo de sólidos volátiles
y una eliminación de DQO del 85% (Mosquera et al., 2024).
Los procesos biológicos utilizados en el tratamiento de desechos porcinos presentan desafíos de ingeniería, ya que son
sensibles a las condiciones climáticas. Además, la lenta cinética microbiana aumenta las dimensiones y costos de los reac-
tores, genera malos olores, y demanda un mantenimiento constante (Lourinho et al., 2020). Por tanto, complementar con
tratamientos físico-químicos y biológicos como coagulación-oculación, y oxidación, es esencial para mejorar la gestión
de residuos porcinos (Babanova et al., 2020; Hollas et al., 2023).
La digestión anaeróbica se destaca como una tecnología para el tratamiento de residuos orgánicos. No obstante, su imple-
mentación a gran escala para la valorización del estiércol porcino se asocia con costos elevados (González et al., 2020).
Con el objetivo de proporcionar alternativas para el tratamiento de desechos porcinos, el presente trabajo busca ampliar el
conocimiento sobre el tratamiento de aguas residuales porcinas, centrándose en la evaluación de procesos físico-químicos.
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En el contexto de aportar con soluciones a la problemática de aguas residuales porcinas, los principales aportes del
presente trabajo son: (i) la implementación de procesos de coagulación-oculación para la remoción efectiva de sólidos
totales en aguas residuales porcinas; (ii) la evaluación de la concentración óptima de productos químicos en los procesos
de coagulación-oculación y oxidación química; y (iii) la aplicación de hipoclorito de sodio y ozono como métodos de
oxidación de aguas residuales porcinas.
MATERIALES Y MÉTODOS
Muestreo
El estudio se realizó en el hato porcino de la ESPAM-MFL, ubicado en Calceta, cantón Bolívar, Manabí, con 34 lechones
y 8 cerdos, en donde se generan 2500 L de agua residual diarios. Los sólidos totales (Método 2540), turbidez (Método
2130B), pH (Método 4500) y conductividad eléctrica (Método 2510) se midieron según métodos estándar (APHA, 2017).
La muestra de agua residual se recolectó del tanque de recepción del hato (Figura 1), y su transporte se realizó conforme
a la norma INEN 2169 (2013).
Figura 1. Muestra de agua residual porcina del hato porcino de la ESPAM-MFL.
En un equipo de oculación (Phibss and Bernd, Modelo 700, EE. UU.), se llevaron a cabo pruebas de jarras con volúme-
nes de 500 mL de agua residual porcina. Para promover la coagulación, la mezcla de los productos químicos se realizó a
200 rpm durante 2 minutos, seguida de un proceso de oculación a 30 rpm durante 5 minutos.
La sedimentación, sin ninguna mezcla, se llevó a cabo durante 30 minutos sin ajustes de pH. Se utilizó policloruro de
aluminio (PAC, Fengbai, China, 99% de pureza) como coagulante y poliacrilamida aniónica (PAM, Sigma-Aldrich, USA,
99% de pureza) como oculante.
Se aplicó un diseño factorial completamente al azar (DFCA) que consideró la interacción de dos factores (dosis de coa-
gulante PAC y dosis de oculante PAM) en tres niveles (-1, 0, +1), generando así 9 tratamientos con 3 réplicas, para un
total de 27 unidades experimentales. Las variables dependientes medidas como respuestas fueron: turbidez, sólidos totales
(ST), pH y conductividad eléctrica (CE). La Tabla 1 presenta el diseño experimental.
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Tabla 1. Diseño experimental con sus respectivos factores y niveles
Tratamientos PAC (mg/L) PAM (mg/L)
T13000 (-1) 100 (-1)
T24000 (0) 100 (-1)
T36000 (+1) 100 (-1)
T43000 (-1) 400 (0)
T54000 (0) 400 (0)
T66000 (+1) 400 (0)
T73000 (-1) 700 (+1)
T84000 (0) 700 (+1)
T96000 (+1) 700 (+1)
Proceso de Oxidación
Para la oxidación, se empleó agua claricada del proceso anterior utilizando las dosis óptimas de PAC y PAM. Se utilizaron
como oxidantes hipoclorito de sodio comercial (Clorox, Ecuador) y gas ozono. La generación de ozono se realizó con un
equipo de laboratorio capaz de producir 3 gramos de ozono por hora a partir de 0.5 L/min oxígeno ambiental, administrando
dosis durante períodos de 1 a 4 minutos.
Se aplicó un diseño completamente al azar (DCA) unifactorial, que incluyó la adición de diferentes concentraciones de
hipoclorito de sodio (5, 10, 25 y 50 mg/L) durante 30 minutos, junto con dosis de ozono de 100, 200, 300 y 400 mg/L. Este
diseño contempló 3 repeticiones, lo que resultó en un total de 12 unidades experimentales, cada una con un volumen de
500 mL de agua tratada (Banchón, 2024). El porcentaje de remoción de contaminantes, se obtuvo con la siguiente fórmula:
Donde:
%E= Eciencia de remoción (%)
Co= Contaminación inicial
Cf= Contaminación nal
Para evaluar los efectos de diferentes tipos y dosis de coagulantes, oculantes y oxidantes sobre los parámetros de calidad del
agua, se realizó un análisis de varianza de dos vías (ANOVA), junto con un ANOVA de una vía para comparar los tratamientos
con el grupo de control, cumpliendo con los supuestos de normalidad y homogeneidad de varianza. Las diferencias entre los
tratamientos se analizaron utilizando la prueba de Tukey, considerando signicativos los valores con p < 0.05.
RESULTADOS
Efecto de la Coagulación-Floculación
El agua sin tratar (AR) presentó una CE inicial de 2500 µS/cm, y el tratamiento T7 (3000 mg/L PAC, 700 mg/L PAM)
registró el valor más bajo de CE, cercano a los 2100 µS/cm (Fig. 2A). En promedio, se observó una reducción de hasta
un 12.8% en la CE entre los tratamientos. En cuanto al pH (Fig. 2B), el agua sin tratar tuvo un valor inicial de 7.8, que
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disminuyó tras los tratamientos. El pH más bajo se registró en el tratamiento T6 (6000 mg/L PAC, 400 mg/L PAM),
cercano a 6, mientras que los tratamientos T1 y T7 mantuvieron el pH alrededor de 7.
La turbidez (Fig. 2C) mostró una reducción signicativa en todos los tratamientos, pasando de un valor promedio de 72.7
NTU en el agua sin tratar a menos de 7 NTU en los tratamientos T2, T6 y T9. El tratamiento T3 (6000 mg/L PAC, 100 mg/L
PAM) fue el más ecaz, logrando una máxima reducción de turbidez a 4.4 NTU, lo que representó una disminución del 94%.
En cuanto a los ST (Fig. 2D), el agua sin tratar tuvo un valor promedio de 1326.7 mg/L, siendo el tratamiento T7 (3000
mg/L PAC, 700 mg/L PAM) el que obtuvo una disminución del 9%; mientras que, el tratamiento T3 alcanzó una remoción
promedio de 2% de sólidos totales.
Figura 2. Efecto de adición de PAC y PAM en parámetros físico-químicos del agua.
La Figura 3 presenta diagramas de cajas que ilustran los efectos de los niveles de PAC y PAM en los parámetros físico-
químicos del agua residual porcina. Se observa que la adición de PAC provoca un aumento en la CE a medida que se
incrementa la dosis del coagulante; especícamente, el nivel más bajo (3000 mg/L) muestra un rango de 2000 a 2700
µS/cm, mientras que el nivel más alto (6000 mg/L) alcanza hasta 3200 µS/cm (Fig. 3A). Por otro lado, aunque la PAM
también incrementa la CE, los valores en su dosis máxima (700 mg/L) son inferiores, oscilando entre 2000 y 3000 µS/cm.
El impacto del PAC en la CE es notablemente más signicativo en comparación con la PAM.
En cuanto al pH, se observa una disminución conforme aumenta la concentración de PAC, promediando 6.5 en el nivel
más bajo y descendiendo a 5.8 en el más alto (Fig. 3B). Un patrón similar se presenta con la PAM, cuyo pH alcanza
cerca de 5.5 en su dosis máxima. La turbidez muestra una reducción considerable con el aumento de PAC, pasando de
aproximadamente 25 NTU en la dosis más baja a menos de 5 NTU en la más alta; la PAM también contribuye a esta
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disminución, reduciendo la turbidez de 20 NTU a valores inferiores a 5 NTU en su nivel más alto (Fig. 3C).
En relación con los sólidos totales, se observa un aumento con la dosis de PAC, que varía de 1200 mg/L en el nivel más
bajo a 1800 mg/L en el más alto; este patrón se repite con la PAM, que también alcanza hasta 1800 mg/L en su máxima do-
sis (Fig. 3D). En resumen, el incremento en las concentraciones de PAC y PAM tiende a elevar la conductividad eléctrica y
los sólidos totales, mientras que se produce una disminución en el pH y la turbidez, siendo más pronunciados estos efectos
en las concentraciones más altas de ambos tratamientos, lo que sugiere una mayor eciencia en la remoción de turbidez.
Figura 3. Diagrama de cajas para los tratamientos de PAC y PAM para agua residual porcina en función de parámetros
físico-químicos del agua.
El análisis de varianza (ANOVA) presentado en la Tabla 2 evalúa el impacto del coagulante PAC, el oculante PAM y su
interacción sobre el pH, la CE, la turbidez y los ST del agua residual. Para el pH, el ANOVA muestra que el PAC tiene
un efecto altamente signicativo (p < 0.001), lo que indica que su adición altera de manera considerable el pH del agua.
En contraste, la PAM y la interacción entre ambos productos no presentan efectos signicativos sobre este parámetro. En
cuanto a la CE, los resultados sugieren que ni el PAC ni la PAM, de manera individual, tienen un efecto signicativo. Sin
embargo, la interacción entre ambos productos químicos sí resultó efectiva en la disminución de la CE.
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Respecto a la turbidez, tanto el coagulante como el oculante mostraron efectos altamente signicativos en su reducción
(p < 0.001). Además, la interacción entre PAC y PAM también fue signicativa (p < 0.05), lo que subraya su impacto
combinado en la mejora de la claridad del agua.
En el caso de los ST, el PAC mostró un efecto marginalmente signicativo (p < 0.1), mientras que ni la PAM ni su interac-
ción con el PAC tuvieron efectos relevantes sobre la reducción de los sólidos totales.
El análisis revela que el PAC tiene un impacto decisivo en el pH y los ST, mientras que tanto el PAC como la PAM, así
como su interacción, juegan un papel clave en la reducción de la turbidez.
Tabla 2. Resumen de valores F del ANOVA
Factor Gl pH CE Turbidez ST
Coagulante 1 17.748 (***) 1.245 (NS) 154.78 (***) 3.568 (.)
Floculante 1 0.045 (NS) 0.369 (NS) 20.74 (***) 0.636 (NS)
Coag.:Floc. 1 0.241 (NS) 0.017 (*) 5.98 (*) 0.130 (NS)
Gl = Grados de libertad. Códigos de signicancia: 0 (***) 0.001 (**) 0.01 (*) 0.05 (.) 0.1 ( - ) No Signicativo (NS)
El análisis post-hoc de Tukey (Tabla 3) proporciona una visión detallada de las diferencias entre los tratamientos aplicados,
ayudando a interpretar los resultados del ANOVA. Para el pH, se observa que los tratamientos con concentraciones más
altas de PAC y PAM reducen signicativamente el pH en comparación con otros tratamientos.
En la CE, no se encuentran diferencias signicativas entre los tratamientos, lo que respalda los resultados del ANOVA. En
cuanto a la turbidez, se observan reducciones signicativas con los tratamientos de mayor concentración de coagulante
y oculante, siendo el tratamiento T3 (6000 mg/L PAC / 100mg/L PAM) el más ecaz. Finalmente, para los ST, no
se detectan diferencias signicativas entre los tratamientos, lo cual es consistente con los hallazgos del ANOVA. En
conclusión, el PAC tiene un impacto signicativo en la reducción del pH y la turbidez del agua residual porcina.
La adición del oculante PAM también contribuye a la reducción de la turbidez, especialmente en concentraciones más
altas. Sin embargo, ni el coagulante ni el oculante parecen inuir de manera signicativa en la CE o en los ST del agua
residual, de acuerdo con los resultados obtenidos.
Tabla 3. Resumen de promedios para el análisis Tukey HSD
Coagulante/Floculante pH CE Turbidez ST
0 7.03a2543.00a72.66a1326.66a
3000 mg/L / 100 mg/L 6.53a2500.88a22.48b1323.33a
4000 mg/L / 400 mg/L 6.44ab 2618.66a17.18b1398.88a
6000 mg/L / 700 mg/L 6.05b2749.33a5.00c1524.44a
Letras idénticas por parámetro indican diferencias no signicativas
En la Figura 3, se presenta un modelo de supercie de respuesta (RSM, por sus siglas en inglés) que evalúa la relación
entre la turbidez (NTU) y las concentraciones de coagulante y oculante (medidas en mg/L) en un experimento de
coagulación y oculación.
El modelo presenta un error estándar residual de 8.842 con 26 grados de libertad, y muestra un coeciente de determinación
múltiple (R²) de 0.8373, lo que indica que el 83.73% de la variabilidad en la turbidez puede explicarse por el modelo. El R²
ajustado es de 0.8185, lo que corrige el R² en función del número de predictores en el modelo, sugiriendo que el modelo
está ajustado a los datos observados.
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La Figura 3 ilustra cómo la turbidez varía en función de las concentraciones de coagulante y oculante, con una supercie
que va desde valores bajos de turbidez (en verde) hasta valores más altos (en rojo y morado). Esto sugiere que la
combinación de niveles especícos de coagulante y oculante tiene un impacto signicativo en la reducción de la turbidez.
Figura 3. Modelo de Supercie de Respuesta. Error estándar residual: 8.842 con 26 grados de libertad, R-cuadrado
múltiple: 0.8373, R-cuadrado ajustado: 0.8185, estadístico F: 44.59 con 3 y 26 grados de libertad, valor p: 2.164*10-10.
Efecto de la Oxidación Química
En la Figura 4, se presentan muestran los resultados de la oxidación mediante dos métodos de tratamiento diferentes a
partir de agua tratada con coagulación-oculación: el uso de hipoclorito de sodio en concentraciones medidas en mg/L
(Fig. 4 A, B, C y D) y el empleo de ozono (Fig. 4 E, F, G y H) evaluados en función del tiempo (minutos). En cuanto a la
CE, se observa una disminución promedio de 59.8% a una dosis de 50 mg/L de hipoclorito de sodio (Fig. 4A).
Este comportamiento sugiere que el cloro es ecaz en la reducción de iones disueltos en las primeras fases del tratamiento.
Por otro lado, el pH experimenta incrementos oscilantes hasta un valor de 8.2, en función de la dosis de hipoclorito de
sodio (Fig. 4B), lo que podría indicar que la introducción de cloro genera reacciones químicas que alteran temporalmente
el equilibrio ácido-base del agua. Respecto a la turbidez, ésta disminuye hasta el 100% conforme aumenta la dosis de
cloro a partir de 100 mg/L de hipoclorito de sodio, lo que implica una reducción de las partículas suspendidas, aunque este
efecto parece estabilizarse en dosis más elevadas (Fig. 4C).
Finalmente, los ST (Fig. 4D) muestran un patrón complejo, con una disminución de hasta un 38% y también de un
aumento en la concentración de sólidos totales, lo que podría estar relacionado con la formación y precipitación de sólidos
durante el proceso de oxidación.
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Figura 4. Efecto de la oxidación química con hipoclorito de sodio (A-D) y ozono (E-H).
En el tratamiento con ozono, se observó una disminución de la CE de hasta un 55.3% tras 4 minutos de tratamiento con
400 mg/L de ozono, lo que indica una mayor eciencia en la reducción de iones disueltos a medida que avanza el proceso
(Fig. 4E). El pH disminuyó gradualmente desde un valor promedio de 8.2 hasta 7.4, lo que sugiere la posible formación
de ácidos débiles debido a la oxidación de ciertos contaminantes (Fig. 4F).
La turbidez (Fig. 4G) se redujo en los primeros minutos y luego se estabilizó, logrando una reducción total del 100% con
400 mg/L de ozono. Esto demuestra la alta efectividad del ozono en la eliminación de partículas suspendidas, partiendo de
una turbidez inicial promedio de 21.5 NTU. De manera similar, los ST (Fig. 4H) disminuyeron rápidamente al inicio del
tratamiento, estabilizándose después con una reducción del 45%, destacando la ecacia del ozono en la separación de sólidos.
Tanto el ozono como el cloro demostraron ser efectivos para mejorar la calidad del agua en términos de reducción de CE,
pH, turbidez y ST. Sin embargo, el ozono mostró una eciencia superior, especialmente en la rapidez del tratamiento,
logrando reducciones signicativas en pocos minutos. Aunque el cloro es ecaz en dosis bajas, su desempeño es menos
estable a concentraciones más altas. Por lo tanto, en términos de no alterar signicativamente el pH inicial, y mayor
reducción de ST, el ozono se posiciona como el método recomendado, ofreciendo resultados más rápidos y un control más
predecible sobre los parámetros de calidad del agua.
En la Tabla 4 de ANOVA, se presentan los valores F para cada tratamiento y parámetro evaluado, lo que permite identicar
la signicancia estadística de los efectos de cada tratamiento. Los resultados indican que la cloración tiene un efecto
signicativo en la CE con un valor F de 21.70 (p < 0.001), sugiriendo que la cloración reduce de manera efectiva la CE.
Sin embargo, para el pH, turbidez y ST, los valores F no alcanzan signicancia estadística o están en el umbral de la
signicancia (3.43 para la turbidez con p ≈ 0.1).
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Esto indica que el cloro podría no ser tan ecaz para modicar estos parámetros en comparación con la CE. Contrariamente,
la ozonicación muestra efectos altamente signicativos (p < 0.001) en todos los parámetros evaluados, con valores F
muy altos, como 67.04 para CE y 52.15 para pH. Esto sugiere que el ozono tiene un impacto considerable en la calidad del
agua, mejorando todos los parámetros de manera signicativa. La elevada signicancia para todos los parámetros indica
que la ozonicación es un método más robusto y efectivo en comparación con la cloración.
Tabla 4. Resumen de valores F del ANOVA del tratamiento de cloración y ozonicación
Factor Gl pH CE Turbidez ST
Cloración 1 0.333 (NS) 21.70 (***) 3.43 (.) 2.707 (NS)
Ozonicación 1 52.15 (***) 67.04 (***) 22.73 (***) 45.29 (***)
Gl = Grados de libertad. Códigos de signicancia: 0 (***) 0.001 (**) 0.01 (*) 0.05 (.) 0.1 ( - ) No Signicativo (NS)
El test de Tukey HSD (Tabla 5) comparó los promedios de parámetros bajo diversas dosis de cloro y tiempos de
ozonicación, identicando diferencias signicativas entre tratamientos. No se encontraron diferencias signicativas en
el pH entre las dosis de cloro. La CE y la turbidez disminuyeron signicativamente con dosis de cloro superiores a 5 mg/L
y 10 mg/L, respectivamente. Los sólidos totales fueron mayores a 5 mg/L, sugiriendo reprecipitación.
Con la ozonicación, el pH disminuyó, indicando acidicación progresiva. La CE y la turbidez también disminuyeron
signicativamente con el tiempo, mostrando ecacia del ozono en la eliminación de partículas y sólidos. ANOVA y Tukey
HSD sugieren que la ozonicación es más efectiva y consistente que la cloración en la mejora de la calidad del agua,
afectando signicativamente todos los parámetros evaluados.
Tabla 5. Resumen de promedios para el análisis Tukey HSD
Cloración pH CE Turbidez ST
0 7.83a3861.66a34.97a1460.00b
58.00a2504.66b0.36ab 2220.00a
10 7.86a2099.33b0.25b1236.66b
25 7.93a1992.66b0.17b1683.33ab
50 7.93 a 1808.66b0.16b1336.66b
Ozonicación pH CE Turbidez ST
0 8.20a3861.66a21.50a1965.33a
1 7.83ab 2586.66b0.46b1376.00b
27.80bc 2108.33bc 0.25b1265.33b
3 7.43cd 1912.33bc 0.00b1124.00b
47.36d1728.00c0.00b1041.66b
Letras idénticas por parámetro indican diferencias no signicativas
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DISCUSIÓN
Efecto de la coagulación-oculación
La coagulación, clave en el tratamiento de euentes porcinos, reduce contaminantes mediante coagulantes como
policloruro de aluminio, polisilicato aluminio-férrico y cloruro de dimetilamonio polidialílico, que eliminan coloides,
turbidez y sólidos suspendidos a través de neutralización de cargas y agregación (Banet et al., 2020; Chen et al., 2021;
Deng et al., 2023; Domingues et al., 2023; Yi et al., 2024).
La neutralización de cargas es un mecanismo clave, ya que coagulantes de alta carga positiva como el FeCl3 o PAC
neutralizan las repulsiones eléctricas entre partículas suspendidas, facilitando la formación de óculos más grandes y
mejorando la sedimentación y ltración (Banet et al., 2020).
Según la reacción (I), una sal de aluminio se disuelve en agua y pierde tres electrones. Debido a que el átomo de aluminio
tiene 6 electrones restantes en su estado eléctrico, la hidratación del ion toma la forma Al(H2O)6
+3.
En la reacción (II), el catión Al+3 en Al(H2O)6
+3 forma un ion complejo al enlazarse con un átomo de oxígeno de una de las
moléculas de agua, aumentando la polaridad de los enlaces O–H. Esto facilita la ionización de los átomos de hidrógeno,
provocando la acidicación de la solución por la hidrólisis del catión metálico y la liberación de protones (Banchón, 2024).
(I) Al(s) + 6H2O(l) → Al(H2O)6
+3
(aq) + 3e−
(II) Al(H2O)6
+3 (aq) + H2O(l)=Al(OH)(H2O)5
+2
(aq) + H3O+
(aq)
En el presente estudio, el pH disminuyó a medida que aumentó la concentración de PAC y PAM, llegando a valores
cercanos a 5.0. Este efecto ácido se explica por la hidrólisis del Al+3 (ácido de Lewis), que libera H+ al reaccionar con los
iones OH⁻ del euente. En otro estudio, se observó que dosis de FeCl3 de 0.024 mol/L (3892.9 mg/L), junto con 0.1649
mL/L de oculante catiónico y un pH de 7.5, resultaron óptimos para reducir el 99% de la turbidez (El bied et al., 2021).
Un estudio en Portugal mostró que la poliacrilamida no iónica (NPAM) promueve la reducción del DQO (75%), NH4
+-N
(99.1%), fósforo total (94.9%) y nitrógeno total (99.1%) en aguas residuales porcinas, a pH=11 ajustado con hidróxido de
calcio (Lee & Chang, 2022). El coagulante de ferrita de aluminio polisilicato (FD-PSAF), preparado a partir de polvo de
fundición, mostró una alta eciencia en la remoción de contaminantes porcinos: DQO (50.4%), color (95.7%), turbidez
(97.1%) y fosfato (99.7%) (Yi et al., 2024).
Con euentes porcinos de una granja situada en Gumi, Corea, empleando 2000 mg de sulfato de aluminio por litro de agua
residual y un período de sedimentación de 30 minutos, resultó en una reducción del 99% de la turbidez (Kornboonraksa
et al., 2009). Por otro lado, en Irán, el euente de granjas porcinas presentaba un pH inicial de 7.31, 3247 mg/L de sólidos
suspendidos totales, una conductividad eléctrica de 9140 µS/cm y 5817 mg/L de DQO, alcanzando hasta un 60% de
reducción de sólidos suspendidos totales al emplear 100 mg/L de PAC (Bazrafshan et al., 2012). Un estudio realizado en
una granja en la región de Ribatejo, Portugal, mostró que, con un euente de características iniciales de pH=7.4, 17,600
mg/L de sólidos totales y 11,000 mg/L de sólidos suspendidos, se lograron condiciones operativas óptimas al añadir 50
mg de Al por litro de euente, seguido de 30 minutos de sedimentación, alcanzando una reducción máxima de la DQO del
41% y una reducción de la turbidez del 73% (Fragoso et al., 2015).
En la industria porcina, la coagulación-oculación resulta fundamental permitiendo la reducción de contaminantes
como materia orgánica y sólidos suspendidos, mediante el uso de policloruro de aluminio, el sulfato de aluminio y
el FeCl3, que neutralizan cargas y favorecen la formación de óculos, con eciencias que varían según el tipo de
coagulante y las condiciones de pH.
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Efecto de la oxidación
El tratamiento con hipoclorito de sodio muestra una disminución promedio del 59.8% en la CE a 50 mg/L, sugiere ecacia
en la reducción de iones disueltos; el pH aumenta oscilantemente hasta 8.2 debido a reacciones químicas; la turbidez
disminuye hasta el 100% a partir de 100 mg/L, aunque se estabiliza a dosis más altas; y los sólidos totales presentan un
patrón complejo, con disminuciones de hasta un 38% y aumentos en concentración, posiblemente por la formación y
precipitación de sólidos durante la oxidación.
Los cambios evidenciados en el aumento del pH y en la disminución de sólidos al añadir hipoclorito de sodio al agua
tratada se debe a la formación de ácido hipocloroso (HOCl) e ion hipoclorito (OCl⁻), lo que genera iones hidróxido (OH⁻)
a partir del NaOCl, los cuales reaccionan con la materia orgánica y producen radicales OH (Kim et al., 2006). En aguas
residuales porcinas, la presencia de materia orgánica natural (MON) incluye compuestos que promueven la producción de
radicales OH, lo que genera reacciones en cadena con el cloro y aumenta el consumo de HOCl, alterando así el equilibrio
ácido-base y provocando cambios signicativos en el pH (Devi & Dalai, 2021).
Este alto consumo de HOCl inuye en la ecacia de la reacción y en la formación de subproductos, como cloraminas,
debido a la presencia de urea, amonio, nitritos y nitratos en el euente (Jin et al., 2011). En muestras de aguas residuales
de instalaciones de producción porcina en Missouri, EE. UU., se determinó que una dosis de 30 mg/L de hipoclorito de
sodio fue la más efectiva para inactivar bacterias en las lagunas de tratamiento, ya que dosis superiores no incrementaron
signicativamente la eciencia de desinfección (Macauley et al., 2006). De acuerdo con los estudios mencionados y otros
trabajos, la mayoría de las investigaciones sobre el efecto del hipoclorito de sodio en aguas residuales porcinas se enfocan
principalmente en la desinfección, en lugar de abordar su impacto en la reducción de variables sicoquímicas.
Los resultados del presente estudio mostraron que, al utilizar ozono, se logró una reducción del 55.3% en la CE tras 4 min
de tratamiento con 400 mg/L, y una reducción del 100% de la turbidez y 45% de ST, evidenciando su superior eciencia y
rapidez en la mejora de la calidad del agua en comparación con el hipoclorito de sodio, que aunque también fue efectivo,
presentó un desempeño menos estable en términos de pH a concentraciones más altas. En estudios sobre desechos porcinos,
se han requerido concentraciones de ozono de hasta 1000 mg/L para eliminar contaminantes persistentes (Domingues et
al., 2021; Yoon et al., 2014). Aunque el ozono es más estable y efectivo para la oxidación directa en medio ácido, las
condiciones alcalinas favorecen la formación de radicales hidroxilo, que también son potentes oxidantes.
Para la mayoría de los usos, un pH ligeramente ácido de 6 es óptimo para mantener la estabilidad del ozono y maximizar
la eciencia de la oxidación. Estudios indican que los sólidos suspendidos (SS) en el agua residual disminuyen con el
tiempo, pero a medida que aumenta su concentración, la eciencia se reduce debido a que los SS consumen ozono para
generar radicales libres, lo que inicia la oxidación de compuestos de alto peso molecular, seguida por la descomposición de
compuestos de bajo peso molecular (Xuan et al., 2021); de esta forma, la oxidación química es adecuada para estabilizar
compuestos refractarios de euentes porcinos, ya que los radicales hidroxilo (OH•) promueven la mineralización
(Domingues et al., 2021). Las reacciones (III) y (IV) ilustran la formación de radicales hidroxilos:
(III) O3 + uv → O2 + O•
(IV) O• + H2O → 2 OH•
Según el presente estudio, el tratamiento con ozono fue más eciente y rápido que el hipoclorito de sodio en la reducción
de contaminantes en aguas residuales porcinas, logrando mejores resultados en la disminución de turbidez, sólidos totales
y conductividad, con una mayor estabilidad en el pH.
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CONCLUSIONES
Este estudio concluye que, para el tratamiento de aguas residuales porcinas, la coagulación-oculación mediante PAC y
PAM es efectiva en la reducción de la turbidez, siendo el PAC el principal agente en la disminución del pH y los sólidos
totales. Sin embargo, estos productos no tienen un impacto signicativo en la conductividad eléctrica ni en la reducción de
sólidos totales, aunque su combinación optimiza la remoción de turbidez. Además, se evaluaron los métodos de oxidación
con hipoclorito de sodio y ozono, mostrando este último una mayor eciencia y estabilidad, logrando una reducción del
100% de la turbidez y un descenso notable en la conductividad eléctrica en menor tiempo. A pesar de que el hipoclorito
de sodio también fue efectivo, presentó uctuaciones en el pH y un comportamiento menos estable a concentraciones
más altas, lo que lo hace menos eciente en comparación con el ozono. Este estudio resalta que el ozono es superior en
el tratamiento de contaminantes persistentes y en la mejora de la calidad del agua, gracias a su capacidad para generar
radicales hidroxilo y oxidar compuestos orgánicos.
DECLARACIÓN DE CONFLICTO DE INTERÉS DE LOS AUTORES
Los autores declaran no tener conicto de intereses.
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CONTRIBUCIÓN DE AUTORES
Autor Contribución
Adrián Vélez Desarrollo de la investigación, redacción del manuscrito
Jorge Zambrano Desarrollo de la investigación, redacción del manuscrito
Carlos Banchón Asesoría de la investigación, revisión del manuscrito