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DISEÑO DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTOS UNITARIOS
DE AGUAS RESIDUALES DE UNA PLANTA PROCESADORA DE
TILAPIA
TESIS DE GRADO
Presentado por
Carla Crespo Carrasco
Néstor Solano Garófalo
2
Tilapia hibrida roja (Oreochromis mossambicus)
3
Objetivo General

• Diseñar un sistema de procesos unitarios que
  disminuyan la carga orgánica (DQO y DBO), SST y
  materia flotante de las aguas residuales de una
  planta procesadora de tilapia, a los niveles
  exigidos por las normas nacionales e
  internacionales.

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Objetivos Específicos

• Determinar las características de los efluentes
  en los diferentes puntos del proceso que
  requieran un mayor tratamiento.
• Diseñar las unidades de tratamiento de acuerdo a
  las características del efluente.
• Establecer la reducción del impacto ambiental de
  las aguas tratadas con el sistema a implantarse.
• Realizar un análisis de costo del diseño.

5
Introducción

• El cultivo a escala comercial de tilapia en el
  Ecuador ha tomado gran importancia en los últimos
  años dentro de la producción de organismos
  bioacuáticos, lo que implica un incremento de
  desechos orgánicos descargados por las plantas
  que procesan esta especie.
• La falta de sistemas de tratamientos para estas
  descargas implica el deterioro del ambiente y por
  ende del ecosistema donde estas son depositadas.

6
Introducción

• Para que la producción de tilapia sea sostenible
  es necesario que las plantas cuenten con un
  sistema de tratamiento de sus efluentes que
  cumplan con las normas de protección ambiental.
• La implantación de este sistema a través de las
  plantas procesadoras de tilapia no solo
  beneficiará al ambiente, sino también tendrá la
  aceptación del producto por parte del consumidor
  tanto nacional como extranjero.

7
Introducción

• Este sistema ofrece beneficios a la procesadora
  como son el cumplimiento de las normas nacionales
  e internacionales que garantizan su
  funcionamiento y mantenimiento de la planta
  procesadora, brindando al los empleados y
  trabajadores un ambiente saludable y agradable.

8
Introducción

• Este esquema de tratamientos de aguas residuales
  permitirá manejar desechos sólidos de gran tamaño
  (vísceras, piel, cabezas y escamas) y líquidos
  con alta concentración de compuestos orgánicos
  (sangre, aceites, grasas y aguas de lavado), para
  ser reutilizados o empleados en base a mecanismos
  de purificación.

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Aspectos Generales de la Industria Procesadora de
Tilapia en el Ecuador
10
Inicio, desarrollo, evolución de las plantas
procesadoras de Tilapia.

• Tilamar S.A. con 140 Ha, (El Triunfo Guayas),
  con capital americano, el cual, en 1993 importó
  una línea de Red Florida desde Estados Unidos,
  pero sus problemas de infraestructura y manejo
  técnico-administrativo ocasionaron su cierre en
  1995.
• En 1994, dos empresas líderes Empacadora Nacional
  (ENACA) e Industria Pesquera Santa Priscila
  inician la exportación de filetes frescos y
  congelados a Estados Unidos.

11
Inicio, desarrollo, evolución de las plantas
procesadoras de Tilapia.

• A partir de 1996, la producción de tilapia se
  centra en la provincia del Guayas, pero no como
  respuesta a un serio programa de desarrollo
  piscícola, sino al ingreso de 4 grandes grupos
  productores, dominando enteramente el mercado de
  exportación contando con grandes plantas de
  proceso total tecnificadas y modernas.
• Aqua Trade Corporation (2000 Ha)
• Enaca (1000 Ha)

12
Inicio, desarrollo, evolución de las plantas
procesadoras de tilapia

• Es así que la relación de Ecuador incrementó con
  grandes mayoristas en Estados Unidos como la Rain
  Forest, FPI (Fishery Products Internacional) y
  Tropical Aquaculture Products, ha ido
  incrementado en forma sustancial las
  exportaciones.

13
Planta Procesadora
14
Descripción

• Enaca inicio en 1996 al cultivo de Tilapia Roja,
  un pescado popular tropical de carne suave y
  blanca.
• Las ventas de filetes frescos de tilapia han
  aumentado rápidamente durante los últimos años en
  USA.
• La planta cuenta con una capacidad para procesar
  2'700.000 de lb. brutas de pescado mensual con
  una línea de frío, máquinas que facilitan el
  proceso como el descamado y despellejado de los
  filetes.

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Recursos utilizados en el proceso

• Durante el proceso se utilizan un recurso humano
  de 300 personas en áreas de limpieza, fileteado,
  y maquillado de tilapia.
• La planta posee el sistema automatizado para
  realizar las actividades de descamado,
  despellejado, cortador, congelamiento.
• El procesamiento de tilapia comprende las
  siguientes fases (Flujograma).

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Descripción de los efluentes

• Las aguas residuales se caracterizan por su
  composición
• - Física
• - Biológica microorganismos
• - Química MO y gases disueltos

Olor, densidad, turbiedad
Métodos de análisis Cualitativos
Métodos de análisis Cuantitativos
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Características de los residuos sólidos

• La mayor parte de residuos vertidos al medio
  natural es materia orgánica. estos residuos
  experimentan una elevada demanda de DBO.
• Además los residuos también pueden contener
  elevados niveles de N y PO4, lo que puede
  conducir a la eutrificación de las aguas
  naturales.

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Características de los residuos sólidos

• Existen también metales pesados de las aguas
  residuales como el Cu y el Zn que son elementos
  no biodegradables y permanecen en el medio
  ambiente suelen precipitarse debido al
  desplazamiento de los iones metálicos por el agua
  salada.
• En la planta empacadora escogida contiene
  residuos orgánicos, escamas, grasas que dan
  origen a la formación de sedimentos negruzcos
  con olores sulfurosos.

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Características de los residuos líquidos

• Materia orgánica.-
• La reducción de la concentración de O2 en el
  agua, provocado por la actividad de las bacterias
  aeróbicas, se compensa por la difusión del O2 de
  la superficie y de las zonas cercanas con elevada
  concentración de este gas.

PO4

O2
Agua
NH4
20
Características de los residuos líquidos

• Los productos finales resultantes de la actividad
  de estas bacterias son SH2, CH4, NH3, que
  resultan tóxicos para la mayoría de los
  organismos superiores.
• Los residuos líquidos que expulsa la planta
  procesadora de tilapia están constituidos por
• - mezcla de sangre
• - diversos fluidos
• - agua de condensado.

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Características del receptor final del efluente

• La evacuación de efluentes a cuerpos receptores
  de agua se lleva a cabo directamente mediante una
  tubería.
• La planta procesadora de tilapia esta constituida
  de un tanque séptico centralizado para la
  retención de sólidos y tuberías para la
  transportación del líquido clarificado que son
  evacuados aun sistema natural.

22
Características del receptor final del efluente

• Un aspecto importante en la evacuación de
  efluentes consiste en la capacidad de asimilación
  del cuerpo receptor representada a menudo por la
  cantidad de MO que puede ser vertida sin
  comprometer los recursos de oxigeno disuelto
  presente en el agua.

23
Impactos Ambientales del Procesamiento de Tilapia
24
Impacto ambiental de las aguasresiduales

• La contaminación del agua se origina por la
  presencia de residuos líquidos que tienen un alto
  contenido de DBO, SS, además de la presencia de
  grasas y aceites.
• Estos desechos no contienen substancias toxicas,
  como metales pesados, plaguicidas, etc.
  Eventualmente, pueden ser descargadas altas
  concentraciones de cloruro de sodio.

25
Impacto ambiental de las aguasresiduales

• Las principales fuentes de desecho de la planta
  son
• Eviscerado
• Lavado posterior del pescado.
• Nota Pueden originar hasta un 80 de total de
  residuos líquidos generados.

26
Impacto ambiental de las aguasresiduales

• Los malos olores típicos emanados por este tipo
  de industria, dada la naturaleza de materia prima
  utilizada, se deben al desprendimiento de los
  gases de su composición.

27
Regulaciones ambientales sobre la descarga de
aguas residuales
28
Regulaciones Nacionales

• Según el artículo Nº 25 del registro oficial de
  Junio de 1989 el cual establece criterios de
  calidad para la preservación de la flora y fauna
  en aguas dulces, frías o cálidas, aguas marinas y
  estuarinas en las cuales se muestran valores
  limite máximo permisibles.

29
Regulaciones Nacionales

• La presente norma técnica determina o establece
• Los límites permisibles, disposiciones y
  prohibiciones para las descargas en cuerpos de
  aguas o sistemas de alcantarillado.
• Los criterios de calidad de las aguas para sus
  distintos usos.
• Métodos y procedimientos para determinar la
  presencia de contaminantes en el agua.

30
Regulaciones EPA

• El objetivo de estas regulaciones, es restaurar y
  mantener la integridad física, química y
  biológica de las aguas receptoras.
• Los estándares de calidad para el medio acuático
  en EEUU se considera como
• Agua potable
• Agua residual

31
Limites Permisibles que concede la EPA

• Para tratamiento secundario se fijaron en 45 mg
  DBO5/l y 45 mg SS/l para la concentración media
  de 7 días.

32
Aplicación de normas de calidad ISO

• La serie ISO 14000 que nos corresponde analizar
  es un conjunto voluntario de normas destinadas a
  alentar a las organizaciones a ocuparse
  sistemáticamente de las repercusiones ambientales
  de sus actividades.
• La ISO 14001 fue adoptada en 1996 como norma
  internacional para orientar la elaboración de
  sistemas de gestión ambiental.

33
Aplicación de normas de calidad ISO

• Requisitos
• Definirse una política ambiental de la
  organización que sea apropiada a la magnitud de
  impactos ambientales de sus productos,
  actividades y servicios.

34
Aplicación de normas de calidad ISO

• Requisitos
• Compromiso de mejora y continua prevención de la
  contaminación.
• Cumplir con la legislación y reglamentación
  ambiental pertinente.

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Selección de los procesos unitarios
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Parámetro Unidad Concentración del efluente Concentración según la Ley (a)
pH 7.65 6.5 9
OxígenoDisuelto mg/lt 1.57 5.0
DBO5 mg/lt 407.5 lt 80 de la carga
DQO mg/lt 623.68 lt 80 de la carga
SST mg/lt 8660 lt 80 de la carga
SSV mg/lt 102 -------
Sólidos Totales mg/lt 7078 lt 80 de la carga
STV mg/lt 3351 lt 80 de la carga
Nitritos mg/lt 0.3 -
Nitratos mg/lt 1.2 -
Fosfato mg/lt 0.47 -
Fósforo total mg/lt 0.75 -
Temperatura ?C 19 ? 32
Caudal m3/día 480 -

1. Concentraciones promedios de descarga permitidas
   por la ley según el artículo No 25 registro
   oficial No 204 de junio de 1989.

37
Criterios de Selección
0.2 gt DBO5/DQO Poco Biodegradable 0.4 gt
DBO5/DQO lt 0.2 Biodegradable DBO5/DQO gt 0.4
Muy Biodegradable

• Obteniendo un valor 0.6533 en el
  efluente

38
Alternativas de selección de procesos unitarios.
Descripción breve de tipos de tratamiento.-

• Procesos Físicos
• Procesos Químicos
• Procesos Biológicos

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Procesos Físicos

Desbaste
Aliviadero
Tamizado
Desarenador
Desengrasador
40
Procesos Químicos
Floculación/ Coagulación.- Cuando existe
dificultad en la sedimentación de las partículas
en suspensión, permita que se aglomeren para
formar agregados de mayor tamaño y sedimenten
mejor. Neutralización Oxidación-reducción Sulfato
de hierro Eliminación de cromo.

41
Procesos Biológicos

• El tratamiento biológico se usa esencialmente
  para eliminar sustancias orgánicas biodegradables
  (coloidales o disueltas) presentes en el agua
  residual.
• Fangos activos.-
• Es un proceso continuo en el cual el agua
  residual se estabiliza biológicamente en tanques
  o balsas de activación en condiciones aeróbicas.

42
Procesos Biológicos

• Lechos bacterianos.-
• Son tanques circulares rellenos de piedras o
  materiales
• sintéticos formando un filtro con un gran volumen
  de
• huecos destinado a degradar biológicamente la
  materia
• orgánica del agua residual.
• Entre otros
• Lechos de Turba
• Lagunaje
• Biodiscos
• Nota Todos estos procesos tienen los mismos
  principios,
• permitir el ingreso de las aguas con acción de
  bacterias

43
Alternativa de Selección
FASES DE DEPURACIÓN
DEPURACIÓN PRIMARIA
DEPURACIÓN SECUNDARIA
44
Otras Consideraciones
Alternativas de Selección

• Relación con el tiempo se debe simular.
• Relación con caudales del cuerpo receptor se
  deben simular
• 3. En relación con el tipo de tratamiento

45
DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO
46
Calculo del caudal del efluente

• Canal de Drenaje
• Inicia la faena (07h00 a.m.).

25 Arena
47

Medición del caudal del efluente
Aforos de Caudales
HORAS EFLUENTE TIEMPO
m3/hora. seg.
800 am 18 42
900 am 24.38 31
1000 am 21 36
1100 am 18.43 41
1200 am 18.43 41
1300 pm 21 36
48
Calculo del caudal del efluente
A área a base mayor b base menor
h altura de agua
0.5 m
A ½(a b) h
0.05 m
A 0.0175 m2

• V Volumen
• V Área Largo
• V 0.21 m3

0.2 m
49
Calculo del caudal del efluente

• t 37.8 seg promedio
• Q Caudal
• Q Volumen / tiempo
• Q 0.0055 m3/ seg
• Q 480 m3/día

50
Canal de Entrada

• Se estima factores de seguridad por limpieza,
  
• lluvia, etc.
• Se trabajara con un caudal máximo, y una
  velocidad máxima que es de 3 m/s. (Uralita,1996).

Qmax 4 Q medio pretratamiento Qmax 2.4 Q
medio tratamiento primario Qmax 1.8 Q medio
tratamiento secundario Qmax 0.022 m3/s
51
Canal de Entrada
H altura (0.40 m) V volumen (0.022 m3) A
Área (Dato a conocer) Donde A V/H A 0.055
m2
52
Canal de Entrada
Relación 1.44 1 L Ancho L vA/1.44 Largo
0.20 m Ancho 0.20 m
Ar 1.44HL
Altura de resguardo 0.40 m (Uralita 1996) Altura
máxima útil 0.70 m (Uralita 1996)
53
Desbaste

• Las rejas tienen la finalidad de proteger las
  bombas,
• válvulas, conducciones y otros elementos contra
  los
• posibles daños provocados por la presencia de
  trapos
• y de objetos de gran tamaño.

54
Desbaste

• Clasificación
• Horizontales, verticales, inclinadas y curvas.
• Finas, medianas y gruesas.
• Fijas o móviles.
• De limpieza automática, semiautomática o manual.

55
Desbaste

• Eludir posteriores depósitos.
• Evitar obstrucciones en canales, tuberías y
  conducciones en general.
• Interceptar las materias que por sus excesivas
  dimensiones podrían dificultar el funcionamiento
  de las unidades posteriores.
• Aumentar la eficiencia del tratamiento posterior.

56
Desbaste

• El destino de los residuos en las rejillas puede
  ser
• Almacenamiento temporal del material cribado por
  lo menos dos días.
• Disposición final del material cribado que debe
  ser enterrado y cubierto con una capa de tierra
  de por lo menos 20 cm.

57
Rejas de Desbaste
b (c/s -1) (s a) s a (mm) anchura de
barras b (mm) ancho canal zona de rejillas c
(mm) ancho canal de entrada s (mm) separación
útil entre barras n numero de barras a 9
mm s 15 mm b 357 mm n 14 barras
58
Mantenimiento

• Semanal con el fin de que la grasa acumulada no
• obstruya el paso del caudal hacia los demás
• procesos.

59
Tamiz estático

• Los tamices están hechos de acero inoxidable y
• aberturas libres de 0.2 a 1.5 mm.
• Para fines especiales se pueden utilizar
  aleaciones
• inoxidables resistentes al desgaste.

60
Diseño de tamiz estático
Se usara un tamiz estático con una separación
libre entre barras de 1,5 mm soportara un caudal
de 65 m3/h (Uralita 1996). Altura 1.94
m Ancho 6 m
61
Cámara de grasa

• Causan obstrucción y aumentan gastos de
  mantenimiento.
• Formación de capas superficiales que evitan
  sedimentación.
• Producen problemas en fangos (reducen
  transferencia al 55 - 70 al subir la grasa de
  0 a 70 mg/l.)
• Perturban la digestión.
• La DQO se puede incrementar en un 20 a 30 .
• Separa los elementos pesados en suspensión que
  perjudican el tratamiento posterior de fangos

62
Cámara de grasa

• Para el diseño de la trampa de grasa se tomará en
  cuenta la cantidad de grasa
• recolectada. La misma que va desde 16 lt /día a
  50 lt / día.
• Altura de capa de grasa 1 cm
• V AH
• A 5 m2
• Relación 12
• L vA/2 nos da un ancho de 1.60 m y el largo
  3.20 m.
• Volumen 1er compartimiento 2.56 m3 (50 del
  volumen total)
• Volumen 2do compartimiento 1.53 m3 (30 del
  volumen total)
• Volumen 3er compartimiento 1.024 m3 (20 del
  volumen total)

Vista lateral
Vista Aérea
63
Cámara de grasa

• Mantenimiento

• Diario, utilizando rasquetas de absorción de
  grasas y evacuar el material flotante a un
  recipiente con fin de acumular los desperdicios
  de grasas.
• La segunda cámara presenta piedras difusoras de
  aire cuya finalidad es hacer flotar toda
  partícula con grasa que no se pudo recoger en el
  primer compartimiento.

64
Decantador Primario

• El objetivo principal es la obtención de un
  efluente
• clarificado, pero también es necesario producir
  un
• fango cuya concentración de sólidos permita su
  fácil
• tratamiento y manejo.

65
Decantador Primario

• La decantación primaria es obligada, cuando
  posteriormente se vaya
• a utilizar un sistema biológico de lechos
  bacterianos.
• Ventajas
• Mayor simplicidad de operación de la planta
• Homogeneidad en la calidad del fango
• Eliminación de malos olores al entrar el agua
  directamente.

66
Decantador Primario

• Desventajas
• Mayor consumo energético en el proceso biológico
• por fangos activos.
• Peligro de formación de sedimentaciones en el
• depósito de aireación.
• Se puede reducir la capacidad de espesado de los
• lodos que se llevan posteriormente a la
  digestión.

67
Decantador Primario

• Smax 36 m2 (Superficie de decantación)
• L vA/2 nos da un ancho de 4.24 m y el largo
  8.48. (Longitud del decantador 12)
• La altura útil del decantador es de 3 m
• Vmax 118.80 m3 (Volumen)
• Tr 5400 seg. (Tiempo de retención)

Características del decantador Largo 8.48
m Ancho 4.24 m Altura 2.50 m Altura de
protección 0.50 m Pendiente de fondo 2
Vista Lateral
Vista Aérea
68
Decantador Primario

• Carga de Salida en vertedero
• L Qmed/V
• L 20.16 m3/h /10 m3/h/m
• L 2.016 m longitud necesaria del vertedero.
• Vr 0.6 m/min (Uralita 1996),Velocidad lineal
• Las inclinaciones de los fondos para dichas
  rasquetas
• suelen ser
• En decantadores circulares Del 2 al 8
• En decantadores rectangulares Del 0.5 al 2

69
LECHO BACTERIANO

• La oxidación se produce al hacer circular el
  agua, a través de un medio poroso, aire y agua
  residual.
• La materia orgánica y sustancias contaminantes
  del agua son degradadas en una película
  biológica.

70
DISEÑO DE LECHO BACTERIANO

• Se utiliza un proceso convencional con un tiempo
  de
• retención de tres horas y con una velocidad
  ascensional 1.02
• m3/m2h.

Parámetros de diseño (Uralita 1996)
71
DIGESTOR

• Es un proceso microbiológico que convierte el
  lodo, orgánicamente complejo, en metano, dióxido
  de carbono y un material inofensivo similar al
  humus.
• La digestión reduce el contenido en materia
  orgánica entre un 45 y un 60 por ciento

72
DISEÑO DE DIGESTOR

• Los métodos se basan
• Tiempo medio de retención celular
• Uso de factores de carga volumétrica
• Reducciones de volumen y factores de carga.
  (Metcalf Eddy,1996).

73
DISEÑO DE DIGESTOR

• Carga DBO 134.4 Kg. / día
• V 28.2 m3
• Altura 3 m
• Diámetro 10.37 m

74
DISEÑO DE LOS COMPONENTES DE TRATAMIENTO
Ubicación
75
Características del efluentedespués del
tratamiento

• Remoción de grasa en la rejas de barras en un 5
  y en el desengrasador en un 80.
• Depuración en el tratamiento primario es 40 de
• DBO5 y SST de un 60.
• En el tratamiento biológico como son el lecho
• bacteriano y el digestor se alcanzó una
  depuración de 70 de DBO5 y 98 de SST.

76
Características del efluentedespués del
tratamiento

• Antes Después
• DBO5 407 mg/lt DBO5 69 mg/lt
• SST 8660 mg/lt SST 63 mg/lt
• Norma Nacional Norma
  Internacional
• DBO5 100 mg/lt DBO5 45 mg/lt
• SST 100 mg/lt SST 45
  mg/lt

77
Costos del diseño

• El coste de una instalación depuradora depende de
  un elevado
• número de variables como son
• Tipos de contaminación
• Tipo y sistema de la depuración
• Superficie ocupada
• Tipo de terreno
• Materiales y equipos utilizados
• Instalaciones complementarias
• Mano de obra
• Presupuesto

78
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
79
CONCLUSIONES

• En base a las regulaciones, leyes, normas
  nacionales e internacionales que rigen para el
  tratamiento del agua, por ser un recurso no
  renovable, es necesario algún tipo de depuración
  para el agua de desecho de plantas procesadoras
  de especies acuáticas.
• En base a los análisis de calidad de agua de la
  planta procesadora de tilapia se puede concluir
  que el mayor contaminante de la industria son las
  grasas y la sangre, siendo así que la relación
  DBO5 y DQO es mayor a 0.4 lo que nos indica que
  es una agua biodegradable, lo que permite el
  empleo de sistemas biológicos ya sean fangos
  activos o lechos bacterianos.

80
CONCLUSIONES

• El bosquejo aquí presentado para el tratamiento
  de aguas de desecho que genera una planta
  procesadora de tilapia es una de las formas que
  se puede optar para la depuración y posterior
  evacuación del agua tratada a un medio natural.

81
CONCLUSIONES

• El sistema propuesto para el tratamiento de agua
  de la industria se basa en rejillas, tamiz,
  desengrasador, decantación primaria, lecho
  bacteriano, digestión conjunta o separada, ya que
  estos son específicos para reducir los
  porcentajes de DBO5 y SST, basados en los
  estándares de calidad publicados en el Registro
  Oficial del 5 de junio de 1989, Artículo 25 de la
  República del Ecuador.

82
RECOMENDACIONES

• No se deben realizar limpiezas con cloro u otro
  tipo de desinfectante ya que mata la flora
  bacteriana que descompone la materia orgánica.
• La Rejillas y cámara de grasas deberán tener un
  mantenimiento manual diario para evitar
  obstrucciones que perjudiquen la continuidad del
  proceso de depuración.

83
RECOMENDACIONES

• Se debe monitorear periódicamente el efluente de
  la planta de tratamiento con análisis de calidad
  de agua para que nos de una idea como esta
  trabajando el sistema en una frecuencia de una
  vez cada mes por un periodo de tres meses,
  además de un monitoreo periódico por cada 15 días
  de los niveles de contaminación según el diseño.
• El sistema de tratamiento deberá construirse
  alejado de la planta de producción de tilapia o
  en sitio solitario para evitar la emisión de
  olores que pueden afectar al personal de la
  planta.

84
RECOMENDACIONES

• Se recomienda este diseño propuesto para plantas
  procesadoras de atún y camarón, debido a que la
  calidad del agua presenta similares
  características

85
GRACIAS POR SU ATENCION!!!