tesis final raul paez

5/17/2018 Tesis Final Raul Paez - slidepdf.com

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Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea Proleca LTDA Cartagena.

I

REDISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALESPARA LA INDUSTRIA LÁCTEA PROLECA LTDA CARTAGENA.

RAÚL LUIS PÁEZ OSORIO

UNIVERSIDAD DE CARTAGENA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA

CARTAGENA DE INDIAS D.T Y C

2011




II

REDISEÑO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

PARA LA INDUSTRIA LÁCTEA PROLECA LTDA CARTAGENA.


Proyecto de Grado

Lesly Tejeda Benítez, MSc

(Directora del Proyecto)

UNIVERSIDAD DE CARTAGENA

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA


2011



Rediseño y adecuación de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria Láctea Proleca LTDA Cartagena.

3

TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN .................................................................................................................. 14

ABSTRACT ................................................................................................................ 15

1. INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 16

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................... 18

HIPÓTESIS ................................................................................................................. 19

3. JUSTIFICACIÓN ................................................................................................... 20

2. OBJETIVOS ......................................................................................................... 23

2.1 OBJETIVO GENERAL ..................................................................................... 23

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................. 23

3. ALCANCE ........................................................................................................... 24

4. ANTECEDENTES Y ESTADO DEL ARTE ...................................................... 25

5. MARCO TEÓRICO ............................................................................................. 33

5.1 MÉTODO DE TRATAMIENTO FÍSICO Y BIOLÓGICO ............................... 34

5.1.1 NIVELES DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES .......................................... 34

6. METODOLOGÍA ................................................................................................ 39

7. RESULTADOS .................................................................................................... 41

7.1 PROBLEMAS TÉCNICOS ENCONTRADOS ................................................. 45

7.1.1 MATRIZ DE VESTER .......................................................................................... 51




4

7.1.2 DISEÑO CONCEPTUAL DE LOS EQUIPOS UTILIZADOS EN LA PLATA DE

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES. ........................................................................ 54

7.1.3 DISEÑO BÁSICO DE LOS EQUIPOS UTILIZADOS EN LA PLATA DE TRATAMIENTO DE

AGUAS RESIDUALES. ..................................................................................................... 57

7.1.4 TRATAMIENTO BIOLÓGICO ............................................................................... 64

7.1.5 IMPLEMENTACIÓN DEL DISEÑO ......................................................................... 64

7.1.6 MEJORAS EN EL TRATAMIENTO ......................................................................... 68

8. CONCLUSIONES ............................................................................................... 75

9. BIBLIOGRAFIA .................................................................................................. 77

10. GLOSARIO ...................................................................................................... 112




5

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Entrada Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales. ................................ 41

Tabla 2. Salida Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales. .................................. 42

Tabla 3. Porcentaje de Remoción Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales. ..... 44

Tabla 4. Resultados Matriz de Vester. ........................................................................ 52

Tabla 5. Datasheet Tanque Nivelador de pH. ............................................................. 59

Tabla 6. Datasheet Trampa de Grasa. ......................................................................... 60

Tabla 7. Datasheet Sedimentador. ............................................................................... 61

Tabla 8. Datasheet Pantalla Difusora. ......................................................................... 62

Tabla 9. Datasheet Floculador..................................................................................... 63

Tabla 10.Propiedades Residuos Lácteos. .................................................................... 92




6

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Sedimentador (Tratamiento Primario). ....................................................... 34

Figura 2. Índice de Biodegradabilidad ........................................................................ 42

Figura 3. Porcentaje de Eliminación Planta de Tratamiento de Aguas Residuales. ... 45

Figura 4. Trampa de Grasas. ....................................................................................... 46

Figura 5. Tanque de Almacenamiento. ....................................................................... 46

Figura 6. Tubería Bomba Sumergible. ........................................................................ 47

Figura 7. Floculador. ................................................................................................... 47

Figura 8. Floculador – Tanques Preparación de Aditivos. .......................................... 48

Figura 9. Láminas Floculador. .................................................................................... 49

Figura 10. Entrada Sedimentador. ............................................................................... 49

Figura 11. Salida Sedimentador. ................................................................................. 50

Figura 12. Filtros. ........................................................................................................ 51

Figura 13. Salida de la Planta de Tratamiento. ........................................................... 51

Figura 14. Diagrama de Bloques Planta de Tratamiento ............................................ 58

Figura 15. Proceso de ampliación Planta de tratamiento de aguas Proleca Ltda. ....... 64

Figura 16. Montaje de las láminas en el Sedimentador. ............................................ 65

Figura 17. Láminas Sedimentador terminadas. ........................................................... 65

Figura 18. Pantalla difusora terminada. ...................................................................... 66

Figura 19. Floculador y montaje de láminas. .............................................................. 66




7

Figura 20. Floculador terminado. ................................................................................ 67

Figura 21. Tanques de igualación de pH. .................................................................... 67

Figura 22. Eliminación de S.S.T. ............................................................................... 68

Figura 23. Eliminación DBO5. ................................................................................... 69

Figura 24. Eliminación de DQO. ................................................................................ 70

Figura 25. Eliminación S.S.H. .................................................................................... 71

Figura 26. Eliminación N.K.T..................................................................................... 72

Figura 27. Eliminación de Fósforo Total. ................................................................... 73




8

LISTA DE ANEXOS

ANEXO 1 ESPECIFICACIONES TECNICAS DE LOS PARAMETROS

REQUERIDOS SEGÚN EL DECRETO 1594 DE 1984. .......................................... 81

ANEXO 2 MEMORIAS DE CÁLCULO ................................................................... 87

ANEXO 3. MANUAL DE OPERACIÓN ................................................................ 103

ANEXO 4. DECRETO 3930 DE 2010 – NORMATIVIDAD AMBIENTAL PARA

EFLUENTES LÍQUIDOS ........................................................................................ 113

ANEXO 5. CARACTERIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES DE PROLECA

LTDA EMITIDAS POR CARDIQUE ..................................................................... 114




9

Cartagena de Indias D.T. y C., Agosto 5 de 2011

Señores:COMITÉ DE GRADUACIÓNPrograma de Ingeniería QuímicaFacultad de IngenieríaUniversidad de Cartagena

Cordial Saludo:

En mi calidad de director de tesis, presento a ustedes el siguiente proyecto de gradotitulado “ Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria

láctea Proleca LTDA Cartagena”, elaborado por el estudiante Raúl Páez Osorioperteneciente al programa de Ingeniería Química.

Manifiesto mi participación en la orientación y mi conformidad con el resultadoobtenido.

Atentamente,

LESLY TEJEDA MSc.Asesor EncargadoPrograma Ingeniería Química




10

Cartagena de Indias D.T. y C., Agosto 5 de 2011

Señores:COMITÉ DE GRADUACIÓNPrograma de Ingeniería QuímicaFacultad de IngenieríaUniversidad de Cartagena

Cordial Saludo:

En mi calidad de estudiante, presento a ustedes el siguiente proyecto de grado titulado“ Rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales para la industria láctea

Proleca LTDA Cartagena”.

Manifiesto mi participación en la orientación y mi conformidad con el resultadoobtenido.

Atentamente,

RAÚL LUIS PÁEZ OSORIOEstudiantePrograma Ingeniería Química




11

Nota de aceptación

Presidente del Jurado

Jurado

Jurado

Cartagena de Indias D. T. y C., Agosto de 2011




12

DEDICATORIA

A Dios, por ser el eje central de nuestras vidas.

A mis padres y tíos, por su ejemplo de superación y valioso apoyo en el transcurso demis estudios.

A mis compañeros y amigos, por ser participes de nuestro proceso de formación

integral.




13

AGRADECIMIENTOS

Agradezco sinceramente a:A la Ingeniera Lesly Tejeda Benítez, docente, tutor y amiga, por todo el esfuerzo,

paciencia y dedicación en la ejecución de este proyecto.

A Proleca Ltda., muy especialmente al Ingeniero Amaury Iriarte, Asesor Ambiental y

al Doctor Gustavo Mercado, Gerente de la Compañía, por su apoyo y colaboración.




14

RESUMEN

Las aguas residuales son la emisión de mayor contaminación procedente de la

industria láctea por contener cantidades significativas de materia orgánica, queacompañadas con el agua utilizada para los procesos higiénicos y sanitarios se

convierten en una problemática importante en este tipo de industrias.

Debido al impacto que produce el vertimiento de aguas industriales a los cuerpos de

agua, este proyecto presenta una solución viable y efectiva para el tratamiento de

aguas residuales. En este trabajo se realizó el diagnóstico y el rediseño de la planta de

tratamiento de aguas residuales de la industria Proleca Ltda., usando la matriz de

Vester se analizaron las diferentes falencias del antiguo método de tratamiento. Se

investigaron las diferentes especificaciones técnicas para lograr el debido desempeño

al momento de operar la planta de tratamiento de aguas residuales, posterior a esto, se

realizó el rediseño de la planta de aguas residuales.

Se implementó un método de tratamiento biológico con microorganismos eficientes,

el cual mostró como resultado una reducción del 80% en la carga de los

contaminantes, debido a que los sólidos suspendidos totales disminuyeron en un 20%,

la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) se redujo en 50%, la demanda química de

oxígeno (DQO) en un 40%, NKT (Nitrógeno Total Kjeldhal) en un 60% y el fósforo

total en un 40% respecto a la etapa posterior al rediseño. Todo lo anterior represento

para la empresa la reducción en el pago de las tasas retributivas por vertimientos de

efluentes al alcantarillado y la aplicación de un método eficiente de tratamiento que

cumple con las exigencias de las normas vigentes.

Palabras Clave: Rediseño, Microorganismos Eficientes, DBO, DQO.




15

ABSTRACT

Wastewater is the issue of increased pollution from the dairy industry to contain

significant amounts of organic matter, that accompanied the water used for hygienicand sanitary processes become an important issue in these industries.

Due to the impact that the dumping of industrial wastewater to water bodies, this

project presents a viable and effective solution for the treatment of wastewater. This

work was carried out diagnosis and redesign of the plant wastewater treatment

Proleca Ltda industry, using the matrix of Vester analyzed the different

shortcomings of the old method of treatment. We investigated the different technical

specifications to achieve proper performance when operating the plant wastewater

treatment, after this, we performed the redesign of the wastewater plant.

We implemented a biological method for treatment with efficient microorganisms,

which showed results in a 80% reduction in the load of pollutants, because the

suspended solids decreased by 20%, biochemical oxygen demand (BOD) was

reduced by 50%, chemical oxygen demand (COD) by 40%, NKT (total Kjeldahl

Nitrogen) by 60% and total phosphorus by 40% compared to the post-redesign. All

this represents for the company's reduction in the payment of remuneration rates by

dumping effluent into the sewer and the implementation of an efficient method of

treatment that meets the requirements of the regulations.

Keywords: Redesign, efficient microorganisms, BOD, COD.




16

1. INTRODUCCIÓN

Las últimas décadas han estado marcadas por una preocupación creciente por el

entorno, debido a esta postura, las empresas se han visto obligadas a cambiar suvisión sobre los métodos productivos.

Como respuesta a los problemas medioambientales, nace en los años 80 el concepto

de Desarrollo Sostenible. En el caso de la industria, este concepto debe traducirse en

el compromiso de fijar y lograr metas de funcionamiento que reduzcan las emisiones

de sustancias nocivas, así como en el compromiso de aceptación de su

responsabilidad sobre los productos que fabrican.

Las aguas residuales son la emisión de mayor contaminación procedente de las

industrias alimentarias; se componen principalmente de sustancias orgánicas

resultantes de la transformación de las materias primas y de los productos químicos

que son empleados en los tratamientos higiénicos y sanitarios. Las aguas residuales

de la industria láctea, por ejemplo se caracterizan por poseer una gran cantidad de

materia orgánica, además de sólidos en suspensión y valores de pH que se encuentran

por fuera de los rangos admisibles. Las cantidades de aguas residuales y la

concentración de los contaminantes de estas empresas, no son constantes a lo largo de

una jornada de producción, sino que varían, generando sobrecargas y problemas en la

operación en las plantas de tratamiento.

En Cartagena, la industria láctea Proleca Ltda., que tiene como misión contribuir al

desarrollo de la sociedad y de nuestro medio ambiente, por medio de procesos

vanguardistas y de tecnologías limpias, que permitan cumplir con requerimientosimportantes en el vertimiento de sus aguas, cumpliendo con el decreto 1594 de 1984,

la cual en su momento reglamentó la prevención y control de la contaminación, no

obstante se declararon nulos varios de sus artículos en función de conflictos de

competencias propuestas en los mismos, siendo así modificado el 25 de Octubre del




17

2010 por el decreto 3930 de 2010 , que requiere desarrollar de forma integral la figura

del ordenamiento hídrico y establecer el procedimiento para la reglamentación de los

vertimientos previstos en el decreto 1594 de 1984.

Debido al gran impacto ambiental que produce verter aguas industriales en el sistema

de alcantarillado y a su vez en acuíferos o cuerpos de agua, es necesario tener control

sobre algunos parámetros que permitan mitigar los daños ambientales en estas zonas,

como: DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno), DQO (Demanda Química de

Oxígeno), pH, temperatura, NKT (Nitrógeno Kjeldhal), sólidos suspendidos, SSH

(Sólidos Suspendidos en Hexano), entre otros.

En este trabajo se realizó el rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales

de Proleca Ltda., para llevar a cabo esta tarea se analizó la influencia de factores:

caudal, composición, concentraciones, calidad requerida o esperada del efluente, las

posibilidades de reutilización de la misma, las posibilidades de vertido a depuradoras

municipales, tasas de vertido, tiempo de retención. Estas condiciones permitieron

evaluar el funcionamiento actual de la planta. También, el proyecto incluye un

estudio de las diferentes alternativas y la selección de la más viable, económica, e

innovadora, y así mismo, establece e implementa una solución puntal para cada uno

de los parámetros mencionados, logrando de manera satisfactoria el rediseño de la

planta coherente con el objetivo general de este trabajo.




18

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Una de las industrias de mayor generación de aguas residuales con altas cargas de

contaminantes orgánicos es la industria alimentaria, puesto que en sus procesos debeutilizar gran cantidad de agua de excelente calidad, requerida en las etapas de lavado,

limpieza y desinfección; por esto se hace necesario buscar estrategias para reducir las

cargas contaminantes de las aguas residuales de estas industrias.

Las aguas residuales de las industrias alimentarias se componen de sustancias

orgánicas resultantes de la transformación de las materias primas y de los productos

químicos que son empleados en los tratamientos higiénicos y sanitarios.

Las aguas residuales de la industria láctea, se caracterizan por poseer una gran

cantidad de materia orgánica, sólidos en suspensión y valores de pH que se

encuentran por fuera de los rangos admisibles, las cantidades de aguas residuales y la

concentración de los contaminantes de estas empresas, no son constantes a lo largo de

una jornada de producción. La calidad de dicho vertido obliga a las empresas a poseer

una planta de tratamiento de aguas residuales que minimice el impacto ambiental de

estas aguas sobre el medio ambiente.

En la actualidad Proleca Ltda., posee una planta de tratamiento fundamentada en

procesos físico-químicos, los cuales no son suficientes para reducir de forma

adecuada los parámetros estipulados por el decreto 3930 de 2010, debido al diseño

deficiente de la planta. La planta posee tres etapas de tratamiento; la primera etapa

consiste en un tanque séptico de concreto rígido el cual almacena el agua desechada

de cada uno de los procesos de producción, esta agua es bombeada a la segundaetapa, un sedimentador que consta de dos zonas; la primera zona se realiza un proceso

de floculación por medio de tabiques de madera, este método presenta deficiencia

respecto a el material del que están hechos los tabiques de floculación y en sus

tiempos de retención, la segunda zona se realiza el proceso de sedimentación




19

discreta, debido a falta de mantenimiento de la zona de lodos, no permite que el

proceso de sedimentación se realice de forma pertinente.

La salida del proceso no posee un caudal adecuado para la evacuación necesaria delas aguas residuales que se tratan, debido a esto se generan olores muy fuertes y

desagradables que afectan la calidad de vida de los operarios y trabajadores de la

planta, esto produce altas concentraciones de contaminantes, que son perjudiciales

para el medio ambiente, puesto que generan un impacto negativo en la sostenibilidad

de los ecosistemas y a su vez, en los recursos naturales que son la fuente principal de

las materias primas de nuestra sociedad.

HipótesisEl rediseño la planta de tratamiento de aguas residuales de Proleca Ltda., disminuirá

significativamente los parámetros de vertimiento (pH, temperatura, material flotante,

grasas, aceites, sólidos suspendidos, DBO, DQO, NKT, SSH, entre otros) del Decreto

3930 de 2010.




20

3. JUSTIFICACIÓN

En el contexto de la empresa Proleca Ltda., es necesario reformar el método de

tratamiento de aguas, ya que no cumplía los requerimientos actuales a la normavigente. La empresa contaba con una planta de tratamiento de aguas residuales, la

cual se encontraba en mal estado, esta generaba mucha contaminación debido a su

mal funcionamiento y a la cantidad de materia orgánica que poseen los residuos a

tratar.

El vertimiento de aguas residuales al alcantarillado está estrechamente ligado al pago

de tasas retributivas, las cuales deberán ser solventadas al gobierno de acuerdo al

grado de contaminación que estas posean al momento de verterlas, problema que se

manifiesta a gran escala en esta industria, ya que la contaminación generada por la

planta de tratamiento concibe un incremento a el valor que la empresa debe pagar por

verter agua en el sistema de alcantarillado de la ciudad de Cartagena.

Por todo lo anterior, era urgente un nuevo método de tratamiento, implementando

equipos y sistemas asequibles a la economía de la empresa, con tecnologías utilizadas

en nuestro país para el tratamiento de dichos residuos, el cual disminuye el impacto

ambiental generado por la empresa al momento de verter agua en el alcantarillado,

también debe moderar la carga orgánica de las aguas residuales. Este reduce los

parámetros de vertimiento estipulados en la norma vigente que regula las aguas

residuales y a su vez disminuye el valor de las tasas retributivas impuestas por el

gobierno.

De acuerdo, con el estudio realizado en el estado del arte del presente trabajo, los

diferentes métodos actuales de tratamiento están enfocados a la implementación de

bioreactores debido a sus ventajas respecto a los procesos aerobios en términos de

mayor grado de estabilización de las aguas residuales, bajo crecimiento de biomasa y

requerimientos nutricionales, producción de metano y no requerimiento de oxígeno,




21

de esta manera el aprovechamiento de biogás en estos procesos lo hace una

alternativa amigable con el medio ambiente.

Sin embargo, este tipo de procesos para el tratamiento de aguas residuales posee

ciertas desventajas. Las empresas pequeñas, como es el caso de Proleca Ltda., no

poseen el espacio requerido para la construcción de dicho equipo, además, la

industria está ubicada en un área urbano industrial, la cual tiene ciertas limitaciones

para la construcción de estructuras altas como lo son los reactores anaerobios y

aerobios.

Por otro lado, los sistemas de tratamiento de lagunas facultativas y lagunas aireadas,

necesitan una gran extensión de tierra para ser construidas, Proleca Ltda., no poseeuna extensión geográfica suficiente para la construcción de este tipo de sistemas de

tratamiento.

Un método factible y efectivo es el proceso de electro coagulación, este método ha

presentado excelentes resultados en el tratamiento de aguas para las industrias lácteas,

obteniendo porcentajes de remoción muy altos de los diferentes parámetros de interés

en nuestro estudio. El uso de energía en el proceso de electro coagulación es de vital

importancia para la remoción de los diferentes parámetros de interés en el tratamientode aguas residuales, igualmente, el agente coagulante y los equipos de electro

coagulación es una inversión grande respecto a la lucro de la empresa de estudio,

siendo estos motivos adversos para la implementación de dicha tecnología en el

tratamiento de aguas residuales de la industria Proleca Ltda.

Para cumplir el objetivo de este proyecto, sin impactar en la economía de la empresa,

es necesario reutilizar los equipos que se encuentran en el lugar de trabajo, evaluando

el diseño conceptual de cada uno, y tomar medidas correctivas en los equipos que noestén operando en las condiciones adecuadas.

Con el rediseño y adecuación de los equipos se reducirá el impacto económico al

momento de tratar el agua residual de la empresa, la implementación de los




22

tratamientos fisicoquímicos y microbiológicos han probado reducir de forma eficaz y

eficiente la contaminación de las aguas residuales, siendo esta la alternativa

económica y técnica más viable para esta empresa.

En los estudios consignados en el estado del arte, se ha demostrado que el uso de

microorganismos eficaces en ambientes con alta concentración de materia orgánica,

variación de pH y temperatura, han reducido la contaminación bioquímica emitida

por aguas utilizadas en procesos de producción, además, la combinación de estos con

agentes químicos, muestran efectos positivos en la reducción de olores fuertes

producidos por el agua y en la estabilización de lodos residuales de la planta de

tratamiento. El agua a tratar de la empresa tiene como principal característica altas

concentraciones de materia orgánica lo que la hace acorde para tratarla con esta clase

de microorganismos.

Los métodos físicos que se implementaran en el tratamiento de las aguas residuales

serán; procesos de sedimentación y floculación. La empresa posee actualmente los

equipos necesarios para realizar estos procesos. También, cuenta con un proceso de

eliminación de grasas con sus respectivas trampas de grasa. Estos acompañados de un

proceso químico consistente en agregar un agente coagulante, como el sulfato de

aluminio, en la zona del floculador, y un proceso biológico como la implementación

de organismos eficaces, ayudará a eliminar los contaminantes de las aguas a tratar.




23

2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL

Rediseñar la planta de tratamiento de aguas residuales de la industria Proleca Ltda.,

mediante la redefinición física y conceptual de cada uno de los parámetros de diseño

y de operación para cumplir con el decreto 3930 de 2010.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Realizar un diagnóstico del afluente y efluente de la planta de tratamiento de

aguas residuales, caracterizando el agua a tratar, para observar con detalle el

porcentaje de remoción.

Identificar los puntos críticos del proceso de la planta de tratamiento de aguas

residuales.

Recomendar e implementar una alternativa de solución con base en los

problemas críticos identificados y alcanzar el óptimo funcionamiento de la

planta de tratamiento de aguas.

Elaborar un sistema de monitoreo teniendo en cuenta los diferentes

parámetros a seguir: DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno), DQO

(Demanda Química de Oxigeno), pH, temperatura, NKT, sólidos suspendidos,

SSH (Sólidos Suspendidos en Hexano), entre otros, permitiendo un

seguimiento constante de estos.




24

3. ALCANCE

Este proyecto se desarrolló en la empresa Proleca Ltda., ubicada en la vía mamonal,

delimitada en la parte Norte con el Barrio El Campestre, parte Este, Barrio Ceballos,por el Sur, Barrio Santa Clara, y por el Oeste por Muelles Contecar en la ciudad de

Cartagena. Se limito el tema de impacto ambiental de la planta de tratamiento de

aguas residuales, realizando un diagnóstico del afluente y efluente de las aguas

residuales con el fin de obtener bases pertinentes para recomendar e implementar

alternativas de solución y sistemas de monitoreo que contribuyan a dar cumplimiento

a la normativa legal Decreto 1594 de 1984 y permitan reducir las tazas retributivas

pagadas por el vertimiento de la empresa.




25

4. ANTECEDENTES Y ESTADO DEL ARTE

Se han realizado numerosas investigaciones sobre diseño, adecuación de la planta de

tratamiento de aguas residuales para una industria Láctea, tanto en nuestro país como

en el mundo.

En el caso especifico de Portugal, país que asumió la presidencia de la Unión Europea

entre julio y diciembre del 2007, resalta en su agenda la importancia del desarrollo

sostenible de Europa y la importancia del medio ambiente, la posibilidad de utilizar

los lodos de floculante en los reactores UASB aplicada al tratamiento de aguas

residuales lácteos y los estudios del efecto del tiempo de retención hidráulica (6, 8, 12

y 16 h) en el rendimiento de los reactores. Da como resultado que el rendimiento de

los lodos de floculante es similar a lo reportado en la literatura para los lodos

granulares. Se observó, que al aumentar la TRH 6 a 12 h, el rendimiento del sistema

se mejora relativamente a la carga máxima aplicable, la producción de la eficiencia de

remoción de DQO y el metano, pero al aumentar la TRH 12 a 16 h, las diferencias no

son significativas. Para lograr el traslado soluble en COD, la absorción de AGV y la

mineralización de cerca de 80% de proteínas y la absorción de grasa por encima del

60%; es necesario para operar los reactores UASB utilizar una terapia de reemplazohormonal de por lo menos 12 h. Además de esto los reactores deben ser operados con

cargas de 2.5 g DQO / ℓ · d para alcanzar una conversión de metano de la DQO

eliminado por encima del 70%. [1]

Estados Unidos por medio de la federación ambiental del agua (Water Environment

Federation) adelanta estudios pertinentes respecto a la conservación del medio

ambiente y el tratamiento de las aguas residuales en las industrias, el tratamiento de la

industria láctea y otras aguas residuales de procesamiento de alimentos requiere el

reconocimiento de las características únicas de las materias primas, productos finales,

procesos de fabricación y la generación de la corriente de aguas residuales. Los

productores de lácteos de la industria manufacturera en general, manejan la fuerza

orgánica de las diferentes materias primas y productos en forma líquida, que se




26

encuentran en el flujo de las aguas residuales de las fábricas dan como resultado una

alta variabilidad.

La selección del proceso debe reflejar las estrategias específicas de la planta para la

detección de derrames y las desviaciones, la igualdad de aguas residuales,

tratamientos secundarios, los procesos de tratamiento terciario y la utilización de

equipos compatibles con los residuos de la industria láctea. El éxito de las aguas

residuales y el diseño de las instalaciones de gestión, en particular para el

pretratamiento biológico o sistemas de tratamiento proporcionará una respuesta a

perturbaciones en el proceso previsto debido a los derrames y las amplias variaciones

en las características del agua residual cruda. Otros factores abordados en el diseño de

instalaciones exitosas incluyen el balance de nutrientes en el proceso de gestión de

aguas residuales y el alojamiento para la precipitación potencial de los depósitos de

calcio y fósforo en los tanques, tuberías y equipos.

Las concentraciones de lácteos en las aguas residuales, la temperatura, pH y los

cloruros, tienen un impacto significativo sobre el diseño y operación de instalaciones

de gestión de aguas residuales. De la misma manera es importante para el proceso de

diseño y selección del equipo es la habilidad y el conocimiento del operador

empleado para administrar las instalaciones de gestión de aguas residuales. La

utilización efectiva del proceso y el equipo disponible es el camino para establecer el

rendimiento a largo plazo de las aguas residuales de tratamiento eficaz y estable. [2]

En años recientes, en México ha enfrentado con mayor rigor los problemas

relacionados con el control de la contaminación ambiental y la preservación del

ambiente. La tecnología anaeróbica para el tratamiento de aguas residuales ha

avanzado en los últimos 20 años y se ha constituido como una opción fuerte para el

manejo de efluentes industriales. Los reactores anaeróbicos avanzados o de segunda

generación fueron desarrollados al inicio de los setentas, pero su aceptación

generalizada se dio diez años más tarde.




27

El salto tecnológico que superó las aplicaciones tradicionales (fosa séptica, tanque

Imhoff, laguna anaeróbica) fue el concepto de biomasa fija o biopelícula, ya sea sobre

soportes inertes o mediante la formación de aglomerados densos (granos) que se

retienen por sedimentación. El desarrollo de esta investigación está orientada hacia lademanda de tecnologías para el control de la contaminación del agua, productos

tangibles y un prestigio en el ámbito nacional. Sin duda, parte del éxito se debió a un

entorno favorable, que a su vez, fue creado por la decisión gubernamental de aplicar

las leyes y reglamentos ambientales.

Es fundamental percibir como la biotecnología avanza cada vez más en el tema de las

aguas residuales debido a que este mecanismo no solo es eficaz si no una alternativa

económica viable para implementar en este tipo de procesos. [3]

En Venezuela, se empieza a tomar como alternativa las plantas de tratamiento de

aguas residuales, por lo tanto, se han investigado nuevas tecnologías para la

aplicación de este conocimiento. Es necesario un tratamiento previo a las aguas

residuales de la industria alimenticia para que puedan ser desechadas o introducidas

nuevamente en la red de abastecimiento. Estos tratamientos contemplan una serie de

procesos y equipos específicos, por esta razón, se propuso la realización de un manual

de diseño para plantas de tratamiento de aguas residuales en industrias alimenticias,

donde fueron presentadas las características y dimensiones de dichos equipos, en

particular, resulta de gran importancia el cuidado del abastecimiento de agua limpia y

potable, y el reconocimiento de los métodos a emplear para el tratamiento con el

propósito de que pueda ser reubicada o reutilizada.

Los vertimientos de los procesos de elaboración de productos alimenticios contienen

materia orgánica (disuelta o en estado coloidal) en distintos estados de concentración,

en efecto, son recomendables diversos sistemas biológicos de tratamiento de

vertimientos, estos difieren de las aguas residuales urbanas en sus características

generales, también por su mayor concentración de materia orgánica, de modo que

requieren un pre-tratamiento para producir un efluente equivalente. Además, en




28

necesario realizar ajustes frecuentes en la alimentación continua, el pH, la mezcla, las

sustancias primitivas y adaptación de la población de microorganismos; para

proporcionar las condiciones ambientales correctas de los microorganismos, los

cuales dependen del tratamiento biológico. [4]

A partir de esta experiencia, se pueden notar diferentes parámetros de lineamiento

cuando de aguas residuales se habla, el diseño de los equipos es muy importante a la

hora de tratar las aguas residuales de una industria alimenticia por ende, hay que tener

en cuenta las dimensiones de dichos equipos, condiciones de alimentación de la

planta y las condiciones ambientales correctas para el desempeño optimo de los

microorganismos empleados en las diferentes etapas del proyecto.

En Colombia se manifiestan nuevas tecnologías para el tratamiento de aguas

residuales en la industria alimenticia, debido a los cambios en los reglamentos

político-ambientales de nuestro país, actualmente la importancia mundial por el

medio ambiente no es un secreto de modo que, Colombia en estos últimos años ha

venido apropiándose de este conocimiento.

El tratamiento de aguas residuales de la industria láctea en sistemas anaerobios tipo

UASB, ha resaltado la importancia de las ventajas respecto a los procesos aerobios entérminos de mayor grado de estabilización de las aguas residuales, bajo crecimiento

de biomasa, requerimientos nutricionales, producción de metano y no requerimiento

de oxígeno. La digestión anaerobia es una alternativa viable para el tratamiento de las

aguas residuales de la industria láctea, en esta investigación evaluaron el rendimiento

y capacidad de un reactor anaerobio de lecho de fangos (UASB) para remover la

carga de materia orgánica contenida en suero de quesería. El reactor UASB fue

operado con un tiempo de retención hidráulica (TRH) de 1,3 días y velocidades de

carga orgánica entre 1,7 a 18,5 g de DQO/L.d. Los máximos niveles de reducción de

la demanda química de oxígeno (DQO) y de sólidos totales volátiles (STV)

alcanzados fueron 98% y 97,2%, con una velocidad de carga orgánica en el reactor de

9,6 g DQO/L.d, observándose una reducción en la eficiencia de remoción de la DQO




29

hasta niveles de 77% cuando la carga orgánica se llevó a 18,6 g DQO/L.d. La

producción máxima de gas metano generado a partir del suero de queso estudiado fue

de 0,27 L CH4 /g DQO afluente, con un contenido de metano en el biogás de 56%.

Con base en los resultados se puede concluir que es recomendable el uso de reactoresUASB para el tratamiento anaerobio de sueros de quesería, obteniéndose un efluente

de buena calidad para su descarga final. [5]

Esta investigación permite la implementación de sistemas anaerobios tipo USAB para

el tratamiento de aguas residuales dando resultados acordes para la preservación del

medio ambiente debido a que se alcanza un porcentaje de remoción muy alto al

momento de dar resultados en los parámetros a medir en dicho trabajo.

El tratamiento de aguas residuales de la industria láctea por electrocoagulación, juega

un papel muy importante en la efectividad de remoción de contaminantes. Algunos

aspectos de diseño a tener en cuenta están relacionados con la celda, los electrodos

son fundamentales para que la aplicación de la electrocoagulación tenga resultados

óptimos con base en la caracterización fisicoquímica de las aguas residuales de una

industria Láctea; se diseño un sistema de electrocoagulación para estudiar el

comportamiento de los diferentes parámetros involucrados en la renovación de

contaminantes.

La investigación permitió establecer la geometría tanto de la celda como los

electrodos, materiales y tipos de conexión, para determinar los parámetros eléctricos

de las fuentes de verificación. El diseño utilizado fue experimental con tres factores

(pH, densidad de corriente, y tiempo al azar).

El sistema de electrocoagulación que permitió el estudio del comportamiento de las

aguas residuales de la industria láctea está conformado por una fuente de voltaje queentrega una corriente eléctrica de 25 A al medio acuoso, una celda con capacidad

para contener dos litros de aguas residuales que contemplan tres zonas: Reacciones,

electroquímicas, sedimentación y dotación de siete electrodos de hierro y tres de

aluminio dispuestos en forma alternada y conexión en paralelo separados por 10mm.




30

La electroquímica es una tecnología que en las últimas décadas ha tenido muchas

aplicaciones industriales y se ha desarrollado rápidamente ofreciendo varios

elementos que compiten de forma ventajosa en distintos procesos. Obteniendo

resultados alentadores en la remoción de contaminantes hecho que ha despertadointerés en la industria por investigar e implementar esta tecnología en el tratamiento

de aguas residuales. [6]

La electrocoagulación es una alternativa a la coagulación. En los procesos

electrolíticos el coagulante se forma por las reacciones de oxido- reducción que

ocurre en los electrodos y el medio acuoso y son promovidas por la corriente

eléctrica. Alternativa muy buena cuando se posee medidores eléctricos al momento

de determinar los diferentes parámetros a medir en un proceso de tratamiento de

aguas residuales darían un valor estimado de la remoción de contaminantes y su

respectiva renovación dentro del sistema de tratamiento de aguas residuales.

Una nueva tecnología implementada en el tratamiento de aguas residuales es a partir

de microorganismos eficientes estos fueron desarrollados en la década de los 70, por

el profesor Teruo Higa de la Facultad de Agricultura de la Universidad de Ryukyu en

Okinawa, Japón. Teóricamente este producto comercial se encuentra conformado

esencialmente por tres diferentes tipos de organismos: levaduras, bacterias acido

lácticas y bacterias fotosintéticas, las cuales desarrollan una sinergia metabólica que

permite su aplicación en diferentes campos de la ingeniería, según sus promotores.

Los microorganismos eficaces (EM®) han sido reportados como una alternativa

frente al problema ambiental de la contaminación hídrica, puesto que este consorcio

puede utilizar los compuestos contaminantes presentes en el agua residual doméstica

(ARD) como fuente de carbono y energía para su metabolismo y crecimiento,

reduciendo así sus concentraciones en el agua. El presente trabajo tuvo como objetivo

monitorear algunos de los cambios fisicoquímicos y microbiológicos que se

presentaron en un ARD tras aplicar 3 diferentes concentraciones de EM®; evaluando

su efecto, la relación entre parámetros y de éstos con la calidad del agua, así como el




31

efecto de la profundidad en la acción de EM®. Adicionalmente, se busca una

aproximación al funcionamiento de EM® en este tipo de sistemas de tratamiento.

Para este fin se evaluaron tres dosis de EM® (1/10000, 1/5000 y 1/3000 v/v),

empleando tanques de 1.10 x 0.56 m y 7 mm de espesor que contenían 110 L de ARDcada uno (n=3). Se tomaron muestras del ARD en dos alturas (20 y 40 cm) a los 0,

10, 30 y 45 días analizando parámetros fisicoquímicos (OD, pH, T, DQO, DBO, ST,

NO3-, NO2-, NH4+, PO4, SO4 y S) y microbiológicos (coliformes totales y fecales,

heterótrofos totales, levaduras, lacto bacilos y bacterias fotróficas). Bajo las

condiciones del estudio, los resultados no mostraron diferencias significativas entre

las profundidades evaluadas, de igual forma no se observaron diferencias

significativas entre el control y los tratamientos para la mayoría de los parámetros, aexcepción de la disminución significativa de S2- (30 y 45 d) y coliformes fecales (10

d), así como recuentos significativamente mayores en levaduras y mayor DBO5 (30 y

45 d) en los tratamientos. [7]

La Universidad Autónoma de Yucatán, presentan los resultados y los análisis de

ensayos de laboratorio para determinar los parámetros óptimos de diseño de una

planta convencional de tratamiento fisicoquímico de aguas residuales domésticas:

dosis óptima, pH óptimo, concentración óptima, Número de Camp para la mezclarápida, Número de Camp para la mezcla lenta y carga superficial para la

sedimentación. Con el coagulante utilizado (sulfato férrico), no se obtuvo una dosis

óptima y la mejor dosis resultó de 300 mg/l que actuó por acción de barrido. El pH

óptimo fue de 5; la concentración óptima de 1.5%; el Número de Camp para la

mezcla rápida de 2700 y para la mezcla lenta de 860. De los resultados obtenidos con

la prueba de jarras modificada para la sedimentación, se concluyó que un 25% de la

materia orgánica no fue factible de ser removida, por lo que se recomienda probar con

polielectrolitos catiónicos de alta densidad que formen flóculos de mayor tamaño y

densidad. [8]

La coagulación – floculación, es un proceso básico en el tratamiento de clarificación

del agua en la eliminación de su turbiedad inicial. Para este efecto se emplean




32

floculadores mecánicos o hidráulicos, que tienen la desventaja de mantenimiento

periódico en motores y en agitadores, además de no tener flexibilidad para variar el

gradiente de velocidad. Esta investigación planteó el diseño de un floculador

accionado con aire, el cual regula el gradiente, no cuenta con partes mecánicas y norequiere de mantenimiento. Las etapas del trabajo fueron: diseño, construcción y

pruebas de floculación, para evaluar la influencia de las variables que intervienen en

el proceso y obtener las condiciones óptimas de operación. El floculador logró

eficiencias de eliminación de turbiedad del 82%, con las siguientes condiciones de

operación: 10 minutos de floculación, gradiente de 21/s (flujo de aire de 0.5 L/min) y

dosis de coagulante de 50 mg/L. [9]




33

5. MARCO TEÓRICO

La variedad de productos y los métodos de producción, hace que las aguas residuales,

de la industria láctea, tengan características muy variables, ya que según el productoque se elabore afecta considerablemente la carga contaminante.

En el proceso se generan aguas residuales constituidas por las aguas de lavado, lo

cual se asemeja una leche muy diluida, el pH variará entre ácido y alcalino, según las

sustancias usadas en la limpieza de los pasteurizadores y los demás aparatos. Se

emplean sustancias tales como la soda cáustica, el cloro etc., para efectuar la limpieza

del equipo.

Se ha estimado que el 90% de la DQO de las aguas residuales de una industria láctea

es atribuible a componentes de la leche y sólo el 10% a suciedad ajena a la misma.

Los productos lácteos además de los componentes de la leche pueden contener

azúcar, sal, colorantes, estabilizantes, etc., dependiendo de la naturaleza y tipo de

producto y de la tecnología de producción empleada. Todos estos componentes

aparecen en las aguas residuales en mayor o menor cantidad, bien por disolución o

por arrastre de los mismos con las aguas de limpieza. [17]

En general, los efluentes líquidos de una industria láctea presentan las siguientes

características:

• Alto contenido en materia orgánica , debido a la presencia de componentes de la

leche. La DQO media de las aguas residuales de una industria láctea se encuentra

entre 1.000-6.000 mg DBO/L.

• Presencia de aceites y grasas , debido a la grasa de la leche y otros productos lácteos,

como en las aguas de lavado de la mazada.

• Niveles elevados de nitrógeno y fósforo , principalmente debidos a los productos delimpieza y desinfección.

• Variaciones importantes del pH , vertidos de soluciones ácidas y básicas.

Principalmente procedentes de las operaciones de limpieza, pudiendo variar entre

valores de pH 2-11.




34

• Conductividad elevada (especialmente en las empresas productoras de queso debido

al vertido de cloruro sódico procedente del salado del queso).

• Variaciones de temperatura (considerando las aguas de refrigeración). [17]

5.1 MÉTODO DE TRATAMIENTO FÍSICO Y BIOLÓGICO

5.1.1 Niveles de tratamiento de aguas residuales

Los niveles de tratamiento se agrupan según los diferentes grados de eficiencia

alcanzados en la remoción de los contaminantes existente en los líquidos residuales.

Estos niveles se conocen usualmente como; pre-tratamiento, Tratamiento primario,

tratamiento secundario, tratamientos avanzados o terciarios. [11].

Tanque Nivelador de pH: El volumen necesario para un tanque de

igualación se estima mediante un balance de masa del gasto entrante a la

planta con el gasto promedio para el que la planta este diseñada. Su objeto

además de igualar o nivelar el pH del la corriente es bombear agua constante

hacia las posteriores etapas del proceso de tratamiento de aguas.

Sedimentador: Se elimina un gran porcentaje de sólidos en suspensión,

sobrenadante y materia inorgánica. En este nivel se hace sedimentar los

materiales suspendidos usando tratamientos físicos o fisicoquímicos.

Figura 1. Sedimentador (Tratamiento Primario).

Fuente: DLC.S.A




35

También se incluyen en estos tratamientos la neutralización del pH, Las operaciones

que incluye son el desaceitado y desengrase, la sedimentación primaria, la filtración,

neutralización y la desorción.

Puede considerarse tres tipos de mecanismos de sedimentación dependiendo de la

naturaleza de los residuos a tratar.

1. Sedimentación Discreta. Las partículas que se depositan mantienen su

individualidad. En este caso, las propiedades físicas de las partículas no

cambian durante el proceso.

2. Sedimentación con floculación. La aglomeración de las partículas va

acompañada de cambios en la densidad y en la velocidad de sedimentación o

precipitación.

3. Sedimentación por zonas. Las partículas forman una especia de manta

que sedimenta con una masa total prestando una interfase distinta con la fase

liquida.

Tratamiento Biológico: su objeto es reducir el contenido en materia orgánica

acelerando los procesos biológicos naturales. En esta fase del tratamiento se

eliminan las partículas coloidales y similares. Puede incluir procesos

biológicos y químicos. El tipo de tratamiento más empleado es el biológico en

el que se facilita que bacterias digieran la materia orgánica que llevan las

aguas. Este proceso se suele hacer llevando el efluente que sale del

tratamiento primario a tanques en los que se mezcla con agua cargada de

microorganismos.[12]

o Microorganismos Eficaces.

Se usa el término “microorganismos eficaces” o en inglés efficient

microorganisms (EM®) para denotar cultivos mixtos específicos de




36

microorganismos benéficos conocidos que son empleados efectivamente

como inoculantes microbianos. EM® es una tecnología desarrollada en

Japón en la década de los ochenta y ha sido empleada en diferentes

campos como la agricultura, industria animal, remediación ambiental,entre otros y se encuentra en la actualidad ampliamente distribuida. [7]

EM® es un cultivo mixto de microorganismos no modificados

genéticamente, con diversos tipos de metabolismo, que al encontrarse

juntos presentan relaciones sinergistas, de cooperación y cometabolismo.

Estudios de las interacciones entre los diferentes integrantes de las

comunidades microbianas han demostrado en varias ocasiones una mayoreficiencia de estos consorcios en los procesos de degradación, frente a

estudios que involucran sólo a un gremio. [7]

Dentro de gremio de organismos fotosintéticos que hacen parte de EM®

se encuentra Rhodopseudomonas palustris. Son microorganismos capaces

de producir aminoácidos, ácidos orgánicos y sustancias bioactivas como

hormonas, vitaminas y azúcares empleados por otros microorganismos,

heterótrofos en general, como sustratos para incrementar sus poblaciones.

Dentro de los microorganismos que conforman el multicultivo EM® los

más abundantes son las bacterias ácido lácticas. Estos microorganismos

producen ácido láctico a partir de azúcares y otros carbohidratos

generados por bacterias fotosintéticas y levaduras, como parte de su

metabolismo. El ácido láctico es un componente con propiedades

bactericidas que puede suprimir a los microorganismos patógenos,mientras ayuda a la descomposición de la materia orgánica, incluso en el

caso de compuestos recalcitrantes como la lignina o la celulosa, ayudando

a evitar los efectos negativos de la materia orgánica que no puede ser

descompuesta.




37

El tercer grupo dentro de los gremios de microorganismos presentes en

EM® son las levaduras. Todos los miembros de Saccharomyces emplean

diversas fuentes de carbono y energía. En primer lugar se encuentran laglucosa y la sacarosa, aunque también pueden emplearse fructuosa,

galactosa, maltosa y suero hidrolizado, ya que Saccharomyces no puede

asimilar lactosa. También puede utilizarse etanol como fuente de carbono.

El nitrógeno asimilable debe administrarse en forma de amoníaco, urea o

sales de amonio, aunque también se pueden emplear mezclas de

aminoácidos. Ni el nitrato ni el nitrito pueden ser asimilados.

Matriz de Vester

Es una herramienta q facilita la determinación de las causas y consecuencias

en una situación problemática, esta técnica fue desarrollada por el alemán

Frederic Vester y aplicada con éxito en diversos campos.

En la matriz se ubican los problemas detectados tanto por filas como en

columnas en un mismo orden, la metodología para el llenado de dichas

columnas es la siguiente; primero se debe asignar una identificación numérica

alfabética a los problemas encontrados, se debe confrontar la matriz ubicando

los problemas por filas y columnas siguiendo el mismo orden, asignar una

valoración de orden categórico al grado de causalidad tal como: 0 no es causa,

1 es causa directa, 2 es causa mediana directa, 3 es causa muy directa.

Las celdas correspondientes a la diagonal de la matriz se quedan vacías puesto

que no se puede relacionar la causalidad de un problema consigo mismo, la

valoración dada a la relación entre un problema con el otro se obtiene delconsenso de los criterios del grupo de expertos que está participando.

Se debe calcular los totales por filas y columnas. La suma de los totales por

filas conduce al total de los activos que se corresponden con la apreciación del

grado de causalidad de cada problema sobre los restantes. La suma de cada




38

columna conduce al total de los pasivos que se interpreta como el grado de

causalidad de todos los problemas sobre el problema particular analizado es

decir su nivel como consecuencia o efecto.

El paso a seguir es lograr una clasificación de los problemas de acuerdo a lascaracterísticas de causa efecto de cada uno de ellos. Para ello se deben seguir

los siguientes pasos:

Construir un eje de coordenadas donde en el eje X se situaran los valores de

los activos y en el Y el de los pasivos.

Se toma el mayor valor del total de activos y se divide entre dos, lo mismo con

los pasivos. A partir de los valores resultantes se trazan sobre los ejes

anteriores líneas paralelas al eje X si se trata de los pasivos y al eje Y si se tratade los activos. Lo anterior facilita un trazado de dos ejes representados por las

perpendiculares trazadas desde de los ejes originales, que permite la

representación de 4 cuadrantes, ubicando sobre ellos a cada uno de los

problemas bajo análisis.

Luego de recrear estos pasos en Microsoft Excel, se modificara estos

parámetros antes mencionados de manera que en una columna se indique

cuales problemas son causas, consecuencias, problema crítico o indiferente.

[23].




39

6. METODOLOGÍA

En este proyecto el tipo de investigación empleada fue experimental, en el cual se

estudiaron las características y comportamiento de las aguas residuales generadas enla empresa Proleca Ltda.,

Se realizó una caracterización de aguas residuales de tipo compuesta, esta

labor fue llevada a cabo por los laboratorios de calidad ambiental de

CARDIQUE. Esta caracterización implica tomar una muestra cada 2 horas

durante el periodo normal de operación de la empresa durante una semana la

cual determinara parámetros como: DBO (Demanda Bioquímica de

Oxigeno), DQO (Demanda Química de Oxigeno), pH, temperatura, NKT,

sólidos suspendidos, SSH (Sólidos Suspendidos en Hexano).

Se utilizó un método de tipo cuantitativo (tablas y graficas), ya que es

necesario organizar y clasificar los datos obtenidos de la caracterización de

aguas realizada.

Se evaluó la eficiencia de eliminación de cada uno de los parámetros como:

DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno), DQO (Demanda Química de

Oxigeno), pH, temperatura, NKT, sólidos suspendidos, SSH (Sólidos

Suspendidos en Hexano), comparando cada uno de los parámetros de entrada

con su respectiva salida con los datos obtenidos de la caracterización de

aguas, anteriormente realizada.

Posterior a la caracterización de las aguas residuales, se identificaron los

problemas técnicos en cada una de las etapas del proceso como; alta

concentración de materia orgánica, falta de caudal salida, bajos tiempos de

retención, obstrucción de tuberías, etc. Se analizaron las variables que afectan

la eficiencia actual, por medio de la matriz de Vester para establecer las

fallas en el proceso por medio de una relación de causalidad de los problemas




40

encontrados para tener conocimiento de las especificaciones a corregir para

su posterior arreglo.

De acuerdo a la anterior, se investigó de forma pertinente a las problemáticas

que surgieron, alternativas viables de solución que se ajusten a los aspectos

técnicos y económicos disponibles en el lugar de trabajo, las cuales han sido

implementadas con éxito anteriormente y se encuentran originados en la

literatura, proponiendo soluciones confiables a cada una de las problemáticas

identificadas.

Seguido a esto, se implementó la alternativa más viable económica y

técnicamente ajustada a la investigación previa consignada en el estado delarte y marco teórico, para obtener una solución puntal y efectiva a la

problemática de la planta de tratamiento de aguas residuales.

Sucesivo a esto, se recopiló toda la información de los diferentes muestreos

hechos en los años anteriores de la planta de tratamiento de aguas residuales

y posterior al rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales, se

representó por medio de métodos gráficos como líneas de control, el

comportamiento de los diferentes parámetros de interés a través del tiempocomo: DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno), DQO (Demanda Química

de Oxigeno), pH, temperatura, NKT, sólidos suspendidos, SSH (Sólidos

Suspendidos en Hexano).

Por último, se diseño un manual de operación de la planta de tratamiento,

donde se describió el procedimiento, normas y los diferentes aspectos

fisicoquímicos como: DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno), DQO

(Demanda Química de Oxigeno), pH, temperatura, NKT, sólidossuspendidos, SSH (Sólidos Suspendidos en Hexano), esto servirá para llevar

seguimiento de la planta y así poder operarla de forma rápida y satisfactoria.




41

7. RESULTADOS

La caracterización de aguas residuales llevada a cabo por CARDIQUE fue de tipo

compuesta, la cual determinó los parámetros de interés (Caudal, pH, Temperatura,Conductividad, Sólidos Suspendidos, Sólidos Suspendidos Totales, Demanda

Bioquímica de Oxígeno, Demanda Química de Oxígeno, Sólidos Suspendidos en

Hexano, Nitrógeno Kedhjal Total, Fósforo Total) a la entrada y salida del sistema de

tratamiento. Se realizaron en total cinco de muestras, una por día, durante una

semana, por tanto el número total de muestras fue 25.

El resultado emitido se encuentra en las siguientes tablas:

Parámetros Unidades Métodos Día 1 Día 2 Día 3 Día 4 Día 5 PromedioCargaKg/Día

Limite deDetección

Caudal L/sAforoVolumétrico 1,20 0,63 0,72 1,07 0,62 0,85 NA NA

pH Unidades S.M 4500 H-B 8,67 8,78 8,31 7,34 6,86 7,99 NA NATemperatura ºC S.M 2550 - B 30,50 29,83 29,30 33,17 28,30 30,22 NA NAConductividad μS/cm S.M 2510 - B 2341,0 1705,3 1073,0 1331,3 554,8 1401,1 NA NAS.S mL/L S.M 2540 - F 0,25 0,20 6,00 <LD 0,20 1,33 NA NAS.S.T mg/L S.M 2540 - D 114,00 474,00 544,00 492,00 733,30 471,46 17,27 4,21 ± 0,12DBO5 mg/L S.M 5210.B 1255,00 2959,00 2565,00 1275,00 2555,00 2120,00 77,66 0,31 ± 0,,3

DQO mg/L S.M 5220 - B 3689,00 3729,00 2623,00 2913,00 4098,00 3410,40 124,9410,25 ±

0,07

S.S.H mg/L S.M 5220 - B 100,00 152,00 180,60 439,00 133,60 201,04 7,36

1,90 ±

0,261

NKT mg/LS.M 4500-NH3-F 2,86 4,12 9,04 2,38 7,54 5,19 0,190

0,070 ±0,02

Fósforo Total mg/L S.M 4500 - P -E 7,40 9,80 15,60 3,20 18,40 10,88 0,3990,031 ±0,0074

12

Tabla 1. Entrada Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales.

Fuente: Laboratorio de Calidad Ambiental CARDIQUE.




42

Parámetros Unidades Métodos Día 1 Día 2 Día 3 Día 4 Día 5 PromedioCargaKg/Día

Limite deDetección

Caudal L/sAforoVolumétrico 1,20 0,63 0,53 1,46 1,07 0,98 NA NA

pH Unidades S.M 4500 H-B 10,01 5,50 4,91 6,60 4,61 6,33 NA NA

Temperatura ºC S.M 2550 - B 31,30 29,60 30,35 30,95 30,60 30,56 NA NAConductividad μS/cm S.M 2510 - B 607,0 373,2 1678,8 516,5 1207,5 876,6 NA NAS.S mL/L S.M 2540 - F <LD 0,20 0,20 0,20 0,20 0,16 NA 0,10S.S.T mg/L S.M 2540 - D 162,00 78,00 236,00 92,00 166,00 146,80 6,20 4,21 ± 0,12DBO5 mg/L S.M 5210.B 970,00 482,50 1695,00 455,00 2750,00 1270,50 53,68 0,31 ± 0,,31DQO mg/L S.M 5220 - B 784,44 525,65 2930,26 786,27 3422,00 1689,72 71,39 10,25 ± 0,0S.S.H mg/L S.M 5220 - B 13,60 9,80 8,20 10,20 10,60 10,48 0,44 1,90 ± 0,26NKT mg/L S.M 4500-NH3-F 1,78 7,12 5,54 1,50 4,90 4,17 0,176 0,070 ± 0,0

Fósforo Total mg/L S.M 4500 - P -E 4,60 3,20 14,60 5,00 17,20 8,92 0,3770,031 ±0,0074

12

Tabla 2. Salida Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales.


Figura 2. Índice de Biodegradabilidad

Fuente: Laboratorio de Calidad Ambiental CARDIQUE

En la figura 2, se observa el índice de biodegradabilidad de los residuos a tratar, la

grafica anterior proporciona los valores de biodegradabilidad del agua el cual consiste

en relación DBO/DQO, el valor de la DQO en la mayoría de los casos será inferior a

el valor de la DBO debido a que muchas sustancias pueden oxidarse químicamente

pero no biológicamente. Esta relación servirá para seleccionar un método indicado

Indice de Biodegradabilidad

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

Día 1 Día 2 Día 3 Día 4 Día 5

Primer Semestre del 2010

I n d i c e d e

B i o d e

g r a d a b i l i d a d




43

para el tratamiento; ya sea biológico o químico, se puede observar que los valores en

promedio sobre pasan un índice de biodegradabilidad de 0,4, esto indica, que los

residuos a tratar tienden a ser biodegradables

En el decreto 3930 de 2010, el cual se fundamenta en las normas de vertimientos,

hace referencia a las normas que todo vertimiento deberá cumplir. De acuerdo con la

tabla 3 del presente trabajo, el porcentaje de remoción de los diferentes parámetros

evaluados en la caracterización de aguas residuales, no se encuentra acorde con la

exigencia de la norma vigente, debido a que estos son mayores a los exigidos en la

norma.

Según la norma, las unidades de pH de la salida de la planta de tratamiento deben

permanecer en un rango de 5 a 9, de acuerdo a la tabla 2, el rango de pH emitido por

la planta de tratamiento esta previsto en un rango de 4,61 a 10,01 unidades de pH, con

un promedio de 6,33 semanal.

Respecto a la temperatura manejada a la salida de la planta de tratamiento, teniendo

como base la norma, esta se encuentra en el rango admisible estipulado, de acuerdo a

la tabla 2, la temperatura a la salida se encuentra entre 29,60 y 31,30 ºC, siendo el

promedio semanal de esta 30,56 ºC.

El porcentaje de remoción de S.S.T de la planta de tratamiento de aguas residuales es

de un 64% en carga, mientras que la norma exige que el porcentaje de remoción en

carga sea de un 80%, por esto la planta de tratamiento no cumple con este punto de la

norma vigente.

Para desechos industriales el artículo 73 de la norma de vertimientos, los valores de

DBO deberán ser un 80% en carga de remoción, en la tabla 3 se ilustra que el

porcentaje de remoción en carga de la planta de tratamiento es de 30,88%, valor que

infringe la norma actual.




44

Parámetros Unidades Métodos Carga (Kg/Día) Entrada Carga (Kg/Día) Salida % Remoción

Caudal L/s Aforo Volumétrico NA NA NA

pH Unidades S.M 4500 H-B NA NA NA

Temperatura ºC S.M 2550 - B NA NA NAConductividad Μs /cm S.M 2510 - B NA NA NA

S.S mL/L S.M 2540 - F NA NA 0,10

S.S.T Mg/L S.M 2540 - D 17,27 6,20 64,09

DBO5 Mg/L S.M 5210.B 77,66 53,68 30,88

DQO Mg/L S.M 5220 - B 124,94 71,39 42,86

S.S.H Mg/L S.M 5220 - B 7,36 0,44 93,99

NKT Mg/L S.M 4500-NH3-F 0,190 0,176 7,34

Fósforo Total Mg/L S.M 4500 - P -E 0,399 0,377 5,45

Tabla 3. Porcentaje de Remoción Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales.

Fuente: Laboratorio de Calidad Ambiental CARDIQUE.En la figura 3 se ilustra el porcentaje de remoción de los diferentes parámetros

emitidos por la planta de tratamiento durante la semana de la caracterización,

parámetros que son de mucha importancia al momento de verter aguas residuales.

De acuerdo con la norma vigente para vertimientos, se resalta que la remoción por

carga debe ser mayor del 80%, se puede ver claramente que el único parámetro que

cumple con este requisito es S.S.H debido a que los residuos a tratar en la planta

poseen cantidades mínimas de Sólidos Suspendidos en Hexano, los demás parámetros

poseen un porcentaje de remoción menor al 70%.




45

Figura 3. Porcentaje de Eliminación Planta de Tratamiento de Aguas

Residuales.


7.1 PROBLEMAS TÉCNICOS ENCONTRADOS

Debido a los procesos productivos de la industria Proleca Ltda., se realizan en las

horas de la mañana y parte de la tarde, el agua residual de los diferentes procesos se

torna acida debido a la cantidad de residuos lácteos implicados, mientras que en las

horas de la tarde, se utiliza agua para lavar los equipos combinada con detergentes,

soda cáustica e hipoclorito de sodio, generando así, agua residual básica, en los

procesos de lavado, también, cabe resaltar las pruebas de manufactura higiénico

sanitarias como el lavado de tuberías mediante procesos de vaporización de agua,

limpieza del pasteurizador, descremador y maquinaria de leche en polvo, estas

corrientes con diferentes unidades de pH y temperatura, llegan a la planta de

tratamiento sin una fase previa de igualación, esto altera el agua a tratar creandocambios bruscos de pH y temperatura a diferentes horas del día en la salida de la

planta.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

S.S.T DBO5 DQO S.S.H NKT Fósforo Total

% E

l i m i n a c i ó

n




46

El agua residual de los procesos de producción, como primera medida de tratamiento,

es drenada por tuberías hacia dos trampas de grasa, estas cuentan con un metro de

ancho por un metro de largo y un metro de profundidad (Figura 4.), aunque bien

dimensionadas no se les realiza un debido y constante mantenimiento, esto disminuyela efectividad de remoción debido a la cantidad de grasa almacenada y atascada en las

tuberías de la trampa de grasa.

Figura 4. Trampa de Grasas.

Seguidamente, el agua residual drena hacia un tanque de almacenamiento de concreto

rígido, el cual contiene una bomba sumergible, que envía el agua hacia la planta de

tratamiento.

Figura 5. Tanque de Almacenamiento.




47

La bomba antes mencionada no genera un caudal adecuado para el tratamiento, esto

genera reboses en el tanque de almacenamiento y derrames en el proceso de

tratamiento de aguas residuales.

Figura 6. Tubería Bomba Sumergible.

.

Entrando a la fase de tratamiento primario, el agua residual pasa a un sedimentador,

el cual está conformado por dos zonas, la primera zona se encarga de flocular los

diferentes compuestos presentes en el agua o sólidos en suspensión, esta posee un

motor o floculador el cual no se encuentra en condiciones operativas (se encuentra

detenido).

Figura 7. Floculador.




48

Además, se utiliza una cantidad no controlada y abundante de aditivos químicos tales

como; hipoclorito de sodio y sulfato de aluminio, éstos se adicionan de forma manual

por medio de una manguera que se encuentra conectada a un tanque donde se

preparan dichos aditivos químicos.

Figura 8. Floculador – Tanques Preparación de Aditivos.

En la figura 8, se puede ilustrar la disposición, forma y material (madera) de los

tabiques, los cuales tienen como función aumentar el tiempo de retención al momento

de flocular para atrapar en su mayor parte el material floculante y evitar la

contaminación, estos se encuentran en un deplorable estado debido al nulomantenimiento realizado en la planta de tratamiento, también, se encuentran rotos y

en estado de deterioro, lo cual genera materiales indeseables como astillas, generando

mucho más sólidos en suspensión y posible obstrucción al momento de drenar el agua

hacia la siguiente etapa del proceso.




49

Figura 9. Láminas Floculador.

En la última etapa del proceso el agua residual pasa a la segunda fase del

sedimentador, donde se pretende que las partículas aglomeradas o floculadas tengan

el suficiente tamaño para caer en la cámara de lodos, en esta etapa se presentan

problemas; primero el caudal proveniente de la etapa anterior es muy pequeño lo cual

no permite que el sedimentador opere en óptimas condiciones (Figura 10).

Figura 10. Entrada Sedimentador.

Igualmente, no se tiene programado un plan de mantenimiento del sedimentador

donde se haga la debida disposición de los lodos residuales confinados en el fondo,




50

también se presenta un tiempo de sedimentación muy bajo debido a que al final del

sedimentador todavía hay partículas aglomeradas que no alcanzaron a sedimentar

(Figura 11).

Figura 11. Salida Sedimentador.

Al final de la etapa de sedimentación se agrega una pequeña filtración, esta filtración

intenta eliminar el exceso de material floculante en el agua tratada, estos filtros

carecen de un mantenimiento adecuado, lo cual general obstrucción de los filtros

disminuyendo el caudal final y la pérdida de eficiencia de esta etapa.

Como último problema se puede percibir la falta de caudal a la salida de la planta de

tratamiento (ver tabla 2 y Figura 13), esto genera una deficiente evacuación de las

aguas previamente tratadas, así como, acumulación de residuos líquidos y desbordes

de las aguas residuales.




51

Figura 12. Filtros.

Figura 13. Salida de la Planta de Tratamiento.

Ya identificados los diferentes problemas técnicos de la planta de tratamiento de

aguas residuales utilizando, la matriz de Vester, se relacionan dichos problemas con

los diferentes parámetros evaluados en la caracterización de aguas residuales.

7.1.1 Matriz de Vester

Por medio de este instrumento de análisis de impacto, se identificó las causas,problemas críticos y consecuencias del mal funcionamiento de la planta de

tratamiento de aguas residuales, se aplicó para cada uno de los criterios identificados

en el diagnostico técnico de la planta, este basado en la inspección, evaluación y




52

caracterización de las aguas residuales nos guiará en la debida implementación de la

matriz de Vester.

Se aplica en la matriz el nivel de causalidad de cada criterio y se utiliza para

identificar las causas, efectos y sus relaciones. En la tabla 4 se ilustra en la parte

izquierda la descripción de los problemas identificados en el diagnóstico previamente

hecho, mientras que en la parte derecha expresa su debida clasificación.

Tabla 4. Resultados Matriz de Vester.

DESCRIPCIÓN DE LOSPROBLEMAS

No.TOTAL

ACTIVOSTOTAL

PASIVOSCUADRANTE CLASIFICACIÓN

Cambios de Temperatura. P1 0 6 3 IndiferenteCambios en el pH. P2 6 10 3 Indiferente

Generación de Aguas Acidas. P3 0 12 3 IndiferenteGeneración de Aguas Básicas. P4 0 15 3 IndiferenteUtilización de Detergente Lavado

de Maquinaria.P5 6 0 3 Indiferente

Procesamiento de Lácteos. P6 12 2 4 CausaDescuido de las Trampas de

Grasa.P7 16 2 4 Causa

Alta Concentración de MateriaOrgánica Entrada

P8 18 9 4 Causa

Falta de Caudal Entrada P9 19 7 4 CausaFalta de Caudal Salida P10 0 27 2 Consecuencia

Falta de Mantenimiento Tuberías P11 17 5 4 CausaInactividad Floculador P12 17 0 4 Causa

Implementación no Controlada

De Productos Químicos para laFloculación y Desinfección P13 17 5 4 Causa

Bajo Tiempo de RetenciónFloculador

P14 15 9 4 Causa

Mal Estado de los Tabiques P15 18 0 4 CausaAlta Concentración de Sólidos en

SuspensiónP16 18 28 1 Problema Crítico

Obstrucción en las Tuberías P17 12 33 1 Problema CríticoBajo Caudal Medio P18 10 19 1 Problema Crítico

Poco Tiempo de Sedimentación P19 5 15 3 IndiferenteFalta de Mantenimiento

SedimentadorP20 15 0 4 Causa

Material en SuspensiónSedimentador

P21 11 20 1 Problema Crítico

Alta Concentración de MateriaOrgánica Salida P22 13 30 1 Problema Crítico

Falta de Mantenimiento Filtros P23 6 0 3 IndiferenteLavado De Equipos a Altas

TemperaturasP24 3 0 3 Indiferente




53

Después, de aplicar esta herramienta, es evidente cuales son los puntos a corregir en

el sistema de tratamiento de aguas, dando prioridad a los problemas críticos que se

han encontrado en nuestro diagnóstico. Tomando acciones correctivas en los

diferentes puntos encontrados en nuestro análisis, se podrá llegar a mejorar el procesoy cumplir con las normas legales estipuladas por el Ministerio de Medio Ambiente.

Como se ilustra en la tabla 4, los problemas críticos en el proceso de tratamiento de

aguas residuales de esta industria fueron; alta concertación de materia orgánica en la

salida, material en suspensión en el sedimentador, bajo caudal medio, obstrucción en

las tuberías y alta concentración de sólidos en suspensión. Estos indicadores

identificados fueron corregidos con alta prioridad debido a que impactan de manera

negativa en el proceso de aguas residuales originando consecuencias como la falta de

caudal en la salida.

Las causas relacionadas con los problemas indicados en el párrafo anterior fueron;

procesamiento de lácteos, descuido de las trampas de grasa, alta concentración de

materia orgánica en la entrada de la planta, falta de caudal en la entrada, falta de

mantenimiento en las tuberías, inactividad en el floculador, implementación no

controlada de productos químicos para la floculación y desinfección, bajo tiempo de

retención en el floculador, mal estado de tabiques y falta de mantenimiento

sedimentador. Tomando acciones correctivas a este tipo de situaciones se logró

mejorar de forma significativa el proceso de tratamiento de aguas residuales.




54

7.1.2 Diseño conceptual de los equipos utilizados en la plata de tratamiento de

aguas residuales.

Trampa de grasa

Debido a que las aguas residuales de la industria láctea poseen un alto contenido

de grasa, se evaluaron las trampas de grasas ya existentes en el proceso, las

cuales están ubicadas antes de el tanque séptico, también están diseñadas con una

tapa liviana para hacer limpieza frecuente; en lo posible se ubicarán en zonas

sombreadas para mantener bajas temperaturas en su interior.

Dimensionamiento

Las trampas de grasa existentes en el proceso poseen características adecuadas para el

proceso de tratamiento de aguas residuales, después de realizarles mantenimiento se

evaluaron las características de diseño para su debida confrontación con la literatura.

El caudal de diseño para las trampas de grasa es de 6L/s

Las dimensiones de la trampa de grasa son; 1m de largo y 0.5 m de ancho, por lo cual

nuestro tiempo de retención será 3 minutos.

o El volumen de la trampa de grasa se calculará para un período de retención

entre 2,5 a 3,0 minutos. [13]

o La relación largo: ancho del área superficial de la trampa de grasa deberá estar

comprendido entre 2:1 a 3:2.[13]

La profundidad de la trampa de grasa existente es de 0,80m.

La profundidad no deberá ser menor a 0,80 m.[13]

El ingreso a la trampa de grasa se hace por medio de codo de 90º y un diámetro

mínimo de 0,075 m. La salida se realiza por medio de una T con un diámetro mínimo

de 0,075 m. La parte inferior del codo de entrada se prolonga hasta 0,15 m por debajo




55

del nivel de líquido. La diferencia de nivel entre la tubería de ingreso y de salida no

es menor a 0,05 m.

La parte superior del dispositivo de salida deja una luz libre para ventilación de nomás de 0,05 m por debajo del nivel de la losa del techo. La parte inferior de la tubería

de salida está entre 0,075 m y 0,15 m del fondo.

El espacio sobre el nivel del líquido y la parte inferior de la tapa es de 0,35 m. La

trampa de grasa tiene forma piramidal invertida con la pared del lado de salida

vertical. El área horizontal de la base es de 0,25 m de diámetro; y el lado inclinado

tiene una pendiente de 45º con respecto a la horizontal.

Tanques de nivelación de pH

Por motivos de espacio y de diseño se incluirán al método de tratamiento de

aguas residuales dos tanques de igualación de pH de 2000 L cada uno, los cuales

operaran por acción de la gravedad, estos se ubicaran en la entrada de la planta de

tratamiento y están condicionados según el caudal para tener un tiempo de

retención hidráulica igual a 0.092 horas o 5.52 minutos.

La igualación del agua residual, se usara para amortiguar las variaciones en el pH

y la concentración de sólidos en el agua a tratar, la adquisición de este equipo la

capacidad útil del proceso y aporta mejoras en la eficiencia del tratamiento.




56

Sedimentador

El sistema de pretratamiento es una estructura auxiliar que debe preceder a

cualquier sistema de tratamiento. Esta estructura persigue principalmente los

objetivos de reducir los sólidos en suspensión de distintos tamaños

(principalmente pequeños) que traen consigo las aguas. Se considera como

pretratamiento y acondicionamiento previos en la planta, a unidades como

desarenadores y sedimentadores, el periodo de diseño, teniendo en cuenta

criterios económicos y técnicos es de 8 a 16 años y su período de operación es de

24 horas.

La sedimentación es un proceso muy necesario. Las partículas que se encuentran

en el agua pueden ser perjudiciales en los sistemas o procesos de tratamiento ya

que elevadas turbiedades inhiben los procesos biológicos y se depositan en el

medio filtrante causando elevadas pérdidas de carga y deterioro de la calidad del

agua efluente de los filtros.

Como datos de inicio debemos conocer:

Caudal necesario según el crecimiento demográfico.

Calidad fisicoquímica del agua.

Deberá cumplir las relaciones:

El tiempo de retención será entre 2 - 6 horas.

3 < L/B < 6

5 < L/H < 20

L/H = Vh/Vs

La ubicación de la pantalla difusora debe ser entre 0,7 a 1,00 m de distancia de la

pared de entrada.

Los orificios más altos de la pared difusora deben estar a 1/5 ó 1/6 de la altura

(H) a partir de la superficie del agua y los más bajos entre 1/4 ó 1/5 de la altura

(H) a partir de la superficie del fondo. [15]




57

Floculador

Por especificaciones económicas y de diseño, se realizara una unidad de flujo

horizontal, debido a que el caudal es menor de 50L/seg. Se utilizaran pantallas

removibles de PVC, el cual es un material inerte, resistente a la corrosión y tiene

un tiempo de utilidad efectiva de 20 años.

Las unidades de pantallas son las más eficientes y económicas de todos los

floculadores actualmente en uso. Debido a la gran cantidad de compartimientos

que tienen, confinan casi perfectamente el tiempo de retención; el tiempo real es

prácticamente igual al tiempo teórico cuando la unidad ha sido bien proyectada.

Debido a que no se requiere energía eléctrica para su funcionamiento, el costo de

producción es muy bajo. [16]

Entre los materiales indicados para las pantallas, los que ofrecen mayor

confiabilidad son la fibra de vidrio, el plástico, los tabiques de concreto

prefabricados y la madera. En cada caso, la elección del material dependerá del

tamaño de la planta, del costo del material y de los recursos disponibles. Si se

empleara madera, se pueden disponer tabiques de madera machihembrada,tratada con barniz marino aplicado en varias capas, cada una en sentido opuesto a

la anterior, de tal manera de formar una gruesa capa impermeabilizante.

También puede emplearse madera revestida con una capa de fibra de vidrio. La

unidad puede tener una profundidad de 1,00 a 2,00 metros, dependiendo del

material utilizado en las pantallas. [16]

7.1.3 Diseño básico de los equipos utilizados en la plata de tratamiento de aguas

residuales.

La aplicación de ingeniería conceptual y básica de diseño del proceso implementado,

se muestra a continuación. El dimensionamiento y la selección de los equipos, las

consideraciones de diseño, auxiliares y materiales de construcción se muestran en la




58

memoria de cálculo (ANEXO 2). En la figura 14, se ilustra el diagrama del proceso

propuesto en base al rediseño de los equipos y por último, los datos de los equipos

diseñados se encuentran de la tabla 5 a la tabla 9.

Figura 14. Diagrama de Bloques Planta de Tratamiento

Tanques deNivelación

de pH

Tanque de

bombeo

Sedimentador mixto

Trampas de grasa

Afluente




59

Tabla 5. Datasheet Tanque Nivelador de pH.

PROLECALTDA.

Tanque NiveladorpH

Fecha: Abril 22-2011

Página: 1/2Planta de

Tratamiento deAguas.

Localización:Distrito Mamonal-Cartagena.

Datos GeneralesDiámetro interno (m) 1.52

Altura (m) 1.550Volumen total

(m3) 2Numero de

tanques 2

Datos de DiseñoMaterial de Construcción Polietileno

Producto AguaTemperatura de diseño

(K)305

Presión de diseño (bar) 1.064Fondo Superior PlanoFondo Inferior Toriesférico




60

Tabla 6. Datasheet Trampa de Grasa.

PROLECA LTDA.

Trampa de Grasa

Fecha: Abril 22-

2011 Página: 1/2

Planta de Tratamiento

de Aguas.Localización: DistritoMamonal- Cartagena.

Datos GeneralesLargo (m) 1Ancho(m) 0.5

Profundidad (m) 0.8

Volumen total (m3) 0.4Numero de

trampas2

Datos de DiseñoMaterial de Construcción Cemento

Producto AguaTemperatura de diseño (K) 305

Material de la Tapa Acero




61

Tabla 7. Datasheet Sedimentador.

PROLECA

LTDA.

Sedimentador

Fecha: Abril 22-

2011 Página: 1/2



Datos GeneralesLargo (m) 8.6Altura (m) 1.89Ancho (m) 2.86

Altura del Vertedero (m) 4.9Volumen total

(m3)46.93

Numero deSedimentadores

1


Recubrimiento Cerámica Resistente a Carga OrgánicaTemperatura de diseño (K) 305

Presión de diseño (bar) 1.064Numero de Placas 40

Angulo de InclinaciónPlacas

45º




62

Tabla 8. Datasheet Pantalla Difusora.

PROLECALTDA.

Pantalla Difusora

Fecha: Abril 22-2011 Página: 1/2

Planta de

Tratamiento deAguas.Localización: DistritoMamonal- Cartagena.

Datos GeneralesAltura Pantalla Difusora (m) 1.13

Diámetro de Orificios(m) 0.055Numero de Orificios 21

Numero de Columnas 7Numero de Filas 3

Espaciamiento entre Filas (cm) 3.7Espaciamiento entre Columnas (cm) 3.2


Producto AguaTemperatura de diseño

(K)305




63

Tabla 9. Datasheet Floculador.

PROLECA LTDA.

Floculador

Fecha: Abril 22-

2011 Página: 1/2



Datos GeneralesLargo (m) 3.1Altura (m) 0.86Ancho (m) 0.75

Ancho de los Canales (cm) 6.9Longitud de los Canales (cm) 30

Volumen total (m3) 1.99Numero deFloculador

1


Recubrimiento Cerámica Resistente a Carga OrgánicaTemperatura de diseño (K) 305

Numero de Placas 40Angulo de Inclinación

Placas0º




64

7.1.4 Tratamiento Biológico

La metodología para implementar los microorganismos eficientes de esta manera,

para saber cuanta cantidad de litros de microorganismos a la semana se necesitan se

divide el volumen de DBO entre 1000. [9] Esto significa que se deben agregar74L/día, para mayor eficiencia se deberá inocular 37 litros en el día y 37 litros en la

tarde.

7.1.5 Implementación del diseño

Los siguientes parámetros de diseño fueron entregados al maestro de obra contratado

por la empresa, el cual ejecuto la obra civil para el rediseño de la planta de

tratamientos de aguas residuales.

Sedimentador

Para alcanzar el ancho ideal de la planta de tratamiento, se realizó un proceso de

ampliación, luego por motivos de limpieza y mantenimiento se procedió a

enchapar con cerámica resistente a la carga orgánica las paredes de la planta. En

las siguientes imágenes se muestra el proceso de implementación del rediseño en

la planta de tratamiento de aguas residuales de la empresa que se basa en la tabla

número 7.

Figura 15. Proceso de ampliación Planta de tratamiento de aguas Proleca Ltda.




65

Figura 16. Montaje de las láminas en el Sedimentador.

Figura 17. Láminas Sedimentador terminadas.

Pantalla difusora

En la tabla número 8, se presentan las especificaciones correspondientes a la

pantalla difusora, dichas especificaciones se implementaron de la siguiente

manera.




66

Figura 18. Pantalla difusora terminada.

Floculador

Las especificaciones del floculador se consignan en la tabla numero 9, las

diferentes remodelaciones se ilustran en las siguientes figuras.

Figura 19. Floculador y montaje de láminas.




67

Figura 20. Floculador terminado.

Tanques de igualación de pH

Figura 21. Tanques de igualación de pH.




68

7.1.6 Mejoras en el tratamiento

En las siguientes graficas se muestran los resultados de las caracterizaciones

realizadas en los años anteriores al rediseño para cada uno de los parámetros

de la planta de tratamiento de aguas residuales.

o Eliminación de Sólidos Suspendidos Totales

En la siguiente imagen se presentan los resultados obtenidos en los últimos tres

semestres para los sólidos suspendidos totales.

Figura 22. Eliminación de S.S.T.

Comparando con el estudio en el cual implementando producción limpia para el

procesamiento de productos lácteos, destacaron que los sólidos suspendidos pueden

ser removidos desde la fuente de producción, efectuando balances de masa y listas de

chequeo en la entrada y salida de la producción, los resultados fueron del 19.6% de

los sólidos suspendidos totales. [18], valores que se encuentra por debajo del 80%obtenido en el presente trabajo.

0

10

20

30

40

50

60

7080

90

100

S.S.T S.S.T S.S.T

2009 1er semestre 2010 2do semestre 2010

% E

l i m i n a c i ó n




69

Utilizando un reactor UASB complementado por un sistema de lodos activados

obtuvieron un promedio de remoción de sólidos suspendidos totales de un 72%. [19],

a pesar de combinar dos tratamientos tan efectivos para el tratamiento de aguas

residuales no logran un porcentaje de remoción mayor al consignado en este trabajo.

o Eliminación de DBO5


semestres para la demanda bioquímica de oxigeno.

Figura 23. Eliminación DBO5.

En la investigación donde se implementa un reactor UASB, los máximos niveles de

reducción de la demanda química de oxígeno (DQO) 98%. [5] El porcentaje de

remoción alcanzado por la planta de tratamiento respecto a la DQO fue del 80%, un

poco menor al obtenido por el estudio anterior, teniendo en cuenta que el procesorealizado en este trabajo no implica la implementación de sistemas de tratamiento

avanzados como los reactores UASB.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

DBO5 DBO5 DBO5


% E l i m i n a c i ó n




70

Implementando una planta convencional de tratamiento fisicoquímico de aguas

residuales, alcanzaron un porcentaje de remoción total de materia orgánica medida

como DQO de 63.3%. [8] Siendo este mucho menor al porcentaje logrado en este

trabajo el cual fue de un 80%.

Implementando electrocoagulación, alcanzaron un porcentaje de remoción de DQO

del 93%. [5] la intensidad de corriente producida por los equipos utilizados en este

método de tratamiento logran un porcentaje de remoción mayor al porcentaje

alcanzado por el rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales

implementado en este trabajo.

o Eliminación de DQO

En la siguiente figura se presentan los resultados obtenidos en los últimos tres

semestres para la demanda química de oxigeno.

Figura 24. Eliminación de DQO.

El porcentaje de DBO removido por el rediseño de la planta de tratamiento de aguas

residuales fue del 80%, Según el estudio mediante la influencia de la recirculación en

un sistema de filtro percolador la experiencia obtenida dio como resultado un

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

DQO DQO DQO






71

porcentaje de eliminación del 87.4%. [20], mientras, en la investigación

implementando producción limpia para el procesamiento de productos lácteos

destacaron que la DQO puede ser removida desde la fuente de producción,

efectuando balances de masa y listas de chequeo en la entrada y salida de laproducción, los resultados fueron del 65.36%. [18], esto quiere decir que, el valor que

se encuentra en un rango admisible respecto a los datos referenciados anteriormente

en la literatura.

o

Eliminación de S.S.H

En la siguiente figura enseña los resultados obtenidos en los últimos tres

semestres para los sólidos suspendidos en hexano.

Figura 25. Eliminación S.S.H.

El rediseño de la planta de tratamiento logro un valor del 99%, siendo este un valor

casi ideal al momento de tratar aguas residuales de la industria láctea, mientras en el

trabajo donde se evalúa el rendimiento de un reactor anaerobio para el tratamiento de

0

10

20

3040

50

60

70

80

90

100

S.S.H S.S.H S.S.H


% E l

i m i n a c i ó n




72

aguas residuales de la industria láctea, alcanzaron un valor en el porcentaje de

remoción de sólidos suspendido en hexano de un 90%. [21]

o

Eliminación de N.K.T


semestres para el Nitrógeno Kedjal Total.

Figura 26. Eliminación N.K.T.

El valor obtenido en el presente estudio fue de un 68%, teniendo en cuenta el trabajos

realizados, mediante reactores de biopelicula para el tratamiento de aguas residuales

de la industria láctea obtuvieron un porcentaje de remoción de N.K.T del 78.3% [22]

valor que supera por poco al obtenido por el rediseño realizado en este trabajo.

0

10

20

30

40

50

60

70

NKT NKT NKT


% E

l i m i n a c i ó n




73

o Eliminación de Fósforo Total


semestres para el fósforo total.

Figura 27. Eliminación de Fósforo Total.

Como se puede observar en las figuras anteriores, el porcentaje de remoción en el año

2009 no era el exigido por la norma vigente para el vertimiento de las aguas

industriales, se puede decir que la planta de tratamiento no cumplía con el objetivo de

eliminar los contaminantes de el agua residual pero los parámetros se conservaban en

un rango admisible.

En el primer semestre del 2010 se observó un deterioro en la efectividad de la planta

de tratamiento de aguas residuales, como se observa en las graficas anteriores, los

parámetros tratados no alcanzan a llegar al 70% de remoción, menos los sólidos

suspendidos en hexano que alcanza un 90% debido a que los residuos a tratar son en

su mayoría orgánicos.

El rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales de la empresa alcanzó un

porcentaje de remoción por encima del 80% en los parámetros S.S.T, DBO, DQO y

S.S.H, los parámetros N.K.T y fosforo total no lograron alcanzar el 80% pero

0

10

20

30

40

50

60

Fósforo Total Fósforo Total Fósforo Total






74

mejoraron considerablemente respecto a los años anteriores, esto demuestra la

eficiencia del sistema de tratamiento actual.

Para la debida operación de la planta de tratamiento de aguas residuales, es

necesario poseer conocimientos básicos y prácticos de las variables a controlar.

También, es necesario conocer los diferentes sistemas de tratamientos aplicados

a la industria. El manual de la planta de tratamiento de aguas residuales de

Proleca Ltda., (ver ANEXO 3) brinda una noción de los diferentes aspectos a

estudiar de la planta de tratamiento de aguas residuales.




75

8. CONCLUSIONES

El rediseño de la planta de tratamiento de aguas residuales es eficiente y garantiza el

cumplimiento de los parámetros establecidos en la norma ambiental 3930 del 2010, la

combinación de tratamientos físicos con tratamiento biológico es una alternativa

viable y eficaz al momento de tratar aguas residuales en la industria láctea, debido a

que los parámetros de diseño calculados de los equipos utilizados en el tratamiento de

las aguas residuales de la industria, se encuentran dentro de los rangos de diseño

recomendados por los autores estudiados en el presente trabajo, para el proceso desedimentación y floculación, además la alta carga orgánica biodegradable evaluada en

los residuos emitidos por la industria de estudio es susceptible de su tratado.

Como se puede observar en las graficas finales, el rendimiento de la planta mejoro

significativamente, los sólidos suspendidos totales mejoraron en un 20%, la DBO

mejoro en 50%, la DQO en un 40%, NKT en un 60% y el fósforo total en un 40%

respecto a la etapa anterior al rediseño, a pesar de la existencia de equipos al

momento de diseñar, la comparación del rediseño respecto a la literatura es acorde alas condiciones de diseños proporcionada por las especificaciones de producción de la

empresa.

Al cumplir con la norma vigente que rige el vertimiento de las aguas residuales, se

aspira a conseguir el permiso de vertimiento que otorga la entidad ambiental para

suspender el pago de tasas retributivas.




76

Recomendaciones

El sistema de tratamiento de aguas residuales debe someterse a continuomantenimiento, ya que no cuenta con un sistema de remoción de lodos, para

siguientes estudios en la industria es recomendable implementar un sistema paralelo

de floculación y sedimentación para que el tratamiento sea constante al momento de

hacer mantenimiento a la unidad de tratamiento.




77

9. BIBLIOGRAFIA

1) H Nadais, I Capela, L Arroja y A Duarte; “Treatment of dairy wastewater in

UASB reactors inoculated with flocculent biomass”, Envir onment and PlanningDepartment, Aveiro, Portugal.2005.

2) Probst, Thomas H, “Plant design and operation of wastewater treatment of milk”,

Water Environment Federation, Industrial Wastes, USA, 2001.

3) Noyola Adalberto; “Desarrollo de Tecnologías Mexicanas en Tratamiento de

Aguas Residuales: una Experiencia”, Instituto de Ingeniería UNAM. México,D.F.1994.

4) Da Camara Lesly, Hernández Mario y Paz Luiselena; “Miniproyecto de Ingeniería

Química” Gómez Departamento de Fenómenos de Transporte. Venezuela. 1997.

5) Arango Bedoya Oscar y Sánchez e Sousa Luciana; “Tratamiento de Aguas

Residuales de la Industria láctea en Sistemas Anaerobios tipo UASB”, [TESIS].

Pasto; Universidad de Nariño. 2000.

6) Arango Ruiz Álvaro y Garcés Giraldo Luis Fernando; “Tratamiento de Aguas

Residuales de la Industria Láctea por Electrocoagulación”, Grupo de Investigación

GAMA; Corporación Universitaria la Sallista. 2005.

7) Forlan Fabio; “Evaluación del Efecto de los Microorganismos Eficaces (EM®)

Sobre la Calidad de un Agua Residual Doméstica”, [TESIS]. Bogotá; PontificiaUniversidad Javeriana. 2008.




78

8) Castillos Borgues Elba R., Herrera Canché Gonzalo M., Méndez Novelo Roger

“Determinación de Parámetros de Diseño de Un Tratamiento Fisicoquímico de Aguas

Residuales”, [TESIS].México; Universidad Autónoma.2000.

9) Luciano Sandoval Yodal, Ivalu Beutelspacher Santiago, “Equipo Floculador Con

Aire”, [TESIS]. México; Instituto Mexicano de Tecnología del Agua.1997.

10) METCALF Y EDDY. Ingeniería de Aguas Residuales, volumen1. Tratamiento,

Vertido y Reutilización. Mac Graw Hill, tercera edición; 1996.

11) OROZCO JARAMILLO Álvaro. Bioingeniería de Aguas Residuales Teoría yDiseño. ACODAL, Barranquilla; 1996.

12) RUBENS SETTE Ramalho, Domingo Jiménez Beltrán, De lora Federico.

Tratamiento de Aguas Residuales. Reverte. Barcelona; 1996.

13) Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria “Especificaciones Técnicas para el

Diseño de Trampa de Grasa”; 2003.

14) Rivas Mijares G., Tratamiento de Aguas Residuales.Ediciones Vega. España; 1978.

15) Grau José, Andaría Díaz Emyra, “Diseño de Sedimentadores de Placas

Paralelas”. [TESIS].Venezuela; 2002.

16) Canepa de Vargas Lidia, “Estudio de la PFR de Barranca” .CEPIS. Lima; 1977.

17) Centro de Actividad Regional para la Producción Limpia, “Prevención de la

contaminación en la industria láctea”, España; 2002.




79

18) Ozbaya A. y Demirer G.N., “Evaluacion de la Oportunidad en la Producción mas

Limpia en la Instalación de Procesamiento de Lácteos”, [TESIS]. Ankara Turkey;

2006.

19) Tawfika A., Sobhey M. y Badawy M., “Tratamiento Combinado de una Lechería

y Aguas Residuales Domesticas Mediante Flujo Ascendente de Mantos (UASB)

Seguido por Lodos Activados”, [TESIS]. Egipto; 2007.

20) Rivera A., Valdez P., Castro R., Nieves G., y De la Torre V., “Influencia de la

Recirculación en un Sistema de Filtro Percolador”. Cuba; 1998.

21) Omil F., Garrido J., Arrojo B., Méndez R., “Evaluación del rendimiento de un

Reactor Anaerobio para el Tratamiento de Aguas Residuales de la Industria Láctea”,

[TESIS].España; 2003.

22) Sirianuntapiboon S., Narumon J., y Rarintorn L., “Sequencing batch reactor

biofilm system for treatment of milk industry wastewater”, [TESIS].Thailand; 2005.

23) Cuthbert J., “Administration y Finanzas, Desarrollo Organizacional”. México;

2004.




80

Anexos




81

ANEXO 1 ESPECIFICACIONES TECNICAS DELOS PARAMETROS REQUERIDOS SEGÚN EL

DECRETO 1594 DE 1984.




82

Según el artículo 73 del decreto 1594 de 1984 Todo vertimiento a un alcantarillado

público deberá cumplir, por lo menos, con las siguientes normas:

Referencia Valor:

pH 5 a 9 unidades

Temperatura < 40°C

Ácidos, bases o soluciones ácidas o básicas que puedan causar contaminación;

sustancias explosivas o inflamables.

Ausentes Sólidos sedimentables < 10 ml/l.

Sustancias solubles en hexano < 100 mg/l.

Referencia Usuario Existente Usuario NuevoSólidos suspendidos para desechos domésticos e industriales Remoción >50% en

carga Remoción > 80% en carga.

Demanda bioquímica de oxígeno:

Para desechos domésticos Remoción > 30% en carga Remoción > 80% en carga.

Para desechos industriales Remoción > 20% en carga Remoción > 80% en carga

Caudal máximo 1.5 veces el caudal promedio horario

Carga máxima permisible (CMP) de acuerdo a lo establecido en los artículos74 y 75 del presente Decreto.

Cuando los usuarios, aun cumpliendo con las normas de vertimiento, produzcan

concentraciones en el cuerpo receptor que excedan los criterios de calidad para el uso

o usos asignados al recurso, el Ministerio de Salud o las EMAR (Entidad encargada

de los residuos) podrán exigirles valores más restrictivos en el vertimiento.

La carga de control de un vertimiento que contenga las sustancias de que trata el

artículo anterior, se calculará mediante la aplicación de las siguientes ecuaciones:

A = (q) (cdc) (0.0864)

b = (q) (cv) (0.0864)




83

Para los efectos de las ecuaciones a que se refiere el presente artículo adóptense

las siguientes convenciones:

A: Carga de control, kg/día

Q: Caudal promedio del vertimiento, l/seg.

B: Carga en el vertimiento, kg/día.

CDC: Concentración de control, mg/l.

CV: Concentración en el vertimiento, mg/l.

0.0864: Factor de conversión.

La carga máxima permisible (CMP) será el menor de los valores entre A y B.

CAPITULO XII

DE LAS TASAS RETRIBUTIVAS

Artículo 142: De acuerdo con el artículo 18 del Decreto 2811 de 1974, la utilización

directa o indirecta de los ríos, arroyos, lagos y aguas subterráneas para introducir o

arrojar en ellos desechos o desperdicios agrícolas, mineros o industriales, aguas

negras o servidas de cualquier origen y sustancias nocivas que sean resultado deactividades lucrativas, se sujetará al pago de tasas retributivas del servicio de

eliminación o control de las consecuencias de las actividades nocivas expresadas.

Dichas tasas serán pagadas semestralmente en los términos del presente

Decreto.

Artículo 143: La tasa retributiva ordinaria (TO) se calculará mediante la aplicación de

la siguiente ecuación:

TO = CC x SM1 + TOX x SM2

CC = 2DBO + DOO + S.S.

SM1 = A x SMD




84

SM2 = B x SMD x P

Parágrafo 1: Para efectos de la aplicación de las ecuaciones a que se refiere el

presente artículo, se adoptan las siguientes convenciones:

CC: Carga combinada, en Kg/día.

TO: Tasa retributiva ordinaria diaria, en pesos.

DBO: Demanda bioquímica de oxígeno a cinco (5) días, en kg/día.

DQO: Demanda química de oxígeno, en kg/día.

SS: Sólidos suspendidos, en kg/día.

TOX: Sumatoria de sustancias de interés sanitario, en kg/día.

SM1: Factor que permite expresar el costo del programa de control por unidad de

carga combinada, en pesos/kg.

SM2: Factor que permite expresar el costo del programa de control de las sustancias

de interés sanitario, en pesos/kg.

SMD: Salario mínimo diario vigente en la fecha de evaluación.

A: 2.5 x 10-4 días/kg.

B: 0.2 días/kg.

P: Factor que prevé la acumulación de sustancias de interés sanitario en el recurso. Se

considera igual a 20.

Parágrafo 2: Para la aplicación de las ecuaciones se tomará como base lacaracterización promedio del vertimiento en el semestre inmediatamente anterior,

teniendo en cuenta los períodos en que no se produjo, siempre y cuando haya habido

notificación previa por parte del usuario.




85

Artículo 144: Los factores A y B de la tasa retributiva ordinaria diaria (TO) se podrán

modificar mediante la aplicación de la siguiente ecuación:

A = CACC

TCC x 365 x SMD

B = CATOX

TTOX x 365 x SMD

Parágrafo: Para los efectos de la aplicación de la ecuación a que se refiere el presente

artículo, se adoptan las siguientes convenciones:

CACC: Costo administrativo y de investigación del programa de control de los

parámetros de la carga combinada, en pesos/año.

TCC: Total de carga combinada vertida al recurso dentro del área de jurisdicción, en

kg/año, descontando la carga que existe en el punto de captación del recurso, siempre

y cuando el vertimiento ocurra en el mismo cuerpo de agua.

CATOX: Costo administrativo y de investigación del programa de control de

sustancias de interés sanitario, en pesos/año.

TTOX: Total de sustancias de interés sanitario vertidas al recurso dentro del área de

jurisdicción en kg/año, descontando la carga existente en el punto de captación del

recurso; siempre y cuando el vertimiento ocurra en el mismo cuerpo de agua.

SMD: Salario mínimo diario vigente en la fecha de evaluación.

Artículo 145: En ningún caso el pago de la tasa retributiva exonera a los usuarios del

cumplimiento de las obligaciones relativas a las normas de vertimiento, ni de la

aplicación de las medidas preventivas, de seguridad, o de las sanciones a que haya

lugar de conformidad con el presente Decreto.




86

Artículo 146: La tasa retributiva deberá cancelarse en el trimestre siguiente a la fecha

de ejecutoria de la resolución que la establece. En caso contrario, se aplicarán las

sanciones a que haya lugar.

Artículo 147: Las EMAR recaudarán el producto de las tasas retributivas cuando

lleven a cabo el servicio de eliminación o control de las consecuencias de las

actividades nocivas a que se refiere el artículo 142 de este Decreto. Cuando se

adelanten por parte del Ministerio de Salud o sus entidades delegadas, con su

participación, así como por cualesquiera otras entidades, deberá previamente

convenirse entre ellas el porcentaje de participación que a cada una corresponde.

Artículo 148: Los usuarios que cumplan con las normas de vertimiento pagarán latasa retributiva ordinaria diaria.

Artículo 149: Los usuarios deberán informar previamente a la EMAR los períodos en

que no harán vertimientos.




87

ANEXO 2 MEMORIAS DE CÁLCULO




88

MEMORIAS DE CALCULOS

Trampa de grasa

Debido a que las aguas residuales de la industria láctea poseen un alto contenido

de grasa, se evaluaron las trampas de grasas ya existentes en el proceso, las

cuales están ubicadas antes de el tanques séptico, también están diseñadas con

una tapa liviana para hacer limpieza, la misma que debe ser frecuente; en lo

posible se ubicarán en zonas sombreadas para mantener bajas temperaturas en su

interior.

Dimensionamiento

Las trampas de grasa existentes en el proceso poseen características adecuadas para el

proceso de tratamiento de aguas residuales, después de realizarles mantenimiento se

evaluaron las características de diseño para su debida confrontación con la literatura.

El caudal de diseño para las trampas de grasa es de 6L/s

Q=6L/s

Las dimensiones de la trampa de grasa son; 1m de largo y 0.5m de ancho, por lo cual

nuestro tiempo de retención será 3 minutos.

o El volumen de la trampa de grasa se calculará para un período de retención

entre 2,5 a 3,0 minutos. [13]

o La relación largo: ancho del área superficial de la trampa de grasa deberá estar

comprendido entre 2:1 a 3:2.[13]

La profundidad de la trampa de grasa existente es de 0,80m.

La profundidad no deberá ser menor a 0,80 m.[13]




89

El ingreso a la trampa de grasa se hace por medio de codo de 90º y un diámetro

mínimo de 75 mm. La salida se realiza por medio de una T con un diámetro mínimo

de 75 mm. La parte inferior del codo de entrada se prolonga hasta 0,15 m por debajo

del nivel de líquido. La diferencia de nivel entre la tubería de ingreso y de salida noes menor a 0,05 m.

La parte superior del dispositivo de salida deja una luz libre para ventilación de no

más de 0,05 m por debajo del nivel de la losa del techo. La parte inferior de la tubería

de salida está entre 0,075 m y 0,15 m del fondo.

El espacio sobre el nivel del líquido y la parte inferior de la tapa es de 0,35 m. Latrampa de grasa tiene forma piramidal invertida con la pared del lado de salida

vertical. El área horizontal de la base es de 0,25 m de diámetro. Y el lado inclinado

tiene una pendiente de 45º con respecto a la horizontal.

Tanques de nivelación de pH

Por motivos de espacio y de diseño se incluirán al método de tratamiento deaguas residuales dos tanques de igualación de pH de 2000L cada uno, los cuales

operaran por acción de la gravedad, estos se ubicaran en la entrada de la planta

de tratamiento y están condicionados según el caudal a tener un tiempo de

retención igual a 0.092horas o 5.52 minutos.

horaT

hora L

LT

Q

V T

RH

RH

RH

092.0

/ 21600

2000

Ec. 1. [14]




90

Sedimentador

El periodo de diseño, teniendo en cuenta criterios económicos y técnicos es de 8

a 16 años y su periodo de operación es de 24 horas.

diamQ / 4.518 3

Caudal diam / 3 horam / 3 min / 3m segm / 3

Valor 518.4 21.5833 0.3517 0.00599

Teniendo en cuenta el caudal de diseño, dimensionado por posibles condiciones

de ampliación en la producción, se hallara el área superficial (As).

entacionSeespesificaTasaT

lSuperficia Area AS

T

Q AS

ES

ES

dim

[15].2. Ec

En el diseño original y construcción de la planta de tratamiento de aguas

residuales, las dimensiones de esta quedaron de la siguiente manera.

m L 6.8

Según la literatura la relación de las dimensiones de largo y ancho (L/B) estará

entre los valores de 3-6m. [15]

m B

m B

L B

B

L

8.2

3

6.8

3

3

Por medio de la ecuación numero 3 y las dimensiones previamente calculadas de

la planta, se hallara el área superficial (As).




91

2

65.24

8.26.8

m AS

mmx AS

LxB AS

[15].3. Ec

Reemplazando y despejando de la ecuación numero 2.

diammT

m

diamT

AS

QT

T

Q AS

ES

ES

ES

ES

/ / 02.21

65.24

/ 4.518

23

2

3

La relación de las dimensiones de largo y profundidad (L/H) deberá ser de 5-10.

[15]

m H

m H

L H

H

L

72.15

6.8

5

5

El volumen del Sedimentador se dará por la expresión:

330.42

72.186.26.8

mV

mmxmxV

LxBxH V

Con los datos obtenidos hallamos el Tiempo de Retención Hidráulica (Trh).

[15].4. Ec

min2.120

min / 3517.0

30.423

3

RH

RH

RH

T

m

mT

Q

V T




92

Para obtener la velocidad de sedimentación (Vs) se aplica la ley de Newton-

Stokes simplificada.

afluentedel Densidad P

Solidosde Densidad Ps

arrastreeCoeficient Cd

particuladiametrodp

smg

CdxP

xdpPPsgxV S

28.9

3

)(4

[15].5. Ec

.

La densidad del afluente P es igual a 994.73Kg/m3. [14]

Sustancia Esfericidad Diámetro mmDensidad

relativa Kg/mlResiduos Lácteos 0.75 1.375 1500-1600

Tabla 10.Propiedades Residuos Lácteos.Fuente: DIA piscicultura Catripulli.

Donde Cd se calcula por medio del número de Reynolds.

34.0324

R R

Cd [10].6. Ec

El numero de Reynolds se calcula con la ecuación numero 7.

FlujodeVelocidad Vf

entador Se Hidraulico Radio R

Aguadel Dinamicaidad Vis

xVf PxR R

H

H

dim

cos

[10].7. Ec

Donde u es la viscosidad dinámica del agua, u=110,4x10-5, Rh es el radio

hidráulico del sedimentador y Vf la velocidad del flujo. [10]




93

La velocidad del flujo se calcula por medio de la ecuación 8.

BxH

QVf [15].8. Ec

segmVf

mmxsegmVf

/ 0012.0

72.186.2 / 00599.0 3

El radio hidráulico se calcula por medio de la ecuación 9.

H B

BxH R H

[14]9. Ec

m R

mm

mmx R

H

H

07.1

72.186.2

72.186.2

Reemplazando en la ecuación 7.

9.1156

104.110

0012.007.173.9945

R

x

x x R

xVf PxR R H


4489.0

34.00882.00207.0

34.09.1156

3

9.1156

24

34.0324

Cd

Cd

Cd

R RCd

Para los residuos de alimentos, reemplazando en la ecuación 5 los valores de laanterior tabla y los calculados, la velocidad de sedimentación será:

smV

x

x xV

CdxP

xdpPPsgxV

S

S

S

/ 130.0

)73.994()4480.0(3

001375.0)73.9941500(9.32

3

)(4




94

Calculamos el tiempo de sedimentación por medio de la ecuación 9.

S

TSV

H T [10].10. Ec

min21.0

16.13

/ 130.0

72.1

TS

TS

TS

T

segT

sm

mT

El tiempo de retención hidráulica debe ser mayor al tiempo de sedimentación,

donde: Tts<Trh. [15]

El fondo de la unidad debe tener una pendiente entre 3 a 10%, para facilitar el

deslizamiento del sedimento. [15]

m H

mm H

H H H

892.1`

)72.1(1.072.1

1.0`

`

Con un vertedero de salida igual al ancho de la unidad, se calculó la altura de

agua sobre el vertedero por medio de la ecuación número 10.

3 / 2

284.1

B

Q H [15].11. Ec

m H

m

m H

049.0

)86.2(84.1

00599.0

2

3 / 23

2

Para el diseño de la pantalla difusora se asume una velocidad de paso entre los

orificios. [15]

orificioslosentre pasodeVelocidad V 0

segmV / 1.00

Se determinara el área total de los orificios.

0

0V

Q A [15].12. Ec




95

2

0

3

0

05.0

/ 1.0

/ 00599.0

m A

sm

segm A

Se adopta un diámetro de orificio. [15]

Orificiode Diametrod 0

md 055.00

Donde

2

0

2

0

2

0

002381.0

4

)055.0(

4

ma

a

d a

Se determina el número de orificios por medio de la ecuación numero 13. [15]

0

0

a

An [15].13. Ec

Orificiosde Numeron

21

002381.0

05.02

2

n

m

mn

Calculo altura de la pantalla difusora con orificios.

mh

mmh

H H h

13.1

)72.1(5 / 272.1

5 / 2

[15].14. Ec

Se asume el número de filas de orificios y columnas.

Columnasde Numeron

Filasde Numeron

C

f




96

7

3

C

F

n

n

Calculo espaciamiento entre filas.

f n

ha 1 [15].15. Ec

Filasentrento Espaciamieh

mh

ma

37.0

3

13.11

Calculo espaciamiento entre columnas.

2

)1(1

2

cna B

a [15].17. Ec

ma

mma

32.0

2

)17(37.086.2

2

2

Se determina el número de placas por medio de la ecuación numero 15

(Shimokubo).

xLPxCosdp

ATSnp

1

15, Ecuación

placaslasde Longitud LP

Placaslasde Angulo

Placas Adecuado Anchodp

entacionSeTotal Area ATS

1

dim

LP será aproximadamente el ancho del sedimentador LP=2.86m.[15]En el caso de lodos livianos el ángulo de inclinación debe ser 55º.[15]

El ancho adecuado de las placas es de 60cm, por razones de recorrido interno del

fluido y del diseño y construcción de las mismas, de manera que no se flecten al

paso del agua. [15]




97

Donde ATS y el Área requerida para el espesamiento (Ae), se hallan por las

ecuaciones:

)(4.1 ce A A ATS [15].17. Ec

FSDIS

QxC Ae

0 [15].18. Ec

DiseñodeSegurdidad deFactor FSDIS

AfluenteTotalesSolidosdeiónConcentracCo

Donde Co es la concentración de sólidos totales del afluente y FSDIS se obtiene

por la expresión:

xFsMaxFSDIS 45.0 .[15]19. Ec

MaximoSolidosdeFlujoFsMax

Fsmax se haya por la expresión de Miller.

K

V xFsMax 054.0 [15].20. Ec

Donde K es una constante empírica calculada por la siguiente de Wahlberg:

)(0000543.0)(00384.0426.0 IVL IVLK

IVL=Índice de volumen de lodos.IVL se halla por medio de la ecuación 21.

0C

VLS IVL [15].21. Ec

VLS=Volumen de Lodos Sedimentable.

VLS esta entre los valores de 105 y 412ml/L, por criterio de diseño escogeremos

un VLS de 300ml/L.[15]

636.0

/ 46.471

/ 300

IVL

Lml

Lml IVL




98

Reemplazando

4235.0

)636.0(0000543.0)636.0(00384.0426.0

K

K

smFsMax

smFsMax

/ 127.0

4235.0

/ 1.054.0

smFSDIS

xFSDIS

/ 057.0

127.045.0

Reemplazando en la ecuación de Ae.

2

3

2.49

/ 057.0

/ 46.47100599.0

m A

sm

Lml xm

A

e

e

Ac se hallara por medio de la ecuación 18.

6.8

2.0

8.0 e

c

A A [15].18. Ec

2

2

1.21

6.84

22.49

m A

m A

c

c

Reemplazando en la ecuación 17 obtenemos.

237.39

)10.2122.49(4.1

m ATS

ATS

Finalmente reemplazando en la ecuación 15.

405586.260.0

37.39

npmxCosmx

mnp




99

Floculador

Por especificaciones económicas y de diseño, se realizara una unidad de flujo

horizontal, debido a que el caudal es menor de 50L/seg. Se utilizaran pantallas

removibles de PVC, el cual es un material inerte, resistente a la corrosión y tiene

un tiempo de utilidad efectiva de 20 años. [16]

Criterios y Dimensionamiento

La velocidad promedio deberá estar entre los valores de 0.10-0.60m/s. [16]

V=0.10m/s

Área de los canales

2

3

059.0

/ 10.0

/ 0059.0

m A

segm

segm A

V

Q A

Donde Q es igual al caudal de diseño y V la velocidad promedio.

Ancho de los canales

H

AaCN [16].23. Ec

H=Altura del agua en la unidad

Por motivos previos de construcción la altura máxima alcanzada por el agua es de

0.86m.

Calculo ancho del los canales

H

AaCN [16].24. Ec

ma

m

ma

CN

CN

069.0

86.0

059.02




100

Para el cálculo de la longitud de los canales se utilizó la ecuación numero 24 dondeT=5min.[16]

60VxTx [16].24. Ec

sidenciadeTiempoT

FlujodeVelocidad V

Canalesde Longitud

Re

cm

xsxm

VxTx

30

60min5 / 10.0

60

Calculo número de canales en cada tramo se halló mediante la ecuación 25.

B N

[16].25. Ec

Para obtener el valor del ancho de la unidad, se utilizó la ecuación 26.

d b B 3 [16].26. Ec

LisaPlasticodea LaUtil Ancchob min

a La Diametrod

ad

min

5.1

1044.0

)069.0(5.1

5.1

d

md

ad

Reemplazando ecuación 26.

m B

B

75.0

0102.0)215.0(3


40

75.0

30

N

N




101

Calculo longitud de cada tramo, donde el valor de e para láminas planas es0.01m.[16]

)( ea N L [16].27. Ec

m L

L

ea N L

1.3

)01.0069.0(40

)(

Calculo perdida de carga en las vueltas donde el valor de K es el coeficiente deperdida recomendable debe estar entre 3-3.5. [16]

g

N KV h

2

)1(2

1

.[16]28. Ec

PerdidadeeCoeficient K

mh

h

0397.0

)8.9(2

)140()10.0(3

1

2

1

Calculo de carga en los canales

2

22

3

r nV h .[16]29. Ec

ManningdeteConsn

Unidad lade Hidraulico Radior

tan

La constante de Manning para placas planas. n=0.013

mr

xr

H B

BxH r

37.0

86.065.0

86.065.0




102


mh

xh

0243.0

30

3

37.0

10.0013.0

2

2

22

Finalmente calculamos la pérdida total de cada tramo sumando las dos anteriores.

mh

h

hhh

064.0

0243.00397.0

21

Tratamiento Biológico

La metodología para implementar los microorganismos eficientes de esta manera

[16]:

semana LC

LC

V C

em

em

em

/ 518

1000

518400

500 /

Esto significa que se deben agregar 74L/día, para mayor eficiencia se deberá inocular37 litros en el día y 37 litros en la tarde.




103

ANEXO 3. MANUAL DE OPERACIÓNPLANTA DE TRATAMIENTO

DE AGUAS RESIDUALES




104

MANUAL DE OPERACIÓN PLANTA DE TRATAMIENTO DEAGUAS RESIDUALES PROLECA LTDA.


INGENIERO QUIMICO.


2011




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INTRODUCCIÓN

La planta de tratamiento de aguas residuales de Proleca Ltda., ubicada en la ciudad

de Cartagena está diseñada y construida para cumplir con las normativas ambientales,

esencialmente con el decreto 3930 de 2010 del Ministerio del Medio Ambiente.

Esta es sometida a monitoreos semestrales por parte de la autoridad ambiental, quien

tiene la competencia de ejecutar los seguimientos, controles y recomendaciones en el

tema de medio ambiente.

Este documento muestra los conceptos elementales referentes a los efluentes

producidos por la industria láctea, y a su vez, los tipos de tratamientos físicos y

químicos empleados en la planta de tratamiento, este manual contiene también

funcionamiento, mantenimiento, diagramas de flujo y procedimientos de operación de

la planta.




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OBJETIVOS

Ilustrar nociones básicas sobre el tema de residuos lácteos.

Mostrar los procedimientos de operación de la plata de tratamiento de aguas

residuales.

Conocer los tipos de tratamientos empleados en la planta.

Indicar el tiempo y el mantenimiento de operación de la planta de tratamiento

de aguas residuales.




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CONCEPTOS BÁSICOS

La comprensión, importancia e interés del tema de tratamiento de aguas residuales

dependerá en gran medida de que los involucrados, manejen los conceptos a emplear.

Afluente: Es el liquido a tratar que entra a un sistema de tratamiento o alguno

de sus elementos en particular.

Efluente: Es el liquido a tratar que sale de un sistema de tratamiento o alguno

de sus elementos en particular.

DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno): Es la cantidad de oxigeno

requerido para estabilizar la materia orgánica en descomposición presente enel agua mediante acción bioquímica aerobia.

DQO (Demanda Química de Oxigeno): Es una medida de la materia

carbonosa contenida en los diferentes tipos de materia orgánica presentes en

las aguas residuales. Se usa como indicador del poder contaminante de una

muestra de agua determinada. El valor de la DQO, es mayor que el de la

DBO, ya que toma en cuenta materia orgánica resistente a ser oxidada.

Tratamiento Físico

Son todos aquellos en los que se utilizan las fuerzas físicas para el tratamiento. En

general se utilizan en todas los niveles. Sin embargo algunas de las operaciones son

exclusivas de la fase de Pre-tratamiento. Algunas de las operaciones físicas son:

Tamizado.

Homogenización de caudales.

Intercepción de aceites y grasas.

Mezclado

Sedimentación.

Flotación. Natural o provocada con aire.

Filtración.- Con arena, carbón, cerámicas, etc




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Niveles de tratamiento de aguas residuales

Los niveles de tratamiento se agrupan según los diferentes grados de eficiencia

alcanzados en la remoción de los contaminantes existente en los líquidos residuales.

Estos niveles se conocen usualmente como; pre-tratamiento, Tratamiento primario,

tratamiento secundario, tratamientos avanzados o terciarios.

Pre-tratamiento: Se trata de un tratamiento previo, diseñado para remover

partículas grandes, tales como plásticos, pelos, papeles, etc. ya sea que floten

a se sedimenten, antes de que lleguen a las unidades de tratamiento

posteriores. Aquí se emplean mayoritariamente rejillas o tamices.

Tratamiento primario: En el primario, se elimina un gran porcentaje de sólidos

en suspensión, sobrenadante y materia inorgánica. En este nivel se hace

sedimentar los materiales suspendidos usando tratamientos físicos o

fisicoquímicos.

También se utiliza la flotación. En algunos casos el tratamiento se hace,

dejando simplemente, las aguas residuales un tiempo en grandes tanques o, en

el caso de los tratamientos primarios mejorados, añadiendo al agua contenida

en estos grandes tanques, sustancias químicas quelantes que hacen más rápida

y eficaz la sedimentación.

También se incluyen en estos tratamientos la neutralización del pH, Las

operaciones que incluye son el desaceitado y desengrase, la sedimentación

primaria, la filtración, neutralización y la desorción.

Tratamiento secundario: En la secundaria se trata de reducir el contenido en

materia orgánica acelerando los procesos biológicos naturales. En esta fase del

tratamiento se eliminan las partículas coloidales y similares. Puede incluir

procesos biológicos y químicos. El tipo de tratamiento más empleado es el




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biológico en el que se facilita que bacterias digieran la materia orgánica que

llevan las aguas. Este proceso se suele hacer llevando el efluente que sale del

tratamiento primario a tanques en los que se mezcla con agua cargada de

microorganismos.

Tratamiento Biológico: Este tipo de tratamiento es facilitado principalmente

por bacterias que digieren la materia orgánica presente en los fluidos

residuales. Las sustancias presentes en el líquido residual, se utilizan como

nutrientes para dichos microorganismos. Dichos nutrientes se convierten a

tejido celular y diversos gases. Los flóculos que se forman por agregación de

microorganismos son separados en forma de lodos. Los tejidos celularesformados son ligeramente más pesados que el agua. Por tanto, la separación se

hace por sedimentación y decantación. Si estos excedentes no se eliminan, el

agua se vuelve a recontaminar. Los principales procesos biológicos según el

tipo de microorganismos, se clasifican como aeróbicos y/o anaerobios. Los

procesos aerobios requieren la presencia de oxigeno y los anaerobios no

requieren oxígeno.

Tratamiento avanzado o terciario: La terciaria es necesaria cuando el agua va

a ser reutilizada; elimina un 99% de los sólidos y además se emplean varios

procesos químicos para garantizar que el agua esté tan libre de impurezas

como sea posible. Se emplean tipos de tratamiento físicos y químicos con los

que se consigue limpiar las aguas de contaminantes concretos: fósforo,

nitrógeno, minerales, metales pesados, virus, compuestos orgánicos, etc.




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Diagrama de flujo planta de tratamiento de aguas residuales

Descripción y funcionamiento del proceso

La planta de tratamiento de aguas residuales de Proleca Ltda., se clasifica como de

flujo ascendente lento y sus dimensiones de descargas están calculadas para un

máximo de 6L/s, 518m3/día.

La planta esta diseñada para retener sólidos y material particulado que se genera en

las descargas del proceso productivo de la empresa, el proceso de retención se realiza

en la entrada de la planta mediante floculación y sedimentación, por medio de los

tabiques ubicados a lo largo de la misma.

Mantenimiento y operación

La planta de tratamiento de aguas residuales de Proleca Ltda. Consta de un sistema de

tratamiento mixto (Biológico, Físico y Químico), estos se ilustran a continuación:

Biológico: A través de la inoculación de microorganismos eficaces EM en los tanquesde nivelación de pH, se inocularan 74 litros diarios, 27 en las horas de la mañana y 27

en las horas de la tarde, preferiblemente antes de 3 de la tarde, debido a esto se estima

un consumo mensual de 2295L.

Tanques de

Nivelación

de pH

Tanque de

bombeo

Sedimentador mixto

Trampas de grasa

Afluente

Efluente




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Químicos: se empleara un coagulante como el sulfato de aluminio o alumbre,

dosificado en dos kilos y medio diarios mezclados con agua, este se deja caer por

gravedad por medio de un goteo en la zona del floculador, se estima un consumo de

75L al mes.

Físico: Este proceso se ilustra en el diagrama de flujo, el agua a tratar o afluente llega

a los tanques de nivelación de pH, después pasa por dos trampas de grasa, para

después llegar a un tanque de concreto rígido donde se bombea el agua hacia la

primera fase del sedimentador mixto, en esta fase el agua pasa a través de los tabiques

ubicados a lo largo de esta zona, luego pasa a la segunda zona donde el material

flotante que continua en el agua sedimenta, en esta etapa queda material suspendido,

el cual se elimina del efluente por medio de filtros, finalmente el agua sale de la

planta de tratamiento para hacer parte del cuerpo de agua municipal.




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10. GLOSARIO

Contaminación OrgánicaContaminación de las aguas por materia orgánica planteando una demanda de

oxígeno al curso al curso de agua receptor y afectando de esta manera el balance de

oxigeno de éste.

DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno), a los 5 días, 20ºC (DBO5, 20)

Es la cantidad de oxígeno requerido para estabilizar la materia orgánica en

descomposición presente en el agua mediante acción bioquímica aeróbica,determinada a los 5 días de incubación a 20 ºC.

DQO (Demanda Química de Oxígeno)

Es una medida de la materia carbonosa contenida en los diferentes tipos de materia

orgánica presentes en las aguas residuales. Se usa como un indicador del poder

contaminante del una agua dada. El valor de la DQO, es mayor que el de la DBO, ya

que toma en cuenta materia orgánica resistente a ser oxidada.

Población equivalente

Población estimada que contribuiría con una determinada de un parámetro especifico,

indicador de contaminación (DBO5) en el caso de contaminación orgánica,

microorganismos coniformes en contaminación microbiana. Las conversiones de

carga orgánica a Población equivalente se basaran en una contribución de 54 gr de

DBO5,20/ persona / día, las cargas microbianas en número más probable per capitapor día de 200 X 10^9 coliformes. (GLOSARIO) falta indice de biodegradabilidad




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ANEXO 4. DECRETO 3930 DE 2010 – NORMATIVIDAD AMBIENTAL PARA

EFLUENTES LÍQUIDOS




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ANEXO 5. CARACTERIZACIÓN DE AGUASRESIDUALES DE PROLECA LTDA EMITIDAS

POR CARDIQUE

tesis final raul paez

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