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ANGÉLICA MARÍA CARRILLANCA ALVAREZ
2005
UNIVERSIDAD DE MAGALLANES FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
DISEÑO Y EVALUACIÓN DE UNA PLANTA DE
TRATAMIENTOS DE RILES PARA LA INDUSTRIA
LANERA POR MEDIO DE SIMULACIÓN ESTACIONARIA
Y DINÁMICA
ANGÉLICA MARÍA CARRILLANCA ALVAREZ
2005
UNIVERSIDAD DE MAGALLANES FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
DISEÑO Y EVALUACIÓN DE UNA PLANTA DE
TRATAMIENTOS DE RILES PARA LA INDUSTRIA
LANERA POR MEDIO DE SIMULACIÓN ESTACIONARIA
Y DINÁMICA
Trabajo de Titulación presentado conforme
a los requisitos para obtener el título de
INGENIERO CIVIL QUÍMICO.
Profesor guía:
Claudio Gomez Fuentes
Ingeniero Civil Bioquímico
INDICE GENERAL
AGRADECIMIENTOS
INDICE DE TABLAS
INDICE DE FIGURAS
INDICE DE GRÁFICOS
CAPITULO I: INTRODUCCIÓN
1.1. INTRODUCCIÓN
1.2. OBJETIVOS
1.2.1. OBJETIVOS GENERALES
1.2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
CAPITULO II: ANTECEDENTES GENERALES
2.1. ANTECEDENTES
2.2. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROCESO
2.2.1. CLASIFICACIÓN Y SEPARACIÓN PRIMARIA
2.2.2. PROCESO DE PRE-LAVADO
2.2.3. PROCESO DE LAVADO-SECADO
2.2.4. PROCESO DE CARDADO
2.2.5. PROCESO DE PREPARACIÓN AL PEINADO
2.2.6. PROCESO DE PEINADO
2.2.7. PROCESO DE TERMINACIÓN
2.2.8. PROCESO DE ENFARDADO Y MARCAS
2.3. PRINCIPALES EFLUENTES DE LA INDUSTRIA LANERA
2.4. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS PRINCIPIOS Y TECNOLOGÍAS DE
TRATAMIENTO
2.4.1. TRATAMIENTOS FÍSICOS
2.4.2. TRATAMIENTOS QUÍMICOS
2.4.3. TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS
2.5. SIMULACIÓN DE PROCESOS
2.6. NORMATIVA LEGAL
CAPITULO III: CARACTERIZACIÓN DE EFLUENTES
3.1. OBTENCIÓN DE INFORMACIÓN
3.2. METODOLOGIA DE CARACTERIZACIÓN ADICIONAL DE EFLUENTES
3.2.1. FECHAS DE MUESTREO
3.2.2. ANÁLISIS DE LABORATORIO
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3.3. CAUDALES DE LOS EFLUENTES
3.4. CARACTERIZACIÓN DE PARÁMETROS CONTAMINANTES
3.4.1. DQO
3.4.2. NITRATOS
3.4.3. FOSFATOS
3.4.4. ACEITES Y GRASAS
3.4.5. SÓLIDOS SUSPENDIDOS
3.4.6. NITRÓGENO TOTAL KJENDAHL
3.4.7. DBO5
3.5. ANÁLISIS DE LABORATORIO ADICIONALES NECESARIOS PARA
SIMULACIÓN
CAPITULO IV: ANÁLISIS TÉCNICO
4.1. ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS
4.2. DISCUSIÓN DE ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS
4.3. RESUMEN DE LAS ALTERNATIVAS PLANTEADAS
CAPITULO V: CONSIDERACIONES TEORICAS DE DISEÑO Y
DIMENSIONAMIENTO DE EQUIPOS
5.1. PARAMETROS DE DISEÑO
5.2. INICIACIÓN DE COMPONENTES
5.3. DETERMINACIÓN DE LA CORRIENTE DE ENTRADA
5.4. DISEÑO DE LAS PRINCIPALES UNIDADES INVOLUCRADAS EN LAS
ALTERNATIVAS DE TRATAMIENTO
5.4.1. DISEÑO DE PREDESACEITADORES
5.4.2. DISEÑO DE DESACEITADORES
5.4.3. COAGULACIÓN – FLOCULACIÓN
5.4.4. SEDIMENTACIÓN PRIMARIA
5.4.5. PROCESO AEROBIO (FANGOS ACTIVADOS)
5.4.6. PROCESO ANÓXICO
5.4.7. ESTEQUIOMETRIAS Y CONSTANTES CINÉTICAS EMPLEADAS PARA
LA DEGRADACIÓN DEL SUSTRATO
5.4.8. ESTEQUIOMETRIAS Y CONSTANTES CINÉTICAS EMPLEADAS PARA
LA NITRIFICACIÓN
5.4.9. ESTEQUIOMETRIAS Y CONSTANTES EMPLEADAS PARA EL
DECAIMIENTO BIOMÁSICO
5.4.10. ESTEQUIOMETRIAS Y CONSTANTES CINÉTICAS EMPLEADAS PARA
LA DESNITRIFICACIÓN
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5.5. CONSIDERACIONES ADICIONALES REALIZADAS EN EL PROCESO DE
DISEÑO
5.6. RESULTADOS DEL DISEÑO DE EQUIPOS
5.6.1. ALTERNATIVA N°1
5.6.2. ALTERNATIVA N°2
5.6.3. ALTERNATIVA N°3
CAPITULO VI: SIMULACIÓN DINAMICA DE ALTERNATIVAS
6.1. SIMULACIÓN DINAMICA DE ALTERNATIVAS PROPUESTAS
6.2. RESULTADOS DE SIMULACIÓN DINAMICA
6.3. SENSIBILIDAD
6.4. SIMULACIÓN DINÁMICA CON VARIACIÓN DE CAUDAL
CAPITULO VII: CONCLUSIONES
7.1. CONCLUSIONES
BIBLIOGRAFIA
ANEXOS
ANEXO A: RESULTADOS DE ANÁLISIS DE LABORATORIO
ANEXO B: PLANILLA CORRIENTE CARACTERISTICA
ANEXO C: CONSTANTES DE DEGRADACIÓN
ANEXO D: SUPERPRO DESIGNER
ANEXO E: AQUASIM
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INDICE DE FIGURAS
FIGURA 2.1 Vista Frontal de la Planta Standard Wool
FIGURA 2.2 Esquema General del Proceso de la Planta Lanera Standard Wool
FIGURA 2.3 Transporte de Lana Sucia al Lavado
FIGURA 2.4 Tren de Lavado
FIGURA 2.5 Tinas de Lavado
FIGURA 2.6 Secador
FIGURA 2.7 Ducto de Succión de Lana
FIGURA 2.8 Entrada a la Etapa de Cardado
FIGURA 2.9 Máquina Cardadora
FIGURA 2.10 Proceso de Preparación al Peinado GN5 1era Etapa
FIGURA 2.11 Proceso de Preparación al Peinado GN5 3era Etapa
FIGURA 2.12 Peinadoras
FIGURA 2.13 Salida de Peinadoras 4ta Etapa GS15
FIGURA 2.14 5ta Etapa Bumps 10 Kgs
FIGURA 2.15 Prensa Hidráulica
FIGURA 2.16 Fardos de Productos Terminados
FIGURA 2.17 Fotografía de Rejas Instaladas en un Canal de Aguas Residuales
FIGURA 2.18 Esquema del Funcionamiento de un Tamiz Rotatorio
FIGURA 2.19 Esquema del Funcionamiento de un Sedimentador
FIGURA 2.20 Equipo de Flotación de Aire Disuelto
FIGURA 2.21 Mecanismo de Coagulación-Floculación
FIGURA 2.22 Esquema de un Sistema de Intercambio Iónico
FIGURA 2.23 Clasificación de Procesos Biológicos
FIGURA 2.24 Fotografía de Lodos Activados
FIGURA 3.1 Balance de Materiales (Proceso Continuo)
FIGURA 3.2 Balance de Materiales (Lavado de Tinas)
FIGURA 3.3 Balance de Materiales para Análisis de Aceites y Grasas
FIGURA 4.1 Proceso Modificado de Ludzack-Ettinger
FIGURA 4.2 Etapas de la Alternativa N°1
FIGURA 4.3 Etapas de la Alternativa N°2
FIGURA 4.4 Etapas de la Alternativa N°3
FIGURA 4.5 Diagrama de Flujo de la Alternativa N°1
FIGURA 4.6 Diagrama de Flujo de la Alternativa N°2
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FIGURA 4.7 Diagrama de Flujo de la Alternativa N°3
FIGURA 5.1 Layout de la Alternativa N°1
FIGURA 5.2 Layout de la Alternativa N°1
FIGURA 5.3 Layout de la Alternativa N°3
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INDICE DE TABLAS
TABLA 2.1 Propiedades de la Ceniza de Soda
TABLA 2.2 Descripción del Detergente Ultranex NP 95
TABLA 2.3 Parámetros de Contaminación en la Etapa de Lavado del Proceso de lana
TABLA 2.4 Legislación y Reglamentación-Riles
TABLA 2.5 Normativa Ambiental-Riles y otras Descargas
TABLA 2.6 Límites Máximos Permitidos para la Descarga de Residuos Líquidos a Cuerpos
de Agua Marinos Dentro de la Zona de Protección Litoral (D.S. SEGPRES
N°90)
TABLA 3.1 Fechas de Muestreo
TABLA 3.2 Datos de Caudal
TABLA 3.3 Informe de Planta Mensual
TABLA 3.4 Volumen de Tinas
TABLA 3.5 Caudales de Tratamiento
TABLA 3.6 Resultados de Concentración de DQO
TABLA 3.7 Intervalo de Confianza de Concentración de DQO
TABLA 3.8 Resultados de Concentración de Nitratos
TABLA 3.9 Intervalo de Confianza de Concentración de Nitratos
TABLA 3.10 Resultados de Concentración de Fosfatos
TABLA 3.11 Valor de Confianza de Concentración de Fosfatos
TABLA 3.12 Resultados de Concentración de Aceites y Grasas
TABLA 3.13 Resultados de Concentración de Sólidos Suspendidos
TABLA 3.14 Resultados de Concentración de Nitrógeno Total Kjeldahl
TABLA 3.15 Intervalo de Confianza de Concentración de Nitrógeno Total Kjeldahl
TABLA 3.16 Resultados de Concentración de DBO5
TABLA 3.17 Resumen de Resultados de Parámetros Analizados para Simulación
TABLA 3.18 Resultados de Concentración de los Análisis Adicionales
TABLA 3.19 Resultados de Concentración de los Análisis Adicionales
TABLA 3.20 Constantes de Degradación K (20°C)
TABLA 3.21 Constante de Degradación K (20°C)
TABLA 4.1 Adecuación de los Distintos Tratamientos a Diferentes Contaminantes
TABLA 4.2 Ventajas e Inconvenientes de los Distintos Tratamientos Físicos
TABLA 4.3 Ventajas e Inconvenientes de los Distintos Tratamientos Químicos
TABLA 4.4 Ventajas e Inconvenientes de los Distintos Tratamientos Térmicos
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TABLA 4.5 Ventajas e Inconvenientes de los Distintos Tratamientos Biológicos
TABLA 4.6 Operación y Costos de los Diferentes Tratamientos
TABLA 4.7 Porcentaje de Remoción
TABLA 5.1 Componentes Representativos del Sistema
TABLA 5.2 Propiedades Básicas de los Componentes del Sistema
TABLA 5.3 Composición de la Corriente de Entrada a la Simulación
TABLA 5.4 Parámetros de Entrada para Diseño de Predesaceitadores
TABLA 5.5 Temperatura v/s Sa
TABLA 5.6 Parámetros de Entrada para Diseño de Desaceitadores
TABLA 5.7 Gradiente de Velocidad (G) y Tiempo de Detención Típico de los Procesos de
Tratamiento de Aguas Residuales
TABLA 5.8 Parámetros de Entrada para Diseño de Coaguladores
TABLA 5.9 Parámetros de Entrada para Diseño de Floculadores
TABLA 5.10 Parámetros b1 y n de acuerdo a K
TABLA 5.11 Parámetros de Entrada para Diseño de Clarificadores
TABLA 5.12 Parámetros de Entrada para Diseño de Reactores Aerobios
TABLA 5.13 Parámetros de Entrada para Diseño de Reactores Anóxicos
TABLA 5.14 Constantes de Degradación de Cinética de Primer Orden
TABLA 5.15 Rangos de Constantes Cinéticas Empleadas para la Degradación del Sustrato de
Cinética de Tipo Monod
TABLA 5.16 Coeficientes Utilizados en la Simulación para el Proceso de Nitrificación
TABLA 5.17 Coeficientes Utilizados en la Simulación para el Proceso de Decaimiento
Biomásico
TABLA 5.18 Coeficientes Utilizados en la Simulación para el Proceso de Desnitrificación
(Ag, SS y SD)
TABLA 5.19 Resultados de Concentraciones de Parámetros más Importantes en la Simulación
en SuperPro Designer
TABLA 5.20 Resultados de Diseño de la Alternativa N°1
TABLA 5.21 Resultados de Diseño de la Alternativa N°2
TABLA 5.22 Resultados de Diseño de la Alternativa N°3
TABLA 6.1 Concentraciones de DBO5, AG y SS en el Efluente
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INDICE DE GRÁFICOS
GRÁFICO 3.1 Curva de DBO versus Tiempo
GRÁFICO 3.2 Curva de Degradación de Sólidos Suspendidos
GRÁFICO 6.1 Alternativa N°1: Concentraciones de SS, DBO5 y AG en el Efluente
GRÁFICO 6.2 Alternativa N°2: Concentraciones de SS, DBO5 y AG en el Efluente
GRÁFICO 6.3 Alternativa N°3: Concentraciones de SS, DBO5 y AG en el Efluente
GRÁFICO 6.4 Alternativa N°1: Concentraciones de X_VSS_h y AG en el Reactor Aerobio
GRÁFICO 6.5 Alternativa N°2: Concentraciones de X_VSS_h y AG en el Reactor Aerobio
GRÁFICO 6.6 Alternativa N°3: Concentraciones de X_VSS_h y AG en el Reactor Aerobio
GRÁFICO 6.7 Alternativa N°1: Concentraciones de SS y X_VSS_h en el Lodo Recirculado
GRÁFICO 6.8 Alternativa N°2: Concentraciones de SS y X_VSS_h en el Lodo Recirculado
GRÁFICO 6.9 Alternativa N°3: Concentraciones de SS y X_VSS_h en el Lodo Recirculado
GRÁFICO 6.10 Concentración de X_VSS_H en el Reactor Aerobio a 15°C
GRÁFICO 6.11 Concentración de X_VSS_H en el Reactor Aerobio a 25°C
GRÁFICO 6.12 Alternativa N°3: Sensibilidad de Concentraciones en el Efluente
GRÁFICO 6.13 Alternativa N°3: Sensibilidad de Concentraciones en el Reactor Aerobio
GRÁFICO 6.14 Alternativa N°3: Sensibilidad de Concentraciones en el Lodo Recirculado
GRÁFICO 6.15 Alternativa N°3: Concentraciones de SS, DBO5 y AG en el Efluente a Caudal
Variable
GRÁFICO 6.16 Alternativa N°3: Concentraciones de AG y X_VSS_h en el Reactor Aerobio
a Caudal Variable
GRÁFICO 6.17 Alternativa N°3: Concentración de X_VSS_h en una Semana en el Reactor
Aerobio a Caudal Variable
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2.1. INTRODUCCIÓN
Todas las obras y actividades son susceptibles de provocar cambios en el entorno,
pero no por ello debemos paralizar el desarrollo ni eliminar la producción, sino por el
contrario, existen cada vez más tecnologías que permiten que las diferentes actividades
sean respetuosas con el Medio Ambiente.
Ante las nuevas normativas ambientales, el mercado, los TLC, entre otros factores,
las industrias se ven ante la necesidad de gestionar sus residuos como una exigencia, no
sólo de la sociedad, si no también de la comunidad económica internacional como requisito
básico para la exportación de sus productos al mercado mundial. Por esta razón es
importante avanzar en el tratamiento de las aguas residuales industriales no sólo para la
planta lanera que exporta lana peinada, sino también para todo el sector exportador de la
Región de Magallanes.
A objeto de analizar la generación de residuos líquidos, es necesario examinar el
proceso productivo integral con respecto al uso del agua, identificar los orígenes de los
residuos líquidos, los posibles problemas operacionales asociados al proceso productivo, y
las áreas en que se pueden efectuar las mejoras.
En la actualidad, Chile ante el seguimiento y fiscalización del cumplimiento de
normativa existente, y la introducción de nuevas normas y requerimientos legales que
protegen al medio ambiente ha visto la necesidad de promover el uso de tecnologías que
permiten dar un claro avance en estos temas, para lo cual se han generado incluso
mecanismos voluntarios como los APL (Acuerdos de Producción Limpia) y la certificación
ambiental, que han permitido a diferentes sectores productivos chilenos, cumplir con las
emisiones de residuos líquidos, incluso más allá de lo que piden las normas.
Así, que ante la proximidad de la verificación del Decreto Supremo N°90 (norma
que regula todo tipo de descargas a aguas marinas y continentales superficiales) en
3
septiembre del 2006, las industrias deben evaluar el proceso de tratamiento de riles para el
cumplimiento de este documento. El presente trabajo propone una forma de tratamiento que
permitirá a la empresa Standard Wool cumplir con los parámetros que le pide la ley.
2.2. OBJETIVOS
1.2.1. OBJETIVOS GENERALES
- Estudiar la factibilidad técnica de una planta de tratamiento para los líquidos
residuales, de la planta lanera Standard Wool.
- Realizar la simulación de la planta de tratamientos de residuos líquidos de la planta
lanera Standard Wool, vía el simulador Super Pro Designer para el diseño de
equipos y el simulador Aquasim para la simulación dinámica de la planta de
tratamiento.
1.2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
- Identificar y cuantificar los principales contaminantes presentes en las aguas
residuales de la planta lanera a través de análisis de laboratorio, análisis de los
flujos de materia en el proceso y el uso de caracterizaciones previas.
- Identificar y canalizar las diferentes opciones tecnológicas para reducir el impacto
de la actividad industrial sobre la calidad de los recursos hídricos, creando distintas
alternativas.
- Elaborar la ingeniería básica de las alternativas de tratamiento para obtener
dimensionamiento de los equipos y líneas de flujo del proceso de tratamiento.
4
- Simular las alternativas propuestas aplicando el simulador Super Pro Designer 4.5 y
el simulador Aquasim.
- Seleccionar la alternativa de tratamiento más adecuada para alcanzar los objetivos
de emisión impuestos por la legislación a los efluentes, considerando para ello la
caracterización realizada y las particularidades del caso en estudio.
5
6
2.1. ANTECEDENTES
Figura 2.1 Vista Frontal de la Planta Standard Wool
Standard Wool (Chile) S.A. ubicado en el kilómetro 13,5 norte de Punta Arenas,
pertenece al grupo Standard Comercial Corporation, con base en Estados Unidos de
Norteamérica, y representada a través de plantas industriales, en países tales como
Inglaterra, Nueva Zelandia, Australia, Alemania, Francia, Italia, China, Sudáfrica,
Argentina, y Chile a través de su propietaria Standard Wool (UK), con sede en Bradford
Inglaterra.
Standard Wool (Chile) S.A., se centraliza en el procesamiento y comercialización de
lana ovina siendo su principal producto la lana peinada, conocida como Tops que es
utilizada como materia prima en la industria textil. Su presencia en la región de Magallanes
data del 5 de Julio de 1989 fecha en que comenzó su actividad productiva regional
específicamente en el lavado y peinado de lana, incorporando maquinarias y equipos de la
más avanzada tecnología de tal manera de posibilitar una optimización en el producto final
(Tops) alcanzando un alto nivel técnico y profesional, lo cual es avalado por “International
Associaciation of Wool Textiles Laboratories”, organismo internacional que
periódicamente analiza los resultados obtenidos por los equipos de control de calidad,
renovando su certificación anualmente.
Los desechos líquidos industriales de la empresa son descargados al mar, con altos
niveles de contaminantes con lo que amenazan el ecosistema presente. Los valores de los
7
parámetros contaminantes sobrepasan las normas legales establecidas, en especifico el D.S
N°90/00 del Ministerio Secretaría General de la Presidencia de la República, sobre
emisiones de residuos líquidos industriales a aguas superficiales marina y continentales,
que entró en vigencia el 3 de septiembre del año 2001 y cuya fiscalización se inicia el 3 de
septiembre del 2006 puesto que el texto legal otorga un plazo de cinco años a partir de su
entrada en vigencia a las industrias instaladas con anterioridad, para adecuarlas a la norma.
2.2. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROCESO
La planta lanera esta constituida por sectores diferentes, aunque interrelacionados,
que producen una serie de subproductos. Cada sector puede considerarse como una
industria por separado aún cuando el producto que se obtiene en cada etapa constituye el
principal insumo de materia prima para la siguiente. Las etapas del proceso, pueden
comprender un procesamiento seco o húmedo. Para el caso de la lana cruda, se trata
específicamente el proceso húmedo que es el lavado de la fibra cruda.
La lana cruda puede contener de 30 a 70% de impurezas naturales y adquiridas
como grasa, sales solubles (grasa de lana) y suciedad.
En la procesadora de lana, la etapa de preparación (lavado) es la que aporta la mayor
carga contaminante.
El esquema general del proceso de la planta lanera Standard Wool se presenta en la
Figura 2.2.
8
9
2.2.1. CLASIFICACIÓN Y SEPARACIÓN PRIMARIA
Es el primer proceso que sufre la lana. Se realiza una separación de residuos gruesos
que trae el vellón. La lana se somete también a un procedimiento de desempolvado manual.
El apartar el polvo más tenaz y otras impurezas, tales como la grasa y el sudor desecados,
ayuda a acelerar los procesos posteriores. En ocasiones se clasifica la lana de acuerdo a su
finura en forma manual (al tacto y a la vista). Luego se transporta la lana a la sala de
lavado.
Figura 2.3 Transporte de Lana Sucia al Lavado
2.2.2. PROCESO DE PRE-LAVADO
Existen 2 sectores de inicio de este proceso dependiendo del tipo de lana que este
ingresando:
• Lana de Vellón o Lana de Barriga
Este proceso comprende el sector que va desde el lugar de recepción de fardos hasta
un segundo cargador (para lana de vellón y barriga). El objetivo de este proceso
fundamentalmente es asegurar una buena mezcla de la lana en la cinta de alimentación
(inicio del proceso), para poder lograr características lo más parejos posibles en el lote.
10
• Pedacería
Este proceso comprende depositar en un cargador de lana de pedacería, pasar por un
abridor horizontal, máquina que saca vegetales y tierra, para luego ir almacenando en los
bretes correspondientes este material para su posterior lavado. El objetivo del abridor es
realizar una buena mezcla, sacar contaminantes, soltar las fibras debido al exceso de grasa
y tierra, y sacar parte de estos elementos, para optimizar el proceso siguiente de lavado,
sacando un producto más blanco. Además, ayuda a que las aguas de las tinas no se ensucien
tan rápidamente.
2.2.3. PROCESO DE LAVADO-SECADO
La cantidad de impurezas que contiene la fibra de lana es importante. En algunos
casos, alcanza hasta 60% del peso del vellón (fibra fina). De allí la capacidad contaminante
de la industrialización de esta fibra, aunque muchas veces no se toma en cuenta que estas
impurezas son elementos útiles dentro de un sistema de reciclaje integral (tierras fértiles y
lanolina). Durante el lavado se eliminan en un medio acuoso la tierra, impurezas y materia
grasa. Para ello, se emplean soluciones turbias con detergente. Este proceso se realiza en
barcas (tren de lavado) operadas en serie a través de las cuales el agua fluye en sentido
contrario al que corre la fibra. La descarga proveniente del lavado resulta ser la de mayor
contaminación en la industria textil.
Este proceso comienza en la banda de pesaje y termina en el mezclador. El objetivo
es lavar la lana para eliminar el máximo de impurezas como por ejemplo: tierra, arena,
sudor, grasa natural del animal, dejando la lana limpia con un color y humedad óptima.
11
Figura 2.4 Tren de Lavado
Figura 2.5 Tinas de Lavado
La primera tina realiza el prelavado de la lana, utilizando ceniza de soda cáustica
cuyas propiedades físicas y químicas se describen en la Tabla N°2.1, con este proceso se
pretende remover tierra, orina, sudor y restos de vegetales. La temperatura en esta tina es de
28°C.
Tabla 2.1 Propiedades de la Ceniza de Soda ( )mlgdensidad 09,189,0 −=
Propiedad Química Formula
Química Porcentaje p/p
Carbonato de Sodio Na2CO3 99,2 %
Oxido de Sodio (*) Na2O 58,0 %
Sulfato de Sodio Na2SO4 0,20 %
Cloruro de Sodio NaCl 0,10 %
Fierro Fe 0,002 %
FUENTE: Foglia K., Curilaf C., 2003. (*) La Ceniza de Soda contiene Carbonato de Sodio u Oxido de Sodio.
12
La segunda tina realiza el primer lavado utilizando como detergente un
desengrasante llamado Ultranex NP 95 (Ethoxylated Nonylphenol) (ver especificaciones en
Tabla 2.2). La grasa extraída en esta tina se deriva a la planta de grasa para procesarla y
almacenarla, esta planta se separa la grasa del agua por tensión superficial y es aprovechada
para la obtención de lanolina, materia prima utilizada en la industria cosmética. La
temperatura de esta segunda tina es de 69°C.
Tabla 2.2 Descripción del Detergente Ultranex NP 95
Descripción Química Nonylphenol
Características
Apariencia a 25°C Líquido
Agua % Máx. 0,5
Ácido (mgKOH/g) Máx. 1,0
Min. 87,0 Hidróxido (mgKOH/g)
Máx. 95,0
Min. 5,0 pH, Solución Acuosa, 25°C
Máx. 7,5
Pt – Co Color, 25°C Máx. 80
Min. 52 Punto de Congelación °C
Máx. 56
FUENTE: Foglia K., Curilaf C., 2003.
En la tercera tina, hay nuevamente un lavado con ceniza de soda cáustica, aquí se
saca la grasa que podría haber quedado de la segunda tina. La temperatura de lavado es de
71°C.
La cuarta tina, realiza el enjuague de la lana. La temperatura de enjuague es de
54°C.
En la quinta tina, hay un último lavado con el detergente Ultranex NP 95 a una
temperatura de 56°C.
En la sexta tina se procede a enjuagar la lana por última vez a una temperatura de
49°C.
13
Figura 2.6 Secador
La lana lavada pasa en forma continua a través del secador con un contenido de
humedad en base seca de 43,9 %. El secador consiste de 6 tambores perforados y 6
ventiladores. Las condiciones de operación del secador de succión son de 70°C y 45 % de
humedad relativa. Una vez que la lana alcanza un contenido de humedad entre 10 – 16 %
en base seca, pasa al abridor vertical donde se le extraen los vegetales y luego es enviada a
través de un ducto que succiona la lana en forma neumática hasta el área de carda.
Figura 2.7 Ducto de Succión de Lana
Después del lavado, la lana sufre una serie de procesos secos de cardado y peinado.
Cuando la lana se somete al proceso de cardado para mejorar la cohesión de la fibra, se
efectúa previamente una lubricación para evitar la ruptura de las fibras, por medio de
aceites minerales, animales o vegetales.
14
2.2.4. PROCESO DE CARDADO
El objetivo principal de esta máquina es abrir, paralelizar las fibras, sacar vegetales
y formar una cinta, deberá encontrarse en un ambiente donde la temperatura alcance los
20°C y la humedad relativa sea de 70%. Cada carda cuenta con un cuerpo intermedio
llamado móreles formados por dos escobillas de cerda y dos cilindros con guarnición
especial que permite liberar en gran parte los vegetales de la lana por los bateadores.
El cardado propiamente tal es la apertura del material fibroso realizado en cilindros
rotatorios cubiertos con tela de carda, un material en hoja gruesa, en la que se han insertado
en distribución muchas superficies que giran en la misma dirección, punta contra punta.
En este procedimiento las fibras quedan plenamente separadas y estiradas a medida
que una superficie las toma de la otra contra la resistencia mecánica. El principio del
despojo comprende la separación o transferencia del material cardado desde el cilindro de
la carda. El velo, delgada capa de fibras, pasa por un tubo en forma de embudo, del que sale
convertido en banda.
ETAPA I : La cinta de lana pasa por una máquina que cumple la función de mejorar el
paralelismo de la fibra así como ordenarla, hacerla más uniforme y darle estiraje.
ETAPA II : La banda se somete a un nuevo ordenamiento y estiraje.
Figura 2.8 Entrada a la Etapa de Cardado
15
Figura 2.9 Maquina Cardadora
2.2.5. PROCESO DE PREPARACIÓN AL PEINADO
El proceso de preparación comprende de 3 pasajes de máquinas Gills Intersecting
(GN5) y Gills de cadenas (GC15).
De las púas de acero de la máquina las cintas de lana pasan hacia los rodillos de
alimentación, luego los peines que paralelizan y controlan las fibras en la zona de estiraje
para finalmente pasar en los rodillos de estiraje, los cuales giran a una velocidad mayor que
los rodillos de alimentación provocando el estiraje de las cintas de lana.
Para cumplir con los objetivos de preparación, la lana debe pasarse por los tres
pasos, en caso de falla de alguna máquina ya sea de la primera o segunda etapa, se podrá
saltar un paso dependiendo del tipo de lana.
Los objetivos de este proceso son:
• Reducción de irregularidades del material cardado.
• Una mezcla homogénea de las fibras.
• Paralelización de las fibras.
• Un estiraje de las fibras.
• Preparado de bobinas para peinadoras.
• Agregar agua / ensimaje (aceites) para mejorar la cohesión de las fibras para evitar
la ruptura de las fibras.
16
Figura 2.10 Proceso de Preparación al Peinado GN5 1era Etapa
Figura 2.11 Proceso de Preparación al Peinado GN5 3era Etapa
2.2.6. PROCESO DE PEINADO
El peinado tiene por objeto separar de las fibras largas todas las impurezas y fibras
cortas que no fueron eliminadas en los procesos anteriores (cardado y preparación), además
de dividir la masa de fibras en 3 partes bien definidas:
Tops: Fibras largas.
Blousse de Primera: Corresponde a fibras cortas con impurezas de Neps
(aglomeración de las fibras de lana) y vegetales.
Blousse de Segunda: Corresponde a fibras de pelusillas y polvillo.
17
Figura 2.12 Peinadoras
2.2.7. PROCESO DE TERMINACIÓN
El proceso de terminado del producto consiste en regularizar las cintas ya peinadas
dándoles un peso determinado y forma con la denominación de: Bobinas de Tops Peinado,
Bumps de Tops Peinado.
Las cintas después del peinado salen débiles por lo que es necesario restablecer el
escalonamiento de las fibras, entrelazarlas y regularizarlas para darles firmeza nuevamente,
a través de un doblado y estirado, además de la aplicación de agua en spray (cuarta etapa).
En la quinta etapa es el acabado propiamente tal con cintas de un peso determinado
en Bobinas o Bumps.
Figura 2.13 Salida de Peinadoras 4ta Etapa GS15
18
Figura 2.14 5ta Etapa Bumps 10 Kg
2.2.8. PROCESO DE ENFARDADO Y MARCAS
Una vez finalizado el proceso de terminación y obtenido el producto final Tops en
sus diferentes formas, bobinas 10 kg, bumps 45 kg ó 10 kg, este producto comienza su
proceso final de enfardado y marcas correspondientes.
El embalaje o enfardado, debe garantizar una buena conservación del producto y a
su vez debe cumplir con los requisitos de proteger y evitar la contaminación de otros
agentes en el transporte, además el material debe resistir la manipulación del fardo, como
por ejemplo montacargas y el apilado de fardos, etc.
Los materiales utilizados para el enfarde son bolsones de polietileno y alambres
Quicklink.
Figura 2.15 Prensa Hidráulica
19
Figura 2.16 Fardos de Productos Terminados
2.3. PRINCIPALES EFLUENTES DE LA INDUSTRIA
LANERA
Las principales fuentes generadoras de residuos líquidos de las procesadoras de
lana son las aguas de lavado, que son utilizadas con el fin de eliminar impurezas de la lana.
Estas aportan gran cantidad de la carga orgánica y sólidos suspendidos como se muestra en
la Tabla 2.3 (Cepis, 1994).
Las grasas y aceites son el principal componente de la carga orgánica presentes en el
agua de lavado.
Tabla 2.3 Parámetros de Contaminación en la Etapa de Lavado del Proceso de Lanas
Proceso
Consumo de
Agua
( )LanaKgL
DBO
( )Lmg
DQO
( )Lmg
Sólidos
Suspendidos
( )Lmg
Sólidos
Disueltos
( )Lmg
Grasas
( )Lmg
pH
Lavado 10 - 40 5.000 – 25.000 10.000 – 45.000 12.500 6.600 4.000 8 - 9
FUENTE: Cepis – OPS, 1994.
Otra fuente de contaminación son las aguas domésticas provenientes del casino y los
baños, estos residuos líquidos en comparación a la de los lavaderos no son relevantes por lo
cual no consideraran en este trabajo. Por otro lado estas aguas serán tratadas en forma
20
independiente a la contaminación producida por los lavaderos (Conversaciones con jefe de
planta lanera Standard Wool).
2.4. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS PRINCIPIOS Y
TECNOLOGÍAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS
Una planta de tratamiento para efluentes de cualquier procesadora de lana, requiere
ser diseñada para remover los niveles contaminantes de parámetros, tales como: materia
orgánica (DBO5 o DQO), aceites y grasas, sólidos suspendidos, nitrógeno total Kjeldahl.
Para disminuir estos contaminantes se sugiere en este trabajo diseñar un sistema de
tratamiento que considere un tratamiento físico, químico y biológico.
A continuación, se describen brevemente los procesos de tratamientos que pueden
utilizarse:
2.4.1. TRATAMIENTOS FÍSICOS
Se basan en provocar un cambio físico en las propiedades de los contaminantes. Son
los tratamientos más simples. En general, buscan la eliminación del contaminante como
sólido o combinado con sólido o líquido.
• Desbaste
El desbaste tiene por objeto el retener y separar los cuerpos voluminosos, flotantes y
en suspensión que el agua arrastra consigo. Con ello, se consigue: (1) Proteger los
elementos posteriores, (2) Evitar obstrucciones en canales, conducciones y tuberías, (3)
Eludir posibles depósitos posteriores, (4) Aumentar la eficacia y operabilidad de los
elementos posteriores.
Los elementos utilizados para tal fin son las denominadas rejas y tamices.
21
- Rejas
Las rejas están compuestas por varillas y barras paralelas, de diferentes secciones,
con abertura de tamaño uniforme, y que se sitúan en posición transversal al caudal de tal
forma que el agua ha de pasar a través de ellas, quedando los sólidos retenidos. Estas barras
aunque alguna vez se disponen en posición vertical la regla general es que deben instalarse
con un ángulo de 45 a 60° con la vertical. La colocación de la reja se lleva a cabo en un
canal de forma lo más regular posible, y en un tramo recto, con el fin de conseguir una
velocidad de aproximación lo más homogénea posible (Figura 2.17). Las rejas de barras se
pueden limpiar manual o mecánicamente. Las rejas de limpieza manual se emplean
frecuentemente en pequeñas estaciones de bombeo de agua residual antes de las bombas y
en instalaciones de pequeño tamaño. La longitud de estas rejas no deberá exceder de lo que
permita su correcta limpieza, (aproximadamente 3 m). Las barras que conforman la reja no
suelen exceder los 10 mm de anchura por 50 mm de profundidad. Las rejas de limpieza
mecánica se dividen en cuatro tipologías principales: (1) rejas de funcionamiento mediante
cadenas, (2) Rejas de movimiento oscilatorio, (3) catenarias y (4) rejas accionadas mediante
cables (Tchobanoglous, 1995).
Figura 2.17 Fotografía de Rejas Instaladas en un Canal de Aguas Residuales
- Tamices
El tamizado es una filtración sobre un soporte delgado. Se trata de hacer pasar el
agua a través de una chapa con perforaciones o de un enrejado muy fino (Figura 2.18). Se
22
considera como una reja fina o muy fina. Los tamices son del tipo estático (fijos) o de
tambor giratorio. Los tamices estáticos de malla en sección de cuña tienen aberturas entre
0,2 y 1,2 mm, se diseñan para caudales entre 400 y 1.200 min2 ⋅mL de superficie de tamiz,
y generan pérdidas de carga de entre 1,2 y 2,1 m. La malla filtrante está formada por
pequeñas barras de acero inoxidable en sección de cuña orientadas de forma que la parte
plana de aquella está encarada al flujo. Para su instalación estos tamices precisan una
superficie considerable, y se deben limpiar una o dos veces al día con agua caliente a
presión, vapor o con agente desengrasante, para eliminar las acumulaciones de grasas. En el
caso del tamiz de tambor, la malla se monta sobre un cilindro giratorio que se coloca un
canal. El agua residual puede circular, bien entrando por un extremo del tambor y saliendo
del mismo a través de la malla filtrante, recogiéndose los sólidos en la superficie interior de
esta, o entrando por la parte superior del elemento y saliendo por el interior del tambor,
produciéndose la recogida de sólidos en la superficie exterior del tamiz. Como medio
separador se emplea una malla ranurada o con sección en cuña construida con acero
inoxidable. En el diseño se tiene en cuenta la evacuación en continuo de los sólidos
retenidos, operación que se complementa con rociado con agua para mantener limpio el
separador. Las pérdidas de carga producidas en los tamices pueden oscilar entre 0,8 y 1,4
m. Los tamices de tambor están disponibles en diversos tamaños, con diámetros variables
entre 0,9 y 1,5 m y longitudes que van desde 1,2 a 3,7 m. Normalmente las aberturas de los
tamices oscilan entre 0,2 y 6 mm (Tchobanoglous, 1995).
23
Figura 2.18 Esquema del Funcionamiento de un Tamiz Rotatorio
• Desaceitado y Desengrasado
El desaceitado es una operación líquido-líquido, en tanto que el desengrase es una
operación de separación sólido-líquido.
La eliminación de los aceites y las grasas se justifica por los problemas que
ocasionan, tales como: (1) Incremento de la materia orgánica, (2) Obstrucciones y
recubrimientos de los diferentes elementos, (3) Reducción de la eficacia de separación de
los sedimentadores primarios por una cierta flotación de partículas pequeñas, (4) Alteración
del proceso de fangos activos por disminución de la transferencia de oxígeno y
participación en el “bulking”, (5) Perturbación de los procesos de digestión de lodos.
La separación se basa en la diferencia de densidad entre los distintos elementos.
Los aceites y grasas son generalmente más ligeros que el agua, por lo que tienden a
subir a la superficie, flotación natural. En ocasiones se hace preciso la introducción de aire
y aditivos de aglomeración, flotación artificial (Bueno J., Sastre H., Lavín A., 1997).
• Sedimentación
Se basa en la separación por la acción de la gravedad de los contaminantes sólidos,
cuya densidad sea mayor la del líquido. Los sólidos se depositarán en el fondo del equipo,
de donde son retirados. Las densidades relativas de los sólidos eliminados están
comprendidas entre 1,05 y 2,6 (Figura 2.19) (Bueno J., Sastre H., Lavín A., 1997).
24
Figura 2.19 Esquema del Funcionamiento de un Sedimentador
• Flotación
Se basa en la separación por diferencia de densidad de los contaminantes sólidos
cuya densidad es menor que la del líquido. Esta flotación puede ser natural o provocada,
como cuando se introduce aire para favorecerla. Los sólidos se recogen en la superficie del
líquido (Figura 2.20) (Bueno J., Sastre H., Lavín A., 1997).
Figura 2.20 Equipo de Flotación de Aire Disuelto
• Filtración
Se fundamenta en el proceso de retención que provoca la interposición de un medio
poroso al paso del líquido. Los sólidos quedan retenidos en la superficie o en el interior del
medio poroso, según donde se realice el proceso de filtración. Como medio poroso se
utilizan materiales tales como: arena, carbón, vidrio y cerámicas porosas (Bueno J., Sastre
H., Lavín A., 1997).
25
• Evaporación
Se persigue la vaporización de un líquido de una solución o de una suspensión. El
objetivo es concentrar la solución. Para ello se requiere un aporte de energía (Bueno J.,
Sastre H., Lavín A., 1997).
• Adsorción
Por medio de un sólido se busca retirar un contaminante de una solución. El
contaminante se fija, física o químicamente, en la superficie del sólido. Como sólidos se
utilizan carbón activo y zeolitas, entre otros (Bueno J., Sastre H., Lavín A., 1997).
• Desorción-Stripping
Se provoca un stripping (desorción) cuando se pone en contacto una masa líquida
con aire, al cual se transfiere un contaminante. Este proceso es típico para la eliminación de
amoníaco de las aguas (Bueno J., Sastre H., Lavín A., 1997).
• Extracción
Por este proceso se retira un contaminante de una masa líquida al ponerla en
contacto con otro líquido no miscible con ella, y en el cual el contaminante es más soluble
(Bueno J., Sastre H., Lavín A., 1997).
2.4.2. TRATAMIENTOS QUÍMICOS
Estos tratamientos modifican las propiedades químicas de los contaminantes. Se
persigue la destrucción química del contaminante o la conversión del mismo en otro
producto que sea fácilmente separable.
• Coagulación-Floculación
Se realiza la separación de sólidos de pequeño tamaño mediante un proceso de
agregación (coagulación – floculación), lo cual permite aumentar el tamaño de los sólidos y
utilizar algunos de los tratamientos físicos anteriores para la separación. Para ello, se
utilizan sustancias, coagulantes y floculantes, que provocan la unión entre las partículas de
26
los sólidos, generando sólidos de mayor tamaño (Figura 2.21) (Bueno J., Sastre H., Lavín
A., 1997).
Figura 2.21 Mecanismo de Coagulación – Floculación
• Precipitación Química
Mediante este tratamiento se consigue que contaminantes solubles se transformen en
formas insolubles, disminuyéndose la solubilidad del contaminantes en el líquido. Para ello,
se añaden diferentes aditivos, tales como: lechada de cal, hidróxido sódico o carbonato
sódico, entre otros. Los contaminantes son posteriores eliminados por tratamientos físicos.
Se utiliza, principalmente, para eliminar metales pesados de las aguas o compuestos de
fósforo en aguas residuales (Bueno J., Sastre H., Lavín A., 1997).
• Oxidación/Reducción Química
Consisten en reacciones en las cuales las moléculas de uno de los reactivos pierden
electrones (oxidación) mientras que las moléculas del otro las gana (reducción). Se han de
utilizar aditivos oxidantes, como peróxido de hidrógeno, ozono, cloro y permanganato
potásico: y también reductores, como sulfito sódico (Bueno J., Sastre H., Lavín A., 1997).
27
• Reducción Electrolítica
Este tratamiento incluye reacciones de oxidación / reducción sobre la superficie de
los electrodos, cátodo y ánodo. Se provoca una deposición del contaminante sobre uno de
los electrodos, generalmente el cátodo. Es principalmente un procedimiento de
recuperación (Bueno J., Sastre H., Lavín A., 1997).
• Desinfección
La desinfección consiste en la destrucción selectiva de los organismos que causan
enfermedades. En el campo de las aguas residuales, las tres categorías de organismos
entéricos de origen humano de mayor consecuencia en la producción de enfermedades son
las bacterias, los virus y los quistes amebianos. Los requisitos que un desinfectante ideal
debe cumplir es una gran variedad de características. También es importante que los
desinfectantes sean seguros en su aplicación y manejo, y que su fuerza o concentración en
las aguas tratadas sea medible y cuantificable. Los métodos más empleados para llevar a
cabo la desinfección son: (1) agentes químicos, (2) agentes físicos, (3) medios mecánicos, y
(4) radiación (Tchobanoglous, 1995).
• Intercambio Iónico
Consiste en poner en contacto un líquido con un sólido que presente facilidad para
intercambiar iones, cationes o aniones (Figura 2.22). Como sólido de intercambio se
utilizan resinas. Se aplica principalmente para eliminar dureza del agua, iones de calcio y
magnesio (Bueno J., Sastre H., Lavín A., 1997).
28
Figura 2.22 Esquema de un Sistema de Intercambio Iónico
• Ósmosis Inversa
En este tratamiento se realiza la migración de agua a través de una membrana
semipermeable que separa soluciones de diferente concentración. La membrana es
permeable al agua, pero retiene los contaminantes disueltos, tales como: sales y
componentes de alto peso molecular. En este caso se aplica una presión a la solución más
concentrada para conducir el agua hacia el lado de la menos concentrada, en contra del
flujo osmótico normal (Bueno J., Sastre H., Lavín A., 1997).
2.4.3. TRATAMIENTOS BIOLÓGICOS
Estos tratamientos utilizan mecanismos biológicos y bioquímicos para llevar a cabo
un cambio químico en las propiedades de los contaminantes. Estos tratamientos se basan en
la utilización como alimento de ciertos compuestos orgánicos por los microorganismos, con
lo que se generan nuevos microorganismos. En ellos se persigue una doble acción, la
degradación de contaminantes orgánicos y la formación de flóculos biológicos fácilmente
separables.
29
⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪
⎩
⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪
⎨
⎧
⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪
⎩
⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪
⎨
⎧
⎪⎪⎪⎪
⎩
⎪⎪⎪⎪
⎨
⎧
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
⎪⎪
⎩
⎪⎪
⎨
⎧
⎩⎨⎧
⎩⎨⎧
EGSBUASBContactoRCTA
SecaDigestiónLotesPor
sSuspendido
FluidizadoLechoExpandidoLecho
FijaPeliculaAnaerobioFiltro
Fijos
Anaerobios
etc.Aireadas,LagunasActivosLodos
sSuspendido
etc.Biodiscos,sBacterianoFiltros
FijosAerobios
BiologicosProcesos
Figura 2.23 Clasificación de Procesos Biológicos
• Filtros Bacterianos
En este proceso los microorganismos se presentan fijos sobre un soporte, mientras
que el líquido fluye a través de ellos.
El oxígeno necesario se introduce en el sistema por tiro natural, o mediante tiro
forzado en caso necesario.
Consiste en un lecho formado por un medio sumamente permeable al que se
adhieren los microorganismos y a través del cual se percola el agua residual. El medio
filtrante suelen estar formado por piedras o diferentes materiales plásticos de relleno. En el
caso de filtros con medio filtrante con piedra, el diámetro de las piedras oscila entre 2,5 y
10 cm. La profundidad del lecho varía en cada diseño particular, pero suele situarse entre
0,9 y 2,5 metros, con una profundidad media de 1,8 metros. Los filtros de piedra suelen ser
circulares, y el agua se distribuye por la parte superior del filtro mediante un distribuidor
rotatorio.
Los filtros que emplean lechos de material plástico pueden tener diversas formas,
habiéndose construido filtros circulares, cuadrados y de otras formas diversas, con
profundidades entre 4 y 12 metros. Se suelen emplear tres tipos de medios filtrantes
30
plásticos: (1) relleno de flujo vertical, (2) relleno de flujo transversal y (3) otras
distribuciones de relleno a granel.
Los filtros incluyen un sistema de drenaje inferior para recoger el líquido tratado y
los sólidos biológicos que se hayan separado del medio. Este sistema de drenaje inferior es
importante, tanto como instalación de recogida como por su estructura discontinua a través
de la cual puede circular aire. El líquido recogido pasa a un tanque de sedimentación en el
que se separan los sólidos del agua residual. En la práctica, se recicla una parte del líquido
recogido en el sistema de drenaje inferior o del efluente del tanque de sedimentación, para
diluir la concentración del agua residual que entra en el sistema y para mantener la
humedad de la película biológica (Tchobanoglous, 1995).
• Lodos Activos
Consiste en poner en contacto, en suspensión, un licor constituido por
microorganismos con el líquido a depurar. El proceso es aerobio, por lo que se precisa la
introducción de oxígeno, por medio de burbujeadores o mediante aireadores superficiales
(Figura 2.24).
El residuo orgánico se introduce en un reactor, donde se mantiene un cultivo
bacteriano aerobio en suspensión. El contenido del reactor se conoce con el nombre de
líquido mezcla. El ambiente aerobio en el reactor se consigue mediante el uso de difusores
o de aireadores mecánicos, que también sirven para mantener el líquido de mezcla en
estado de mezcla completa. Al cabo de un periodo determinado de tiempo, la mezcla de las
nuevas células con las viejas se conduce hasta un tanque de sedimentación para su
separación del agua residual tratada. Una parte de las células sedimentadas se recircula para
mantener en el reactor la concentración de células deseada, mientras que la otra parte se
purga del sistema, la fracción corresponde al crecimiento de tejido celular (Tchobanoglous,
1995).
31
Figura 2.24 Fotografía de Lodos Activos
• Lagunas Aireadas
El proceso de lagunaje aireado es esencialmente el mismo que el de fangos activos
de aireación prolongada convencional, excepto que se usa como reactor un deposito
excavado en el terreno por lo que se precisan extensiones importantes. El oxígeno necesario
en el proceso se suministra mediante aireadores superficiales. En una laguna aerobia, la
totalidad de los sólidos se mantienen en suspensión. En la actualidad se utilizan muchas
lagunas aireadas complementadas con instalaciones de sedimentación e incorporando
recirculación de sólidos biológicos (Tchobanoglous, 1995).
• Biodiscos
Son procesos intermedios entre los filtros bacterianos y los lodos activos, pues
presentan una superficie amplia para la fijación de los microorganismos parcialmente
sumergida dentro de un tanque con licor mezcla. La aireación se realiza mediante el giro
continuo de la superficie de fijación.
Un reactor biológico rotativo de contacto consiste en una serie de discos circulares
de poliestireno, o cloruro de polivinilo, situados sobre un eje, a corta distancia unos de
otros. Los discos están parcialmente sumergidos en el agua residual y giran lentamente en
el seno de la misma.
En el funcionamiento de un sistema de este tipo, el crecimiento biológico se adhiere
a las superficies de los discos, hasta formar una película biológica sobre la superficie
32
mojada de los mismos. La rotación de los discos pone la biomasa en contacto, de forma
alternativa, con la materia orgánica presente en el agua residual y con la atmósfera, para la
adsorción de oxígeno. La rotación del disco induce la transferencia de oxígeno y mantiene
la biomasa en condiciones aerobias. La rotación también es el mecanismo de eliminación
del exceso de sólidos en los discos por medio de los esfuerzos cortantes que origina y sirve
para mantener en suspensión los sólidos arrastrados, de modo que puedan ser transportados
desde el reactor hasta el clarificador. Los biodiscos se pueden utilizar como tratamiento
secundario, y, también, se pueden emplear para la nitrificación y desnitrificación
estaciónales o permanentes (Tchobanoglous, 1995).
• Degradación Anaerobia
Los procesos anaerobios se presentan en igual forma que los anteriores con la
diferencia de la ausencia de oxígeno para poder realizar la degradación.
En este proceso se produce la descomposición de la materia orgánica e inorgánica
en ausencia de oxigeno molecular. La materia orgánica contenida en la mezcla de fangos
primarios y biológicos se convierte biológicamente, bajo condiciones anaerobias, en
metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2). El proceso se lleva a cabo en un reactor
completamente cerrado. Los fangos se introducen en el reactor en forma continua o
intermitentemente, y permanecen en su interior durante periodos de tiempo variables. El
fango estabilizado, que se extrae del proceso continuo o intermitentemente, tiene un bajo
contenido en materia orgánica y patógena, y no es putrescible. Los dos tipos de digestores
anaerobios más empleados son los de alta y baja carga. En el proceso de digestión de baja
carga, no se suelen calentar ni mezclar el contenido del digestor, y los tiempos de detención
oscilan entre 30 y 60 días. En los procesos de digestión de alta carga el contenido del
digestor se calienta y mezcla completamente. El tiempo de detención necesario suele ser de
15 días o menos. La combinación de estos dos procesos se suele conocer con el nombre de
proceso de doble etapa. La función básica de la segunda etapa consiste en separar los
33
sólidos digeridos del líquido sobrenadante, aunque puede tener lugar una digestión
adicional y una cierta producción de gases (Tchobanoglous, 1995).
2.5. SIMULACIÓN DE PROCESOS
Los modelos son una descripción matemática de una serie de procesos que ocurren
en un espacio delimitado. En el tratamiento de aguas, los modelos se expresan a través de
balances de materia que toman en cuenta la cinética de reacción de los procesos (procesos
de transformación), la hidrodinámica (tipo de flujo y mezcla del reactor) y el transporte de
materia a través de los límites del sistema (flujos de entrada y salida). Los simuladores de
plantas de tratamiento los cuales se basan en los modelos matemáticos incorporados se
utilizan como herramienta para el diseño y verificación de los sistemas de tratamientos de
efluentes industriales.
Existen diversos software del área medio ambiental, entre ellos se encuentra
SuperPro Designer de la compañía INTELIGENT INC. utilizado para diseñar las plantas,
considerando un régimen estacionario y Aquasim que presenta todas las ventajas de la
simulación dinámica y el cual tiene implementado los conceptos ASM1 (modelo que
describe la degradación de materia orgánica, nitrificación y desnitrificación en un proceso
biológico).
Algunas características del software SuperPro Designer son:
- Los diagramas y reportes generados por SuperPro Designer pueden ser incorporados
en planillas, procesadores de texto y programas de diseño gráfico lo que permite
trabajar con los datos según el requerimiento del usuario.
- SuperPro Designer facilita el diseño y la selección de alternativas, con lo cual los
costos asociados a materias ambientales de un proyecto pueden ser minimizados.
- Es ampliamente utilizado por industrias que ocupan SuperPro Designer como una
herramienta para sus procesos, al igual que prestigiosas universidades alrededor del
34
mundo, para desarrollar investigaciones aplicadas.
Algunas características del software Aquasim son:
- La modelación dinámica permite predecir la calidad del efluente, la demanda de
oxígeno y la producción de lodo en respuesta a las fluctuaciones en tiempo real de
la carga y del caudal del influente.
- Una vez que se tiene modelado y calibrado una planta, el modelo se puede utilizar
para fines de diagnóstico, proyección, comparación de variantes, probar cambios en
la operación, etc.
2.6. NORMATIVA LEGAL
Cualquier política que se adopte para la prevención y control de la contaminación
debe estar respaldada por una legislación adecuada que permita a las entidades
fiscalizadoras actuar de manera eficaz. Esta legislación debe ser encarada desde una
perspectiva técnica, con antecedentes aportados por diferentes disciplinas científicas, tales
como ingeniería, biología y química que aseguren que las medidas de protección del medio
ambiente sean adecuadas.
La legislación ambiental chilena se ha desarrollado frente a problemas específicos
tales como la salud, seguridad en el trabajo, limpieza y mantención de los cursos de agua,
eliminación de los desechos y construcción urbana.
Se ha ido otorgando una serie de facultades y competencias específicas a los
distintos Ministerios y Servicios Públicos en una variedad de temas relacionados con el
medio ambiente. La problemática del control de los Residuos Líquidos Industriales ha sido
abordada de igual manera.
A continuación se tabulan algunas de las más importantes leyes, reglamentos y
decretos que rigen la emisión y control de Riles:
35
Tabla 2.4 Legislación y Reglamentación – Riles
Ley y/o Decreto Año Descripción
Ley 3.133 1916 Neutralización de los Residuos Provenientes de Establecimientos Industriales
D.S. MOP N°351 1992 Reglamento de la ley N° 3.133, modificado por D:S:MOP N° 1.172 de 1997
Ley 18.902 1990 Crea la Superintendencia de Servicios Sanitarios y le otorga la Facultad de Control de Riles en Articulo 2
Ley 19.300 1994 Ley de Bases del Medio Ambiente. Establece Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental
D.S. SEGPRES N°30 1997 Reglamento del Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental
Ley 18.902 1990 Modificada por Ley N° 193.549 de 1998, Establece Sanciones a Establecimientos Industriales por Causas que Señala en Art. 11
Tabla 2.5 Normativa Ambiental – Riles y otras Descargas
Norma - Decreto Año Descripción
Norma NCh 1333 1978 Requisitos de Calidad de Agua para Diferentes Usos
D.S. MOP N°609 1998 Norma que regula Descargas a Sistemas de Alcantarillado, vigente desde agosto de 1998
D.S. MOP N°3592 2000 Modifica Norma D.S. MOP N°609/98
1992 Norma Provisoria SISS que regula las Descargas a Aguas Subterráneas.
Res. SISS N°2327 2000
Hace Extensiva Norma Provisoria SISS que regula Descargas de Riles a Aguas Superficiales a los Concesionarios de Servicio Público de Disposición de Aguas Servidas
D.S. SEGPRES N°90 2000 Norma que regula todo Tipo de Descargas a Aguas Marinas y Continentales Superficiales
Las descargas de residuos líquidos de la industria lanera Standard Wool se efectúan
al interior de la zona de protección litoral (aguas marinas) por lo tanto deberá cumplir con
los valores contenidos en la Tabla 2.6 que se especifican en el D.S. SEGPRES N°90.
36
Tabla 2.6 Límites Máximos Permitidos para la Descarga de Residuos Líquidos a
Cuerpos de Agua Marinos Dentro de la Zona de Protección Litoral
(D.S. SEGPRES N°90)
Contaminante Unidad Expresión Límite Máximo
Permisible Aceites y Grasas mg/L A y G 20 Aluminio mg/L Al 1 Arsénico mg/L As 0,2 Cadmio mg/L Cd 0,02 Cianuro mg/L CN- 0,5 Cobre mg/L Cu 1 Coliformes Fecales o Termotolerantes NMP/100 ml Coli/100 ml 1000-70*
Indice de Fenol mg/L Fenoles 0,5 Cromo Hexavalente mg/L Cr6+ 0,2 Cromo Total mg/L Cr Total 2,5 DBO5 mg O2/L DBO5 60 Estaño mg/L Sn 0,5 Fluoruro mg/L F- 1,5 Fósforo mg/L P 5 Hidrocarburos Totales mg/L HCT 10 Hidrocarburos Volátiles mg/L HCV 1 Hierro Disuelto mg/L Fe 10 Manganeso mg/L Mn 2 Mercurio mg/L Hg 0,005 Molibdeno mg/L Mo 0,1 Níquel mg/L Ni 2 Nitrógeno Total Kjeldahl mg/L NKT 50 PH Unidad pH 6,0 - 9,0 Plomo mg/L Pb 0,2 SAAM mg/L SAAM 10 Selenio mg/L Se 0,01 Sólidos Sedimentables m1/1/h S SED 5 Sólidos Suspendidos Totales mg/L SS 100
Sulfuros mg/L S 2- 1 Zinc mg/L Zn 5 Temperatura ºC Tº 30
37
38
3.1. OBTENCIÓN DE INFORMACIÓN
La caracterización de los efluentes se basó principalmente en datos bibliográficos,
entre ellos tenemos: análisis realizados por los laboratorios Tecnolab y SGS desde mayo de
1995 hasta septiembre 2003, archivos que se encuentran en la planta lanera, datos del
Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Medio Ambiente (Cepis,
1994), análisis realizados en la Universidad de Magallanes (Flogia K., Curilaf C., 2003) y
experiencias de laboratorio propias. Además para verificar datos especiales y encontrar
relaciones entre las distintas variables se realizaron ensayos adicionales a muestras
puntuales ya que se toma como hipótesis que dichas relaciones se pueden considerar
aproximadamente constantes.
3.2. METODOLOGIA DE CARACTERIZACIÓN
ADICIONAL DE EFLUENTES
3.2.1. FECHAS DE MUESTREO
Todas las muestras tomadas fueron puntuales a la descarga con la planta
funcionando a capacidad total en forma continua. Las fechas de los muestreos se
encuentran en la Tabla 3.1.
Los análisis se realizaron en tres muestreos.
Tabla 3.1 Fechas de Muestreos
Nº Muestreo Fecha
1 12/05/2003
2 30/05/2003
3 11/06/2003
39
3.2.2. ANÁLISIS DE LABORATORIO
La determinación de contaminantes se efectuó de acuerdo a los métodos
establecidos en las normas chilenas oficiales.
- Determinación de Nitrógeno Kjeldahl: NCh 2313/28, Of 98, Decreto Supremo
N°2557 de 1998 del Ministerio de Obras Públicas: Aguas Residuales – Método de
Análisis – Parte 28: Determinación de Nitrógeno Kjeldahl.
- Determinación de Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO): Método
respirométrico.
- Determinación de Demanda Química de Oxígeno (DQO): NCh 2313/24, Of 97,
Decreto Supremo N°1144 de 1998 del Ministerio de Obras Públicas: Aguas
Residuales – Método de Análisis – Parte 24: Determinación de la Demanda
Química de Oxigeno (DQO).
- Determinación de Nitratos: Método Colorimétrico.
- Determinación de Fosfatos: Método Colorimétrico.
- Determinación de Aceites y Grasas: NCh 2313/6, Of 97, Decreto Supremo N°317
de 1997 del Ministerio de Obras Públicas: Aguas Residuales – Método de Análisis
– Parte 6: Determinación de Aceites y Grasas.
- Determinación de Sólidos Suspendidos: NCh 2313/3, Of 95, Decreto Supremo
N°545 de 1995 del Ministerio de Obras Públicas: Aguas Residuales – Método de
Análisis – Parte 3: Determinación de Sólidos Suspendidos Totales secados a 103°C
– 105°C.
40
3.3. CAUDALES DE LOS EFLUENTES
Para obtener los caudales de los efluentes de la planta lanera Standard Wool se
tienen dos fuentes: datos de GSI Ingenieros Consultores Ltda. y resultados obtenidos en
caracterización independiente mediante un balance de materia.
En la Tabla 3.2 se muestran los caudales de los efluentes de la planta Standard
Wool obtenidos por (GSI, 1994).
Tabla 3.2 Datos de Caudal
Caudal de RIL Estimado
(en base de consumos de agua)
Mensual
( )mesm3
Medio Horario
( )hm3
Medio Horario
( )sL
Medio Medio Medio
3.552 10,3 2,9
FUENTE: GSI, 1994.
Debido a que la planta lanera trabaja en forma continua de lunes a sábado en turnos
de 8 horas, desde que entra la materia prima hasta que está lavada - enfardada y el día
domingo se realiza el lavado de tinas, es decir se retira de ellas el agua presente, se
realizaron dos balances de materiales: (1) tomando los datos de operación continua (lunes a
sábado) y (2) el domingo el lavado de tinas.
En la Figura 3.1 se muestra el balance de materiales en el proceso continuo.
41
42
Los datos presentados en el balance de materiales continuo es el promedio de un
registro continuo obtenido en la empresa en donde se almacena la cantidad de agua que
entra a la planta, cantidad de lana procesada, descarga final, temperaturas de las tinas,
planta de grasa, etc. (Tabla 3.3). Entre las diferentes medidas se tomó el promedio ya que
no existen grandes variaciones.
Tabla 3.3 Informe de Planta Mensual
1era
Semana
2da
Semana
3era
Semana
4ta
Semana Promedio
Promedio
Turno
Flujos
(Kg/h)
Lana
Sucia (Kg) 98.871 132.097 95.380 80.452 101.700 6.054 757
Agua (L) 11.205.237 1.970.887 1.418.301 1.085.297 1.419.931 84.520 10.565
Producción
Tops (Kg) 66.278 56.596 70.905 48.806 60.646 3.610 451
Producción
Grasa (Kg) 3.238 3.105 4.572 4.305 3.805 227 28
Días
Trabajados 5,7 5,7 6,0 5,0 5,6 - -
FUENTE: Datos Obtenidos de Planta Lanera Standard Wool.
Otros datos importantes que se deben tener en cuenta son: la lana tiene un 12% de
grasa, la grasa recuperada tiene un 1% de humedad y la lana limpia tiene un 16% de
humedad (datos de Planta Standard Wool).
En la Figura 3.2 se muestra el balance de materiales de lavado de tinas (opción
discontinua, día domingo).
43
44
En el lavado de tinas no existe entrada de agua, por esta razón para él calculo del
caudal se tomó en cuenta el volumen de las tinas (Tabla 3.4), el agua presente en la planta
de grasa y que la descarga se demora 1 hora aproximadamente.
Tabla 3.4 Volumen de Tinas
Tina Volumen (L)
1 6.600
2 3.300
3 3.300
4 3.500
5 5.750
6 5.650
Total 28.100
FUENTE: Datos obtenidos de la Planta Lanera Standard Wool
Los resultados de los balances de materia se muestran en la Tabla 3.5.
Tabla 3.5 Caudales de Tratamiento
Caudal (m3/h) Observaciones
Operación Continua 10,6 Lunes – Sábado a Caudal Constante
Lavado de Tinas 36,7 Domingo en 1 h de descarga
En comparación a lo obtenido en el balance de materiales (proceso continuo) y los
resultados de la Tabla 3.2 (GSI, 1994), son similares los caudales medio horario por lo cual
el balance de materia es válido, aunque cabe destacar que el valor de la descarga en el
lavado de tinas es mayor, por lo que se podría pensar en tener un estanque de
almacenamiento y así obtener un caudal igual al medio horario. Se debe señalar que este
estanque no se consideró en la simulación.
45
3.4. CARACTERIZACIÓN DE PARÁMETROS
CONTAMINANTES
3.4.1. DQO
En el análisis de DQO para la muestra se utilizó un factor de dilución de 50.
La curva de calibración utilizada es:
(3.1)
Donde
λ : Longitud de onda = 600 nm.
Y : Absorbancia.
X : Concentración ( )Lmg .
En la Tabla 3.6 se muestran los resultados de concentración de DQO que se
encuentra en efluente.
Tabla 3.6 Resultados de Concentración de DQO
DQO Foglia K. y Curilaf C. Experiencia Propia
Concentración Promedio (mg/L) 1.419 1.774
Concentración Máxima (mg/L) 1.764 2.027
Concentración Mínima (mg/L) 1.074 1.520
Para llegar a un valor más representativo del análisis de DQO se optó por calcular el
intervalo de confianza (Tabla 3.7). Este resultado involucra cualquier error que pueda haber
ocurrido en el procedimiento del análisis.
016,00036,0 +⋅= XY
46
Tabla 3.7 Intervalo de Confianza de Concentración de DQO
DQO mínimo (mg/L) 1.520 DQOmáximo (mg/L) 2.027 Promedio (mg/L) 1.774 Desviación Estándar 359 α 0,05 Intervalo de Confianza (IC) 497 Promedio + IC (mg/L) 2.270
3.4.2. NITRATOS
En el análisis de Nitratos para la muestra se utilizó un factor de dilución de 10.
La curva de calibración utilizada es:
(3.2)
Donde
λ : Longitud de onda = 515 nm.
Y : Absorbancia.
X : Concentración ( )Lmg .
En la Tabla 3.8 se presentan los resultados de concentración de nitratos presente en
el efluente.
Tabla 3.8 Resultados de Concentración de Nitratos
Nitratos Foglia K. y Curilaf C. Experiencia Propia Tecnolab SGS
Concentración
Promedio (mg/L) 1.257 146 7 47
Concentración
Máxima (mg/L) 1.784 150 - 10
Concentración
Mínima (mg/L) 730 142 - 84
En las aguas de lavado solo se utiliza ceniza de soda y detergente Ultranex NP 95
que no contienen nitratos, por lo cual las concentraciones altas de nitratos pueden deberse a
XY ⋅= 0037,0
47
los fertilizantes con nitrógeno para enriquecer el suelo. También la lluvia, el riego, los
sistemas sépticos u otro tipo de aguas superficiales pueden acarrear los nitratos a través del
suelo y contaminar el agua de pozos y aguas subterráneas. Estas aguas son utilizadas en
baños por inmersión con insecticidas que se le hacen a los ovinos y pueden dejar residuos
en las fibras de lana. Los nitratos pueden afectar más fácilmente al agua de pozos si éstos
son poco profundos, no están bien construidos o si no tienen una ubicación adecuada.
Se descartan los valores altos de nitratos ya que la lana sucia proviene de diferentes
países en los cuales los fertilizantes con nitrógeno se utilizan en muy poca concentración, al
igual que las aguas de pozos. La Tabla 3.9 muestra el intervalo de confianza para el análisis
de Nitratos.
Tabla 3.9 Intervalo de Confianza de Concentración de Nitratos
NO3-1 mínimo (mg/L) 142
NO3-1
máximo (mg/L) 150 Promedio (mg/L) 146 Desviación Estándar 0,05 α 6 Intervalo de Confianza (IC) 8 Promedio + IC (mg/L) 154
3.4.3. FOSFATOS
En el análisis de Fosfatos para la muestra se utilizó un factor de dilución de 50 para
el primer muestreo y 10 para los restantes.
La curva de calibración utilizada es:
(3.3)
Donde
λ : Longitud de onda = 420 nm.
Y : Absorbancia.
X : Concentración ( )Lmg .
XY ⋅= 0037,0
48
En la Tabla 3.10 se presentan los resultados de concentración de fosfatos que se
encuentran en el efluente.
Tabla 3.10 Resultados de Concentración de Fosfatos
Fosfatos Foglia K. y Curilaf C. Experiencia Propia
Concentración Promedio (mg/L) 460 65
Concentración Máxima (mg/L) 803 58
Concentración Mínima (mg/L) 117 44
Las concentraciones altas de fosfatos puede deberse a que los principales
plaguicidas que se utilizan en la ganadería como antiparasitarios externos (piojicidas,
sanífugos o garrapaticidas) se encuentran los fosfatos inorgánicos u organofosforados
(Paratión, Malatión, Diazinón, Mercaptión entre otros). Otra de las fuentes de fosfatos en la
descarga es la utilización del detergente Jonclean F4 en dependencias de la empresa como
baños y cocina. Este detergente contiene entre un 4 a 10% de Tripolifosfato de Sodio.
Existe una gran diferencia en las concentraciones máxima y mínima de fosfatos
obtenida por Flogia K y Curilaf C. el cual incurre a un alto porcentaje de error, por lo que
cual se optó por calcular el intervalo de confianza (Tabla 3.11) para los resultados de la
experiencia propia.
Tabla 3.11 Intervalo de Confianza de Concentración de Fosfatos
PO4-3 mínimo (mg/L) 44
PO4-3
máximo (mg/L) 58 Promedio (mg/L) 51 Desviación Estándar 10 α 0,05 Intervalo de Confianza (IC) 14 Promedio + IC (mg/L) 65
49
3.4.4. ACEITES Y GRASAS
En el análisis de Aceites y Grasas para la muestra se utilizó un factor de dilución de
100 para el primer muestreo y 50 para los restantes.
En la Tabla 3.12 se presentan los resultados de concentración de Aceites y Grasas
que se encuentra en el efluente.
Tabla 3.12 Resultados de Concentración de Aceites y Grasas
Aceites y Grasas Foglia K. y Curilaf C. Experiencia Propia Tecnolab SGS GSI
Concentración
Promedio (mg/L)
24.400 125.750 4.080 1.271 222
Concentración
Máxima (mg/L)
25.600 197.000 6.876 2.133 -
Concentración
Mínima (mg/L)
23.200 54.500 1.285 409 -
Debido a una diferencia significativa en los resultados de los análisis se realizó un
balance de materiales (Figura 3.3), los datos necesarios se obtuvieron de la producción
mensual de lana, grasa y de la composición de la materia, asumiendo que ésta tiene
aproximadamente un 12% de grasa (Conversaciones con jefe de planta lanera), además de
datos de la Tabla 3.3 Informe de Planta Mensual.
50
51
Balance de Masa de Grasas:
(3.4)
Donde
XLG : Composición de grasa en la lana, 12%.
(3.5)
Del balance de masa (Ecuación 3.4) se obtiene que la grasa en la descarga es de 63 (Kg/h)
y la concentración es de 5.963 ( )Lmg de aceites y grasas.
Las diferencias de resultados entre los laboratorios se puede deber a que el procedimiento
utilizado para tal efecto no sea el más apropiado porque el efluente industrial posee una alta
carga de aceites y grasas, lo que hace difícil la filtración de un litro de muestra como indica la
norma. Se debe tomar en cuenta que la norma actual esta planificada para efluentes urbanos los
que contienen una concentración significativamente menor de aceites y grasas (1 a 2 órdenes de
magnitud menor).
3.4.5. SÓLIDOS SUSPENDIDOS
El análisis de sólidos suspendidos se realizó a la muestra con un factor de dilución de 100
para el primer muestreo y de 50 para los restantes.
En la Tabla 3.13 se presentan los resultados de concentración de Sólidos Suspendidos que
se encuentra en el efluente.
GGRLX GL +=⋅
G+=⋅ 2875712,0
hKgG /63=
Lmg
AGEfluenteelenGrasasdeiónConcentrac 963.5
565.1063
===
52
Tabla 3.13 Resultados de Concentración de Sólidos Suspendidos
Sólidos Suspendidos Foglia K. y Curilaf C. Experiencia Propia Tecnolab SGS GSI
Concentración
Promedio (mg/L)
10.100 6.767 7.783 7.245 12.400
Concentración
Máxima (mg/L)
11.500 7.000 13.600 11.320 -
Concentración
Mínima (mg/L)
8.700 6.533 1.965 3.170 -
De la Tabla 3.13 se puede observar que los resultados de concentración promedio de
sólidos suspendidos de la experiencia propia con los laboratorios Tecnolab y SGS son similares,
pero se debe tomar en cuenta que en las muestras se observa una alta concentración de sólidos
suspendidos por lo cual se toma el valor máximo es decir 13.600 mg/L como caso más
desfavorable.
3.4.6. NITRÓGENO TOTAL KJENDAHL
El análisis de Nitrógeno Total Kjendahl se realizó a la muestra con factor de dilución de
50 para el primer muestreo y de 10 para los siguientes muestreos.
En la Tabla 3.14 se presentan los resultados de concentración de Nitrógeno Total
Kjendahl que se encuentra en el efluente.
Tabla 3.14 Resultados de Concentración de Nitrógeno Total Kjendahl
Nitrógeno Total K. Foglia K. y Curilaf C. Experiencia Propia Tecnolab SGS
Concentración
Promedio (mg/L)
341 241 2.291 199
Concentración
Máxima (mg/L)
370 352 4.550 383
Concentración
Mínima (mg/L)
313 130 33 14
53
De la Tabla 3.14 se puede observar que los resultados de concentración promedio de
nitrógeno total Kjendahl de la experiencia propia con el laboratorio SGS son similares por lo cual
se optó calcular el intervalo de confianza (Tabla 3.15).
Tabla 3.15 Intervalo de Confianza de Concentración de Nitrógeno Total Kjendahl
NKTmínimo (mg/L) 130 NKTmáximo (mg/L) 352 Promedio (mg/L) 241 Desviación Estándar 157 α 0,05 Intervalo de Confianza (IC) 218 Promedio + IC (mg/L) 459
3.4.7. DBO5
El análisis de DBO5 se realizó a la muestra con un factor de dilución de 10.
En la Tabla 3.16 se presentan los resultados de concentración DBO5 que se encuentra en
el efluente.
Tabla 3.16 Resultados de Concentración de DBO5
DBO5 Foglia K. y Curilaf C. Experiencia Propia Tecnolab SGS GSI
Concentración
Promedio (mg/L)
1.345 1.897 6.050 1.503 7.000
Concentración
Máxima (mg/L)
1.764 2.177 11.000 26.450 -
Concentración
Mínima (mg/L)
927 1.617 1.100 3.616 -
Se debe tomar en cuenta que la DBO es la materia orgánica biodegradable y la DQO es la
materia orgánica no biodegradable además de la biodegradable, por lo que la DBO no puede ser
mayor a la DQO lo cual se descartarían valores mayores a 2.270 mg/L por lo tanto solo se tomó
en cuenta la concentración mínima de la experiencia propia que corresponde al tercer muestreo.
54
Este muestreo se considera más representativo, ya que se obtuvieron concentraciones iguales en
varias muestras lo que indica menor error en los resultados.
En la Tabla 3.17 muestran el resumen de resultados de parámetros utilizados para
simulación.
Tabla 3.17 Resumen de Resultados de Parámetros Utilizados para Simulación y Diseño
Análisis Sólidos Suspendidos (SS)
(mg/L)
Sólidos Disueltos (SD)
(mg/L)
DQO 936 1.334
Nitratos - 154
Fosfatos - 65
Aceites y Grasas 4.234 1.729
Sólidos Suspendidos 13.600 -
Sólidos Disueltos - 15.438
Nitrógeno Kjeldahl 236 223
DBO5 757 860
3.5 ANALISIS DE LABORATORIO ADICIONALES
NECESARIOS PARA LA SIMULACIÓN
Se realizaron ensayos adicionales para el filtrado, estos son necesarios para la simulación
de la planta de tratamiento ya que se optó por utilizar el simulador SuperPro Designer en el cual
no se pueden utilizar en forma directa los parámetros de los análisis físicos, químicos y
biológicos. Los parámetros creados en el simulador son Sólidos Suspendidos (SS), Sólidos
Disueltos (SD) y Aceites y Grasas (AG). Para encontrar las propiedades ambientales de los
componentes definidos se hicieron tres ensayos puntuales donde se asume que la composición es
aproximadamente constante.
Los resultados obtenidos en los ensayos se muestran en la Tabla 3.18 y Tabla 3.19.
55
Tabla 3.18 Resultados de Concentración de los Análisis Adicionales
Propiedad Ambiental
por Unidad de
Compuestos Masa
COD ThOD BODu/COD BOD5/BODu
SS 0,0538 0,0538 4,3338 0,2390
SD 0,0839 0,0839 2,5262 0,2627
Tabla 3.19 Resultados de Concentración de los Análisis Adicionales
Propiedad Ambiental
por Unidad de
Compuestos Masa
TKN NO3-
TP (Fósforo
Total)
TS (Sólidos
Totales)
SS 0,0174 - - 1
SD 0,0144 0,0100 0,0042 -
Los detalles de los resultados obtenidos se encuentran en anexos.
Para el tratamiento biológico se debe conocer la velocidad de degradación de cada uno de
los compuestos. Para estos se realizaron tres ensayos de degradación en botellas de DBO.
Para encontrar la relación entre los sólidos y la DBO, se midió la DBO hasta los 21 días
en el caso del tercer muestreo por lo cual se utilizarán estos valores para hacer los cálculos,
además se debe tener en cuenta el modelo matemático para la curva de DBO.
La cinética de la reacción de la DBO se formula de acuerdo con una reacción de primer
orden, y puede expresarse de la siguiente manera:
(3.6)
Donde
dtdLt : Velocidad de degradación de la materia orgánica por oxidación aerobia ( )0<dtdLt .
tL : Concentración de materia orgánica DBO (mg/L) en el tiempo t.
k : Constante de biodegradación (1/d).
t : Tiempo de incubación ( )d .
tt Lk
dtdL
⋅−=
56
Separando las variables Lt y t, e integrando desde el tiempo 0, corresponde a la
concentración inicial de materia orgánica L y el tiempo t, que corresponde a la concentración Lt:
(3.7)
(3.8)
Donde L ó DBO es la DBO que queda en el instante t=0 (es decir, la DBO total o última
de la primera fase inicialmente presente). La relación entre k (en base e) y K (en base decimal, es
la siguiente:
La cantidad de DBO presente en el instante t es:
(3.9)
En tanto que “y”, la cantidad de DBO eliminada en el instante t es:
(3.10)
Esta relación se ilustra en el Gráfico 3.1:
Gráfico 3.1 Curva de DBO versus Tiempo
Los sólidos disueltos corresponden al filtrado y por diferencia a la muestra se obtienen los
valores correspondientes a los sólidos suspendidos.
tkLLt ⋅−=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ln
Ktktt eLL −− == 10
303,2)()10( ebasekbaseK =
)( ktt eLL −⋅=
( )kttt eLLLy −−⋅=−= 1
57
Los resultados obtenidos de las constantes de degradación para los parámetros de SS y SD
se muestran en la Tabla 3.20.
Tabla 3.20 Constantes de Degradación k (20°C)
k (d-1) (20°C) k (h-1) (20°C)
SS 0,008004128 0,000333505
SD 0,033866866 0,001411119
A modo de ejemplo se muestra un gráfico de los resultados obtenidos en esta experiencia.
Gráfico 3.2 Curva de Degradación de SS
Degradación SS v/s Tiempo
17000
17500
18000
18500
19000
19500
20000
20500
21000
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
Tiempo (d)
SS (mg/L)
Los resultados detallados para los sólidos disueltos se encuentran en el Anexo C.
La utilización de las constantes obtenidas para la degradación de la materia orgánica en la
degradación de los SS y SD conlleva asumir que la composición de estos sólidos es constante en
el tiempo esto en realidad no es exacto pero representa una aproximación adecuada para el
estudio y diseño de las alternativas de tratamiento.
En el caso de los AG no es posible estimar k de degradación por que no se hizo el análisis
correspondiente en función a este parámetro, para determinar la constante no se encontraron
datos específicos de literatura, por lo cual se considero de lenta degradación tomando lo valores
de k en los rangos que se muestran en la Tabla 3.21.
58
Tabla 3.21 Constante de Degradación k (20°C)
k (d-1) (20°C) k (h-1) (20°C)
AG 0,10 – 0,15 0,00417 – 0,00625
Promedio 0,125 0,005208
FUENTE: Tchobanoglous, 1995.
59
60
4.1. ANALISIS DE ALTERNATIVAS
La selección de los procesos de tratamiento de aguas residuales, o la serie de procesos de
tratamiento, dependen de un cierto número de factores, entre los que se incluyen:
- Características del agua residual: DBO, DQO, Sólidos Suspendidos, etc.
- Calidad del efluente de salida requerido.
- Costo y disponibilidad de terrenos.
- Consideraciones de futuras ampliaciones o la previsión de límites de calidad de vertido
más estrictos.
Para proceder a la evaluación de las alternativas de tratamiento aplicables para este tipo de
riles se tomó en cuenta:
- Adecuación de tratamientos a los distintos contaminantes (Tabla 4.1).
- Ventajas e inconvenientes de los distintos tratamientos (Tabla 4.2 a 4.5).
- Operación y costo de los diferentes tratamientos (Tabla 4.6).
- Porcentaje de reducción de contaminantes de distintos tratamientos (Tabla 4.7).
61
62
Tabla 4.2 Ventajas e Inconvenientes de los Distintos Tratamientos Físicos
Tratamientos Físicos Ventajas Inconvenientes
Sedimentación Amplio uso Emisión de volátiles Disposición de lodos
Flotación Amplio uso Emisión de volátiles Requiere aditivos Disposición de espumas
Filtración Elimina algunos contaminantes disueltos
Requiere lavado Olores Posibles atascamientos Crecimiento bacteriano
Evaporación Reducción de volumen Elimina contaminantes disueltos
Emisión de volátiles Posibles atascamientos
Adsorción Elimina contaminantes disueltos
Regeneración adsorbente Olores Posibles atascamientos Crecimiento bacteriano
Desorción – Stripping Elimina contaminantes disueltos Posibles atascamientos
Extracción Elimina contaminantes disueltos
Emisión de volátiles Corriente líquida adicional
FUENTE: J.L Bueno, H. Sastre, A.G. Lavin.,1997.
Tabla 4.3 Ventajas e Inconvenientes de los Distintos Tratamientos Químicos
Tratamientos Químicos Ventajas Inconvenientes
Coagulación – Floculación Amplio uso Emisión de volátiles Disposición de lodos
Precipitación química
Elimina altas concentraciones Elimina contaminantes disueltos
Emisión de volátiles Disposición de lodos Eliminación selectiva
Oxidación / Reducción Elimina contaminantes disueltos Eliminación selectiva
Recuperación Electrolítica
Elimina altas concentraciones Elimina contaminantes disueltos
Eliminación selectiva Posibles atascamientos
Intercambio Iónico Elimina contaminantes disueltos
Elimina bajas concentraciones Eliminación selectiva Posibles atascamientos
Ósmosis Inversa Elimina contaminantes disueltos
Elimina bajas concentraciones Eliminación selectiva Posibles atascamientos
FUENTE: J.L Bueno, H. Sastre, A.G. Lavin.,1997.
63
Tabla 4.4 Ventajas e Inconvenientes de los Distintos Tratamientos Térmicos
Tratamientos Térmicos Ventajas Inconvenientes
Oxidación Húmeda
Elimina altas concentraciones Elimina contaminantes disueltos Proceso destructivo No precisa tratamiento posterior
Formación de compuestos intermedios
Oxidación Supercrítica
Elimina altas concentraciones Elimina contaminantes disueltos Proceso destructivo No precisa tratamiento posterior
Formación de compuestos intermedios
Incineración
Elimina altas concentraciones Elimina contaminantes disueltos Proceso destructivo
Precisa tratamiento de gases
FUENTE: J.L Bueno, H. Sastre, A.G. Lavin.,1997.
Tabla 4.5 Ventajas e Inconvenientes de los Distintos Tratamientos Biológicos
Tratamientos Biológicos Ventajas Inconvenientes
Filtros bacterianos Elimina contaminantes disueltos Destruye contaminantes Produce pocos lodos
Elimina bajas concentraciones Emisión de volátiles Susceptible a tóxicos Susceptible a cargas de contaminaciónSusceptible a cambios de temperatura Posibles atascamientos
Lodos activos Elimina contaminantes disueltos Destruye contaminantes
Elimina bajas concentraciones Emisión de volátiles Susceptible a tóxicos Susceptible a cargas de contaminaciónSusceptible a cambios de temperatura Disposición de lodos
Lagunas aireadas Elimina contaminantes disueltos Destruye contaminantes Produce pocos lodos
Elimina bajas concentraciones Emisión de volátiles Susceptible a tóxicos Susceptible a cargas de contaminaciónSusceptible a cambios de temperatura
Biodiscos Elimina contaminantes disueltos Destruye contaminantes
Elimina bajas concentraciones Emisión de volátiles Susceptible a tóxicos Susceptible a cargas de contaminaciónSusceptible a cambios de temperatura
Degradación anaerobia Elimina contaminantes disueltos Produce pocos lodos Produce metano
Elimina bajas concentraciones Susceptible a tóxicos Susceptible a cargas de contaminaciónSusceptible a cambios de temperatura
FUENTE: J.L Bueno, H. Sastre, A.G. Lavin.,1997.
64
65
Tabla 4.7 Porcentaje de Remoción
Tratamiento DBO5 Sólidos
Suspendidos
Aceites y
Grasas Nitrógeno
Pre-Desaceitado - 30 % 70 – 90 % -
Desaceitado 45 - 50 % 65 - 80 % 70 – 90 % -
Coagulación – Floculación –
Flotación 25 - 50 % 60 - 90 % 25 - 50 % 20 - 40 %
Aerobio – Nitrificación –
Desnitrificación 90 % 90 % 50 % 85 %
Sedimentación Primaria 30 - 35 % 60 – 65 % - 10 - 20 %
Sedimentador Secundario 30 - 35 % 60 – 65 % - 10 - 20 %
4.2. DISCUSIÓN DEL ANÁLISIS DE ALTERNATIVAS
Tomando como base la información anterior, el análisis de alternativas se obtienen
una serie de posibles tratamientos para cada contaminante a eliminar, planteándose las
siguientes consideraciones:
• En la entrada del lavado de lanas existe una reja donde son retenidos los residuos de
mayor tamaño por lo cual sería un gasto innecesario considerar un desbaste (rejas,
tamices) en las alternativas de tratamiento.
• Uno de los principales contaminantes son las grasas ya que podrían perturbar los
procesos posteriores, por esta razón se optó por el predesaceitado. Aunque el
porcentaje de eliminación de grasas con un predesaceitado es alto, es necesario otro
proceso de reducción de este contaminante, dentro de los cuales se encuentran:
flotación y filtración. Se descartó la filtración por ser un proceso que no se utiliza
mayormente en la depuración de aguas residuales industriales ya que necesitan un
alto mantenimiento por atascamientos en los filtros y se eligió la flotación ya que es
66
altamente difundido, además con este proceso se obtiene un alto porcentaje de
eliminación de sólidos suspendidos.
• Frecuentemente el proceso de flotación se ve favorecido por el agregado previo de
productos químicos, encontrándose generalmente precedido por una coagulación –
floculación del agua residual.
• También se debe eliminar los sólidos suspendidos para lo cual uno de los procesos
más utilizados es la decantación. Con la decantación primaria se esperan menores
problemas en el tratamiento biológico (sedimentaciones en el reactor, obstrucciones,
etc.). Ahora bien, cuando por cualquier circunstancia el tratamiento biológico no
funciona, la adopción de la decantación primaria permite verter agua decantada en
vez de agua bruta obteniéndose una mayor garantía de depurar el agua residual en
cualquier situación.
• Se descartó la utilización de tratamientos térmicos por su alto costo de inversión y
operación.
• Para la eliminación de la materia carbonosa del agua residual, normalmente medida
como DBO5, carbono orgánico total COT, o demanda química de oxígeno DQO y la
eliminación de nitrógeno se utilizan los tratamientos biológicos. Los principales
procesos biológicos aplicados al tratamiento de las aguas residuales se pueden
clasificar en cinco grupos: procesos aerobios, procesos anaerobios, procesos
anóxicos, procesos aerobios, anaerobios y anóxicos combinados, y los procesos de
lagunaje. Los procesos individuales se pueden dividir, a su vez, dependiendo de si el
tratamiento se lleva a cabo en sistemas de cultivo en suspensión, en sistemas de
cultivo fijo, o en sistemas resultantes de la combinación de ambos.
• Los tratamientos aerobios se pueden clasificar como ya se dijo en tratamientos con
biomasa suspendida y tratamientos con biomasa fija. Entre los procesos con
biomasa suspendida los más importantes son los lodos activados y las lagunas
aireadas, y entre los con biomasa fija se cuentan los llamados filtros percoladores y
67
los contactores biológicos rotatorio. Se descartan los filtros percoladores (lechos
bacterianos) dado que la concentración máxima de DBO entrante al reactor debería
ser inferior a 400 mg/L para evitar el fallo del sistema con atascamientos y mal
funcionamiento. La alternativa de los biodiscos también es eliminada debido a su
elevada inversión, aunque como ventaja presentan una fácil operación con DBO
altas, buena recuperación ante vertidos tóxicos o cambios bruscos, costos de
operación bajos con poca mano de obra. A su vez se descartan las lagunas aireadas
debido a que requieren más terreno, necesitan elevados tiempos de residencia y
pueden ser afectados por efectos térmicos.
• Se descarta los tratamientos anaerobios ya que el arranque del proceso es lento y
complejo, las bacterias anóxicas deben controlar el pH de su medio (proceso difícil
de realizar por las bacterias) y además no tener contacto con el oxígeno, estas
bacterias son inhibidas por diferentes compuestos, tanto orgánicos como
inorgánicos y esta inhibición es causante de muchos de los problemas de los
digestores.
• La presencia de nitrógeno en las aguas residuales es perjudicial, la solución para la
eliminación de este contaminante es la oxidación de los compuestos nitrogenados
orgánicos y del amoniaco mediante una nitrificación y desnitrificación del ril. Para
realizar la nitrificación se utilizan procesos aerobios y para la desnitrificación
procesos anóxicos. Por lo cual se optó por un proceso combinado en que exista un
proceso aerobio en el cual no sólo se realice la nitrificación sino que también la
eliminación de la materia orgánica y otro anóxico donde también se elimine materia
orgánica, para ello se tomó el proceso modificado de Ludzack-Ettinger que es la
configuración más extendida y consiste en un reactor anóxico seguido de otro
aerobio. Un esquema del proceso se muestra en la Figura 4.1 en la cual se incluyen
los rangos de valores de las recirculaciones. Se coloca en primer lugar el reactor
anóxico para aprovechar la materia orgánica fácilmente biodegradable como fuente
68
Reactor Anóxico
Reactor Aerobio
Clarificador
3Q-4Q
0,5Q-1Q
Q1
de carbono para la desnitrificación que consiste en que las bacterias heterotróficas
convierten el nitrógeno en forma de nitratos a nitrógeno gaseoso que es liberado a la
atmósfera. En el reactor aerobio las bacterias autotróficas (nitrificadoras) convierten
el amonio a nitritos y luego a nitratos. Parte del licor de mezcla del reactor aerobio
es recirculado a la zona anóxica para suministrar un licor de mezcla con alto
contenido de nitratos para la desnitrificación.
Figura 4.1 Proceso Modificado de Ludzack-Ettinger
4.3. RESUMEN DE LA ALTERNATIVAS PLANTEADAS
Cabe señalar que para realizar la elección de las alternativas de tratamiento y llegar
a una propuesta final se tomó en cuenta la discusión del análisis de alternativas. A
continuación se presentan las etapas que constituyen cada alternativa y que contaminante
elimina, finalmente se presentan los diagramas de flujo de las alternativas Figuras 4.5, 4.6 y
4.7.
La alternativa N°1 esta constituida por las siguientes etapas:
69
Figura 4.2 Etapas de la Alternativa N°1
La alternativa N°2 esta constituida por las siguientes etapas:
Figura 4.3 Etapas de la Alternativa N°2
Pre-Desaceitado
Coagulación
Floculación
Flotación
Reactor Anóxico
Reactor Aerobio
Clarificador
Eliminación de Aceites y Grasas
Eliminación de Sólidos Suspendidos
Eliminación de Nitrógeno y Materia Orgánica
Eliminación de Sólidos Suspendidos
Pre-Desaceitado
Flotación
Reactor Anóxico
Reactor Aerobio
Clarificador
Eliminación de Aceites y Grasas
Eliminación de Nitrógeno y Materia Orgánica
Eliminación de Sólidos Suspendidos
70
Y por último la alternativa N°3 esta constituida por las siguientes etapas:
Figura 4.4 Etapas de la Alternativa N°3
Pre-Desaceitado
Flotación
Decantación Primaria
Reactor Anóxico
Reactor Aerobio
Clarificador
Eliminación de Aceites y Grasas
Eliminación de Sólidos Suspendidos
Eliminación de Nitrógeno y Materia Orgánica
Eliminación de Sólidos Suspendidos
71
72
73
74
75
5.1. PARAMETROS DE DISEÑO
Para elaborar la ingeniería básica de las alternativas de tratamiento y obtener el
dimensionamiento de los equipos y líneas de flujo del proceso de tratamiento se utilizó el
simulador Super Pro Designer 4.53.
Se llevó a cabo a partir de los parámetros de diseño de cada una de las unidades
involucradas en cada uno de los tratamientos. Por ello, en este capítulo se da una
descripción técnica de cada una de estas unidades, según la literatura y el simulador,
además se especifican sus variables de diseño y de operación. Finalmente, se describe el
diseño de las plantas de tratamiento.
La construcción de los diagramas de flujo, según los requerimientos del simulador,
se basó en las siguientes etapas:
• Iniciación de los componentes
• Determinación de la corriente de entrada
• Análisis y diseño de las principales unidades involucradas en el tratamiento de
aguas residuales
• Integración de los procesos unitarios y solución de los balances de masa
5.2. INICIACIÓN DE COMPONENTES
El simulador requiere, para iniciar cada unidad del diagrama de flujo, la
introducción de todos los componentes que participan en el sistema. La iniciación de
componentes necesita además de la elección de los componentes apropiados, conocer una
serie de propiedades fundamentales (tales como: peso molecular, punto de ebullición, si es
o no es biomasa, constantes cinéticas, relaciones entre los parámetros ambientales, etc.) de
cada componente. Estas propiedades se dividen en básicas y ambientales. Estas últimas, se
76
utilizan para estimar las características ambientales de cada corriente y para la modelación
de unidades involucradas en procesos de tratamiento de residuos y reducción de
contaminantes. Cabe destacar, que el simulador posee una base de datos que contiene una
serie de componentes y sus respectivas propiedades. En caso de no existir un componente
en esta serie, se crea y se introducen las características deseadas.
En este contexto, las propiedades fundamentales utilizadas en la modelación de las
plantas de tratamiento de aguas son las siguientes:
• PROPIEDADES BASICAS
- Peso molecular.
- Biomasa (Verdadero/ Falso). Identificación de componentes que pueden ser
tratados como biomasa.
- Tamaño de la partícula (micrones). Usado en filtros y centrífugas.
- Constante de Henry. Para cálculos de emisiones.
- Densidad (Kg/m3). Utilizada para convertir flujos másicos a flujos volumétricos, y
viceversa. Además, para calcular la concentración de los componentes en las
corrientes. En el caso de gases, se determina a través de la ley de gases ideales.
- Capacidad Calórica del líquido (J/gmol-K). Utilizada en los balances de energía.
- Capacidad Calórica del vapor (J/gmol-K). Utilizada en los balances de energía. Se
estima a partir de la siguiente formula: 32 dTcTbTaCp +++= , donde T es la
temperatura en ºK, a, b, c y d constantes.
- Precio de compra. Usado para cálculos económicos.
- Precio de venta. Usado para cálculos económicos.
• PROPIEDADES AMBIENTALES
- Difusidad
En agua y en aire (cm2/s). Usadas para el cálculo de emisiones.
- Constantes de Biodegradación
Kmáx (mg substrato/g biomasa-h). Constante que representa la tasa máxima de degradación.
77
Ks (mg/L). Constante cinética dada para la saturación de substrato.
- Materia Orgánica
COD = DQO. Demanda Química de Oxígeno (g oxígeno/g sustancia). Representa la
capacidad de oxígeno para oxidar completamente un gramo de sustancia. Se utiliza para
calcular la DQO de una corriente.
ThOD. Demanda Teórica de Oxígeno (g oxígeno/g sustancia). Representa la cantidad de
oxígeno teórico requerido para la oxidación completa de un gramo de sustancia. Es igual a
la Demanda Química de Oxígeno y se utiliza para calcular la ThOD de una corriente.
BODU / COD = DBOU / DQO. Representa la relación existente entre la Demanda
Bioquímica de Oxígeno última (DBOU) y la DQO de una sustancia. Se utiliza para calcular
la DBOU de una corriente basada en la DQO de cada componente.
BOD5 / BODU = DBO5 / DBOU. Representa la relación existente entre la Demanda
Bioquímica de Oxígeno a los 5 días (DBO5) y la DBOU. Se utiliza para calcular la DBO5 de
una corriente basada en la DBOU de cada componente.
TOC = COT. Carbono Orgánico Total (g carbono / g sustancia). Representa la contribución
de un componente al carbono orgánico. Se utiliza para calcular el COT de una corriente.
- Fósforo
TP. Fósforo Total (g fósforo / g sustancia). Representa la contribución de un componente al
Fósforo Total. Se utiliza para calcular el TP de una corriente.
- Nitrógeno
TKN = NKT. Nitrógeno Kjeldahl Total (g TKN / g sustancia). Representa la contribución
de un componente al Nitrógeno Kjeldahl total. Se utiliza para calcular el NKT de una
corriente.
NH3. Nitrógeno Amoniacal (g N-NH3 / g sustancia). Representa la contribución de un
componente al Nitrógeno Amoniacal. Se utiliza para calcular el N-NH3 de una corriente.
78
NO3 – NO2. Nitrógeno Nitrito/ Nitrato (g N-NO3 / NO2 / g sustancia). Representa la
contribución de un componente al Nitrógeno presente en forma de Nitrito o Nitrato. Se
utiliza para calcular el N-NO3 / NO2 de una corriente.
- Sólidos
Sólidos Totales (TS) (g sólidos / g sustancia). Representa la fracción de un componente
sólido, disuelto o suspendido (se coloca 0 ó 1). Se utiliza para calcular los TS de una
corriente.
Sólidos Suspendidos Totales (TSS/TS) (g TSS/ g TS). Representa la fracción de sólidos
suspendidos de un componente. Se utiliza para calcular el TSS de una corriente.
Sólidos Suspendidos Volátiles (VSS/TSS) (g VSS/ g TSS). Representa la fracción de
sólidos suspendidos volátiles de un componente. Se utiliza para calcular los VSS de una
corriente.
Sólidos Disueltos Volátiles (VDS / TSD) (g VDS / g TSD). Representa la fracción de
sólidos disueltos volátiles de un componente. Se utiliza para calcular VDS de una corriente.
Se eligieron los siguientes componentes representativos del sistema, tomando en
cuenta los resultados obtenidos en los ensayos expuestos en el Capitulo III:
Tabla 5.1 Componentes Representativos del Sistema
Componente Definido por
el Usuario
Representa
Water No (*) Agua Total (libre y pura)
AG Sí Aceites y Grasas (sustrato)
SS Sí Sólidos Suspendidos (sustrato)
SD Sí Sólidos Disueltos (sustrato)
NH4 Sí Amoniaco Disuelto de la forma NH4
+
NO3 Sí Nitrato Disuelto
X-VSS-h Sí Biomasa Heterotrófica Activa
X-VSS-n Sí SSV Nitrificación (autótrofos)
X-VSS-i Sí Sólidos Suspendidos Volátiles (SSV) Inertes
(*) De la base de datos de SuperPro Designer
79
Se tomó en cuenta la biomasa en el agua residual para el tratamiento biológico
como también la existencia de NH4+ y el NO3
- los cuales participan en las reacciones
químicas presentes en el tratamiento aerobio y anóxico.
En la Tabla 5.2 se muestran los valores de las propiedades básicas de cada
componente obtenidas de la base de datos del programa.
Tabla 5.2 Propiedades Básicas de los Componentes del Sistema
Componente Densidad (g/L) (*) Peso Molecular (g/gmol) ¿Es Biomasa?
Water 1000 18,02 No
AG 1000 18,02 No
SS 1000 18,02 No
SD 1000 18,02 No
NH4+ 1000 18 No
NO3- 1000 62 No
X-VSS-h 1000 18,02 Si
X-VSS-n 1000 18,02 Si
(*) Todos los componentes tienen la densidad del agua (no utilizada en los cálculos).
5.3. DETERMINACIÓN DE LA CORRIENTE DE ENTRADA
La determinación de la corriente de entrada, es una etapa fundamental en la
simulación, debido que los balances dependen de dicha composición y de los parámetros de
diseño de las unidades.
Mediante una planilla en Excel, se determinó la composición de la corriente de
entrada a partir de las características del afluente (Tabla 3.17) y algunas propiedades
ambientales de los componentes definidos (Tabla 3.18 y 3.19).
La Tabla 5.3 muestra la composición de la corriente de entrada que se obtuvo de la
planilla.
80
Tabla 5.3 Composición de la Corriente de Entrada en la Simulación
Componentes Flujo Másico (Kg/h) Composición (mg/L)
Water 10.223,8272 964.512
AG 63,2078 5.963
SS 144,1600 13.600
SD 163,6428 15.438
NH4+ 2,3638 223
NO3- 1,6324 154
X-VSS-h 1,0600 100
X-VSS-n 0,1060 10
Total 10.600 -
Debido a la falta de datos para obtener la composición de la entrada de algunos
componentes se asumió como mejor aproximación que:
- La composición de NH4+ proviene de la cantidad de Nitrógeno Total Kjendalh
obtenidos de sólidos disueltos.
- La composición de NO3- proviene de la cantidad de Nitratos obtenidos de los
sólidos disueltos.
- Por otra parte los valores de composición de X-VSS-h y X-VSS-n se asumió por
recomendaciones bibliográficas (Henze M., 1995).
81
5.4. DISEÑO DE LAS PRINCIPALES UNIDADES
INVOLUCRADAS EN LAS ALTERNATIVAS DE
TRATAMIENTO
Una vez seleccionados los componentes y determinada la corriente de entrada, se
analizó el comportamiento de las principales unidades involucradas. Cabe mencionar que
existen dos modos de operar el simulador, es decir, cada unidad se puede simular en
“design mode” o “rating mode”. Cuando se trabaja en “design mode” es necesario
especificar variables de diseño (tiempos de residencia, eficiencias, etc.) y restricciones de
tamaño, tales como volumen máximo para un reactor o la superficie transversal máxima en
un decantador. En el momento de la simulación, el modelo calcula el tamaño de la unidad
(volumen, área, etc.) y el número de unidades necesarias para las especificaciones dadas.
En el caso de operar en “rating mode”, se puede especificar el tamaño de la unidad, o bien,
modificar variables de operación del proceso y ver el comportamiento del sistema.
Para efectos de simulación se utilizó el “design mode” para determinar el tamaño de
las unidades, con la finalidad de satisfacer los requerimientos de cada proceso. A
continuación se da una descripción técnica de cada unidad y se especifican sus variables de
diseño. Los parámetros de diseño y operación utilizados fueron obtenidos de bibliografía u
obtenidos de análisis de laboratorio Tabla 3.20 y 3.21 Constantes de degradación a 20°C.
5.4.1. DISEÑO DE PRE-DESACEITADORES (Bueno J.,1997)
El diseño de todos los separadores de aceite se hace sobre la base de considerar flujo
laminar y por lo tanto aplicación de la fórmula de Stokes a la velocidad ascensional de las
gotas de aceite.
(5.1)
( )
L
gLga
gDV
μρρ
⋅−⋅⋅
=18
2
82
Donde
aV : Velocidad ascensional de la gota (velocidad de Stokes), (m/s).
gD : Diámetro de la gota de aceite, ( m ).
g : Aceleración de la gravedad, (m/s2).
gρ : Densidad del aceite, (Kg/m3).
Lρ : Densidad del agua, (Kg/m3).
Lμ : Viscosidad del agua, ( )smKg ⋅ .
Como el caso particular SuperPro Designer utiliza el diseño de los desaceitadores
API (American Petroleum Institute) basado en normas API las cuales son muy precisas
para el cálculo y ejecución de los equipos, formados por múltiples canales.
Las normas hacen referencia a:
• Diámetro Teórico
El diámetro teórico de las gotitas de aceite retenidas mayor de 0,15 mm.
• Área Horizontal
(5.2)
(5.3)
(5.4)
Donde
F : Factor de diseño.
tF : Factor de turbulencia, varía entre 1,07 y 1,45.
cF : Factor de cortocircuito, experimentalmente se da un valor de 1,2.
Q : Caudal a tratar, (m3/h).
aV : Velocidad ascensional de la gota (velocidad de Stokes), (m/h).
hV : Velocidad horizontal de la corriente, cuyo valor no podrá exceder de 15 aV , y
estará comprendida entre 18 y 60 (m/h).
El área horizontal será tal que la velocidad ascencional en el equipo estará
comprendida entre 0,9 y 3,6 (m/h).
ah V
QFA ⋅=
ct FFF ⋅=
2
000549,0035455,096168,0 ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅−⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅+=
t
h
t
ht V
VVVF
83
• Relaciones
(5.5)
Donde
B : Anchura del depósito = 1,8 a 6,0 (m).
Z : Altura del líquido= 1,0 a 2,5 (m).
• Área Transversal
(5.6)
• Longitud de Canal
(5.7)
• Tiempo de Residencia
(5.8)
• Volumen
(5.9)
• Número de Canales
El número de canales vendrá dado por la aplicación de las fórmulas anteriores. En
circunstancias normales, la instalación más económica es aquella que requiere el menor
número de canales de modo que el área transversal de cada uno de ellos sea máxima.
Parámetros de Entrada para Diseño de Predesaceitadores en SuperPro Designer
Los datos de entrada necesarios para el diseño de predesaceitadores en el SuperPro
Designer son los siguientes:
• Para cada componente: Porcentaje de Remoción.
• Máxima área horizontal (m2).
• Velocidad ascencional (m/h).
• Viscosidad del agua (cp).
5,03,0 aBZ=
ht V
QZBA =⋅=
BAL h=
QLZBtr⋅⋅
=
QtrV ⋅=
84
• Profundidad del estanque (m).
En la Tabla 5.4 se muestran los datos de entrada para el diseño de
predesaceitadores.
Tabla N° 5.4 Parámetros de Entrada para Diseño de Predesaceitadores
Parámetro Valor
μl (cp) 1
Va (m/h) 1,241
Z (m) 1
Ahmáx (m2) 1.000
% Remoción
AG
SS
83%
30%
5.4.2. DISEÑO DE DESACEITADORES (Tchobanoglous, 1995)
Para esta etapa de afino se utilizan operaciones físicas y químicas (flotación con aire
disuelto, filtración, coalescencia) utilizando reactivos. Cuando la separación es
relativamente fácil esta etapa se realiza con la ayuda de aire y sin aditivos.
Los equipos utilizados son similares a los anteriores, con formas circulares y
rectangulares. Se diseñan con velocidades ascensionales comprendidas entre 15 y 20 (m/h),
con máximo de 25 (m/h); siendo variable el aporte de aire de acuerdo con la naturaleza y
cantidad de los aceites y grasas.
• Flotación con Aire
La flotación es una operación básica empleada para separar partículas sólidas o
líquidas de una fase líquida. La flotación es una operación de separación sólido-líquido
donde los sólidos se separan por la unión de pequeñas burbujas a las partículas: es la
85
operación contraria a la sedimentación. Existe la evidencia experimental que el proceso
global de flotación es una reacción de primer orden del tipo:
X (partículas) + Y (burbujas) Z (agregado flotante)
Por lo tanto, el proceso únicamente tiene lugar cuando las burbujas de aire pueden
desplazar a la película de líquido que rodea a las partículas suspendidas, para ello la tensión
superficial del agua es reducida con la adición de aditivos de flotación.
Termodinámicamente la unión burbuja-partícula en la interfase sólido-líquido-gas pueden
analizarse mediante el parámetro “ángulo de contacto”, que es el ángulo de contacto de la
superficie partícula-burbuja medido a través del líquido-. Como regla práctica para que se
produzca una buena flotación el ángulo de contacto debe ser 30 o superior.
La flotación depende de muchas variables: superficie de las partículas,
concentración de sólidos, cantidad de aire a utilizar, velocidad ascensional de las partículas,
etc.
a. Relación Aire/Sólidos
La eficacia de un sistema de flotación por aire disuelto depende del valor de la
relación aire / sólidos requeridos para lograr un determinado grado de clarificación; en el
caso de aguas residuales varía entre 0,005-0,060.
La relación entre el coeciente A / S, la solubilidad del aire, la presión de trabajo y la
concentración de sólidos en el fango para un sistema en el que todo el sistema se encuentre
presurizado viene dada por la ecuación siguiente:
(5.10)
Donde
SA : Relación aire-sólidos, (ml aire/ mg sólidos).
sa : Solubilidad del aire, (ml/L).
f : Fracción de aire disuelto a una presión dada, generalmente 0,8.
P : Presión absoluta, (atm).
Sa : Concentración de sólidos en el fango, (ml/L).
( )a
a
SPfs
SA 13,1 −⋅⋅⋅=
86
35,101
35,101+=
pP
p : Presión manométrica, (kPa).
Para un sistema en el que únicamente se presuriza la recirculación la ecuación
correspondiente es:
(5.11)
Donde
R : Caudal de recirculación presurizada, (m3/d).
Q : Caudal de líquido mezcla, (m3/d).
En la Tabla 5.5 se muestra los valores de solubilidad del aire en función de la
temperatura.
Tabla 5.5 Temperatura v/s sa
Temperatura ºC sa ml/L
0 29,2
10 22,8
20 18,7
30 15,7
FUENTE: Tchobanoglous, 1995.
El área se determina por la ecuación:
(5.12)
(5.13)
(5.14)
Donde
SLR : Sobreflujo, ( )hmm ⋅23 .
td : Tiempo de detención, (h).
Z : Profundidad, (m).
QSRPfs
SA
a
a
⋅⋅−⋅⋅⋅
=)1(3,1
dtZSLR =
( ) BLSLR
RQA ⋅=+
=
3=BL
87
B : Anchura del depósito, (m).
L : Longitud del depósito, (m).
Parámetros de Entrada para Diseño de Desaceitadores en SuperPro Designer
Los datos de entrada necesarios para el diseño de desaceitadores en el SuperPro
Designer son los siguientes:
• Para cada componente: Eficiencia de Separación.
• Máxima área superficial (m2).
• Razón A/S (ml/L).
• Solubilidad del aire (ml/L).
• Fracción de Saturación.
• Razón Largo/Ancho.
• Razón de reciclo (%). (Si existe recirculación)
• Profundidad del estanque (m).
• Viscosidad del líquido (cp).
• Velocidad de descarga ( )dmm ⋅23 / .
En la Tabla 5.6 se muestran los parámetros asumidos para obtener los datos de
entrada para el diseño de desaceitadores.
Tabla N° 5.6 Parámetros de Entrada para Diseño de Desaceitadores
Parámetro Valor
A/S (mg/L) 0,008
sa (ml/L) 18,5
Sa (mg/L) 1.0391,33
F 0,5
Z (m) 3
ASmáx 5.000
88
L/h 3
μl (cp) 1
Ved ( )dmm ⋅23 / 36
% Eficiencia
AG
SS
SD
80
75
73
5.4.3. COAGULACIÓN – FLOCULACIÓN (Tchobanoglous, 1995)
El proceso de floculación puede dividirse en dos etapas: floculación:
Desestabilización + proceso de transporte por lo tanto un equipo de floculación debe
permitir realizar eficazmente ambas etapas. En la etapa I el sistema coloidal en el agua
residual es desestabilizado por la adición de coagulantes para la formación de grandes
flóculos en la etapa II, el sólido es sedimentado en la etapa III mientras que la etapa IV
permite otro tratamiento.
Desde el punto de vista de diseño las características más importantes que se
requieren son las que se corresponden con el diseño de mezcladores: sistemas de turbinas o
agitadores, potencia de agitación. Cada una de las etapas que se suceden requieren unas
condiciones distintas a saber:
Coagulación: agitación rápida y tiempo de residencia corto (2-5 min).
Floculación: agitación lenta y tiempo de residencia algo mayor (10-30 min).
Decantación: ausencia de agitación o turbulencia y tiempo de residencia alto (1-2 h).
• Reactor de Mezcla
La coagulación tiene lugar en un depósito o reactor generalmente cilíndrico dotado
de un agitador de hélice, turbina, etc. y cortacorrientes favorecen la mezcla e impiden la
circulación global del fluido en sentido circular. El agitador es de tipo vertical y se sustenta
sobre el propio depósito funcionando a velocidades del orden de 100 a 200 rpm. Las
cortacorrientes se suelen poner en número de cuatro ligeramente separados de la pared del
89
tanque y su anchura es de 5 a 10% del diámetro del tanque. En ocasiones, en vez de
cortacorrientes se pone un agitador inclinado de pequeño tamaño y altas revoluciones.
• Potencia
Para obtener la potencia necesaria se toman datos del gradiente de velocidad y de
tiempos de residencia que se encuentran en la Tabla 5.2 y se trabajan con las siguientes
ecuaciones:
(5.15)
(5.16)
(5.17)
(5.18)
Donde
G : Gradiente de velocidad medio, (1/s).
P : Potencia necesaria, (W ).
Vtrabajo : Volumen de trabajo (m3).
μ : Viscosidad dinámica, )/( 2msN ⋅ .
V : Volumen del reactor, (m3).
td : Tiempo de detención, (s).
Q : Caudal, (m3).
En la Tabla 5.7 se encuentran valores típicos de gradiente de velocidad y tiempos de
detención de procesos de tratamiento de aguas residuales como son la coagulación y
floculación.
dtrabajo tQV ⋅=
( )trabajo
d
VQtGP μ⋅⋅⋅
=2
3=Diámetro
Altura
90100
Re⋅
= trabajoVactordelVolumen
90
Tabla 5.7 Gradiente de Velocidad (G) y Tiempo de Detención Típico de los Procesos
de Tratamiento de Aguas Residuales
Proceso Tiempo de Detención Valor de G ( s-1)
Mezclado:
Operaciones de mezcla rápida típicas 5 – 20 s 250 – 1500
Floculación:
Procesos de floculación típicamente empleados
en el tratamiento de agua residual
10 – 30 min 20 - 80
FUENTE: Tchobanoglous, 1995.
• Floculador
La floculación tiene lugar en un reactor de mayor tamaño de tipo cilíndrico o
rectangular con agitación suave, el agitador es mucho más grande y lento trabajando a
pocas revoluciones 10-20 rpm según el tamaño. En este caso, no son necesarios los
cortacorrientes. En ocasiones se dispone un variador de velocidad con el fin de ajustar la
velocidad según el tipo de flóculo. A veces se puede realizar la agitación con aire mediante
difusores.
Parámetros de Entrada para Diseño de Floculadores u Coaguladores en SuperPro
Designer
Los datos de entrada necesarios para el diseño de Floculadores-Coaguladores en el
SuperPro Designer son los siguientes:
• Tiempo de detención (h).
• Potencia (Kw/m3).
• Razón altura/diámetro.
• % máximo de altura de trabajo.
• Presión de diseño (bar).
• Volumen máximo (L).
91
En la Tabla 5.8 y 5.9 se muestran los parámetros asumidos para obtener los datos
de entrada para el diseño de coaguladores y floculadores.
Tabla N° 5.8 Parámetros de Entrada para Diseño de Coaguladores
Parámetro Valor
Td (h) 0,05
P (Kw/m3) 1,004
%llenado 90
A/D 3
Vmáx (L) 80.000
P (bar) 1,5
Tabla 5.9 Parámetros de Entrada para Diseño de Floculadores
Parámetro Valor
Td (h) 0,3333
P (Kw/m3) 0,003
%llenado 90
A/D 3
Vmáx (L) 80.000
P (bar) 1,5
5.4.4. SEDIMENTACIÓN PRIMARIA (Manual SuperPro Designer, 1991)
Este modelo simula un clarificador basado en la teoría de sedimentación (Manual
SuperPro Designer, versión 4.53, 1991). Conocidas las principales variables de diseño, así
como la concentración de los sólidos en los lodos y el porcentaje de remoción para cada
componente en particular, el modelo estima el área de sedimentación requerida, los flujos y
la composición de la corriente de salida.
El modelo también realiza cálculos rigurosos para las emisiones de compuestos
volátiles.
92
Los balances de masa se basan en el porcentaje de remoción para cada componente
y la concentración de partículas en los lodos en )/( Lmg . Es importante mencionar que se
debe especificar solamente porcentaje de remoción para componentes que representen
partículas. Para los componentes líquidos y solubles, la cantidad de salida depende de la
concentración en los lodos que se especifica por el usuario.
• Velocidad de Sedimentación
La velocidad de sedimentación se estima usando la versión modificada de la ley de
Stokes (Smith & Harriott, 1993). El término K se calcula primero:
(5.19)
Dependiendo del valor de K, en la ecuación 5.19, son asignados diferentes valores a
los parámetros b1 y n de acuerdo con la Tabla 5.10.
Tabla 5.10 Parámetros b1 y n de acuerdo a K
K b1 n
≤ 3,3 24,0 1,0
> 3,3 ≤ 43,6 18,5 0,6
> 43,6 0,44 0,0 FUENTE: Manual SuperPro Designer, 1991.
Entonces, la velocidad de sedimentación se calcula usando la siguiente ecuación:
(5.20)
Donde
CV : Velocidad sedimentación, (m/s).
d : Diámetro de la partícula, ( m ).
g : Aceleración de la gravedad, (m/s2).
sρ : Densidad de la partícula, (Kg/m3).
ρ : Densidad del líquido, (Kg/m3).
( ) 31
2 ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −⋅⋅=
μρρρ sgdK
( ) n
nns
n
C bdgV
−
−
+
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅⋅⋅
−⋅⋅⋅=
21
11
1
34
ρμρρ
93
μ : Viscosidad del fluido, ( )smKg ⋅ .
• Área Transversal
El área transversal del clarificador se calcula dividiendo el flujo del agua clarificada
por la velocidad de sedimentación del componente de diseño (Tchobanoglous & Burton,
1991), como se muestra en la Ecuación 5.21.
(5.21)
Donde
Q : Caudal, (m3).
• Tiempo de Detención
En el caso de sedimentación a caudal continuo, la profundidad del clarificador y el
tiempo de detención hidráulico deberían ser tales que todas las partículas con velocidades
de diseño o sedimentación decantarán hasta el fondo del estanque. La velocidad de diseño,
el tiempo de detención y la profundidad del estanque están relacionados como sigue:
(5.22)
Donde
td : Tiempo de detención, (s).
Z : Profundidad, (m).
Parámetros de Entrada para Diseño de Clarificadores en SuperPro Designer
Los datos de entrada necesarios para el diseño de Clarificadores en el SuperPro
Designer son los siguientes:
• % de Remoción.
• Profundidad (m).
• Velocidad de descarga )/( 23 dmm ⋅ .
• Geometría del clarificador (rectangular o circular).
Cd V
Zt =
Ct V
QA =
94
• Máxima área de superficie (m2).
• Viscosidad del líquido (cp).
En la Tabla 5.11 se muestran los parámetros asumidos para obtener los datos de
entrada para el diseño de clarificadores.
Tabla 5.11 Parámetros de Entrada para Diseño de Clarificadores
Parámetro Valor
μl (cp) 1
Profundidad (m) 3
Conc. Partícula Lodo (g/L) 10
Ved )/( 23 dmm ⋅ 32
ASmáx (m2) 2.500
Geometría Circular
% Remoción
SS
X-VSS-h
X-VSS-n
X-VSS-i
98 %
98 %
98 %
98 %
5.4.5. PROCESO AEROBIO (Manual SuperPro Designer, 1991)
El aireador se modela como un reactor de mezcla completa con expresiones
cinéticas. Con el fin de realizar estos cálculos, existen los modelos de transferencia de masa
y equilibrio limitado, para aireación de superficie y por difusión, respectivamente.
La aireación de superficie, es un tipo de aireación mecánica, donde el oxígeno
introducido proviene de la atmósfera. Los aireadores de superficie, consisten en rotores
sumergidos total o parcialmente, acoplados a motores que se encuentran montados en
estructuras fijas o flotantes. En cambio, en la aireación por difusión, el oxígeno se introduce
por su inyección en el fondo del tanque. Consiste en un conjunto de difusores que se
95
instalan a lo largo del tanque, cerca del fondo, y a un lado, o bien se pueden montar en
brazos de aireación extraíbles (Tchobanoglous, 1985).
Otro aspecto importante de mencionar, es que las reacciones cinéticas ocurren en
secuencia, es decir una tras de otra. En este sentido se supone que, el producto de la primera
reacción es el reactante de la segunda, y así sucesivamente. Por otra parte, se deben
especificar los coeficientes estequiométricos de los componentes en cada reacción. Los
coeficientes negativos representan los reactantes y los positivos los productos. A partir de la
estequiometría de la reacción de degradación, se especifica el coeficiente de rendimiento, Y
(g biomasa/ g Substrato) que usualmente, se encuentra en un rango 0,4 – 0,8
(Tchobanoglous & Burton, 1991).
Parámetros de Entrada para Diseño de Reactores Aerobios en SuperPro Designer
Los datos de entrada necesarios para el diseño de reactores aerobios en el SuperPro
Designer son los siguientes:
• Tiempo de residencia (h).
• Concentración de oxigeno disuelto (mg/L).
• Sistema de Aireación (superficial o difusivo).
• Volumen de líquido/volumen de reactor.
• Máximo de volumen (m3).
• Profundidad del reactor (m).
• Razón largo/ancho.
• Coeficientes estequiometricos de las reacciones involucradas.
• Constantes cinéticas de las reacciones involucradas.
• % de emisiones.
96
Se debe señalar que para obtener el volumen del reactor el SuperPro Designer lo
obtiene del producto del caudal por el tiempo de residencia, lo cual en la realidad no es lo
correcto ya que no toma en cuenta la aireación ni la estequiometría.
En la Tabla 5.12 se muestran los parámetros asumidos para obtener los datos de
entrada para el diseño de reactores aerobios.
Tabla 5.12 Parámetros de Entrada para Diseño de Reactores Aerobios
Parámetro Valor
Tr (h) 6
Profundidad (m) 2
Conc. Oxígeno Disuelto (mg/L) 2
Requerimientos de Aire
( )min/33Liqaire mm ⋅
0,026
Volumen Máximo (m3) 15.000
Sistema Aireación Difusivo
Vlíquido/Vreactor 0,85
Largo/Ancho 2,5
% Emisiones
CO2
Nitrógeno
Oxígeno
95 %
100 %
100 %
Las reacciones involucradas en el reactor aerobio son: degradación de SS,
degradación de SD, degradación de AG, decaimiento de X-VSS-h, decaimiento de X-VSS-
n y nitrificación. Para estas reacciones la cinética y los coeficientes estequiométricos se
presentan en forma separada más adelante.
5.4.6. PROCESO ANÓXICO (Manual SuperPro Designer, 1991)
Se modela como un reactor de mezcla completa. Se debe especificar la constante de
velocidad de reacción de cada reacción a la temperatura actual de operación o a la
97
temperatura de referencia. Si la constante de velocidad esta especificada a una temperatura
de referencia, el parámetro “Teta” que afecta los cálculos de la constante de velocidad a
cualquier temperatura también debe ser especificada.
La iniciación de la velocidad de reacción ofrece una flexibilidad de una gran
variedad de expresiones cinéticas. Si, por ejemplo, un medio total de velocidad de reacción
esta disponible para un cierto tipo de residuos industriales, puede ser especificado como el
valor de K con “None” opción seleccionada por el sustrato, nitrato/nitrito y el término de
biomasa. En general tal dato de reacción de velocidad esta disponible para varios tipos de
aguas residuales industriales.
Parámetros de Entrada para Diseño de Reactores Anóxicos en SuperPro Designer
Los datos de entrada necesarios para el diseño de reactores anóxicos en el SuperPro
Designer son los siguientes:
• Tiempo de residencia (h).
• Potencia (kW/m3).
• Volumen de líquido/volumen de reactor.
• Máximo de volumen (m3).
• Coeficientes estequiometricos de las reacciones involucradas.
• Constantes cinéticas de las reacciones involucradas.
• % de emisiones.
El volumen del reactor se obtiene de la misma manera que el reactor aerobio.
En la Tabla 5.13 se muestran los parámetros asumidos para obtener los datos de
entrada para el diseño de clarificadores.
98
Tabla 5.13 Parámetros de Entrada para Diseño de Reactores Anóxicos
Parámetro Valor
Tr (h) 2
Volumen Máximo (m3) 15.000
Vlíquido/Vreactor 0,85
Potencia (kW/m3) 0,01
% Emisiones
CO2
Nitrógeno
95 %
100 %
Las reacciones involucradas en el reactor anóxico son: desnitrificación de SS,
desnitrificación de SD y desnitrificación de AG. Para estas reacciones la cinética y los
coeficientes estequiométricos se presentan en forma separada más adelante.
5.4.7. ESTEQUIOMETRIAS Y CONSTANTES CINÉTICAS
EMPLEADAS PARA LA DEGRADACIÓN DEL SUSTRATO
La estequiometría de degradación del sustrato es extraída del ejemplo de SuperPro
Designer (J. Flora, A. McAnally, 1991). Esta estequiometría presenta un coeficiente de
rendimiento Y=0,8 que en comparación a la bibliografía es elevado por lo cual se modificó
por Y= 0,5. Las reacciones de degradación con dicha modificación se presentan a
continuación:
• Degradación de Sólidos Suspendidos
(5.23)
• Degradación de Sólidos Disueltos
(5.24)
ggggggCOOHhVSSXONHSS115,04,11,01
2224
−−−++−−→++
ggggggCOOHhVSSXONHSD115,04,11,01
2224
−−−++−−→++
99
• Degradación de Aceites y Grasas
(5.25)
Los componentes SS, SD y AG son los propuestos en la Tabla 5.1 y representan al
sustrato orgánico biodegradable.
El SuperPro Designer nunca se especifica coeficientes de rendimiento, pero se
puede extraer de la estequiometría de las reacciones.
Para la simulación, se consideró para estas reacciones dos tipos de cinéticas:
• Cinética de primer orden : [ ] [ ]BSkr ⋅⋅= (5.26)
• Cinética del tipo de Monod: [ ][ ] [ ]BSK
SkrS
⋅+
⋅= (5.27)
Donde
S : Concentración de sustrato representado por SS, SD y AG, (mg/L).
k : Constante de degradación, (h-1).
KS : Constante de Semisaturación. (mg/L).
B : Concentración de biomasa representado por X-VSS-h, (mg/L).
Las constantes de degradación que se utilizó para cinéticas de primer orden son las
obtenidas en el Capitulo III (Tabla 3.20 y 3.21) cuya unidad es (h-1), pero se debe señalar
que para utilizar estas cinéticas se debe considerar la concentración de biomasa en los
ensayos ya que la unidad de la constante de degradación en este caso es igual a ( hmgL ⋅/ ),
por lo anterior para obtener la concentración de sustrato se trabajo con dos opciones para
estimar la cantidad de biomasa en los ensayos: 1) que sea igual a la cantidad de coliformes
fecales presentes en aguas residuales urbanas cuyo valor es 1,0E+6 y 2) que sea igual a la
concentración de coliformes en las aguas residuales de la lanera cuyo valor es 1,6E+5,
mediante estas dos suposiciones se obtuvieron las nuevas constantes. Los cálculos de estas
constantes se hicieron en una planilla Excel que se encuentra en el Anexo C. En la Tabla
ggggggCOOHhVSSXONHAG115,04,11,01
2224
−−−++−−→++
100
5.14 se muestran los resultados de las nuevas constantes de degradación para cinéticas de
primer orden.
Tabla 5.14 Constantes de Degradación de Cinética de Primer Orden
Sustrato k ( hmgL ⋅/ ) 1era Opción k ( hmgL ⋅/ ) 2da Opción
AG 194,0617 1.212,8855
SS 12,4264 77,6647
SD 52,5781 328,6134
1era Opción: Coliformes Fecales de Aguas Residuales Urbanas. 2da Opción: Coliformes Fecales de Aguas Residuales de la Lanera.
Mientras que para cinética del Tipo Monod se utilizaron datos bibliográficos de las
constantes de degradación (Henze M., 1995) y las constantes de semisaturación (V.
Guzmán, 1997) como se muestra en la Tabla 5.15.
Tabla 5.15 Rangos de Constantes Cinéticas Empleadas para la Degradación del
Sustrato de Cinética de Tipo Monod
Sustrato Rango k (h-1) Rango KS (mg/L)
AG 0,0042 – 0,0063 10 – 120
SS 0,0042 – 0,0063 10 – 120
SD 0,0200 – 0,8330 10 – 120
FUENTE: Henze M., 1995.
Las constantes anteriores se asumen para ser aplicada a T=20°C. El efecto sobre la
constante de la variación de la temperatura es tomada en cuenta considerando un valor de
θ de 1,047 en la ecuación:
(5.26)
Es importante mencionar que las constantes cinéticas están basadas en términos de
SS, SD y AG no de DBO5 ya que la DBO5 es tratada como una propiedad, no como un
componente. Esto se debe a que varios componentes en la simulación (SS, SD, AG, etc.)
contribuyen a la DBO5.
)20(20
−⋅= TT kk θ
101
[ ][ ] [ ]BSK
SkrS
⋅+
⋅=
Los resultados de las constantes de degradación de cinética de primer orden nos
indican que las suposiciones hechas no son las mejores ya que las constantes son muy altas
con respecto a bibliografía, lo que implica que no se tomaron en cuenta para el diseño de
equipos por lo tanto se utilizaron las constantes de cinética del tipo Monod.
5.4.8. ESTEQUIOMETRIAS Y CONSTANTES CINÉTICAS
EMPLEADAS PARA LA NITRIFICACIÓN
La estequiometría de Nitrificación es extraída del ejemplo de SuperPro Designer (J.
Flora, A. McAnally, 1991) la cual es la siguiente en base másica:
(5.27)
En la realidad, la reacción de nitrificación consume una cantidad de alcalinidad
considerable (Tchobanoglous, 1995). En este trabajo no se consideran especies iónicas por
lo que la ecuación anterior solo muestra el consumo neto de carbono (en forma de CO2)
utilizado para la síntesis de biomasa.
La cinética que se considera para esta reacción corresponde a una cinética de
Monod.
(5.28)
Donde
S : Concentración de sustrato representado por NH4, (mg/L).
Las constantes k y KS que se utilizaron para este tipo de cinética se muestran en la
Tabla 5.16.
ggggggNOOHnVSSXCOONH
2,257,70,18,16,245,732224
−−−++−−→++
102
Tabla 5.16 Coeficientes Utilizados en la Simulación para el Proceso de
Nitrificación
Coeficiente Unidad Valor
k h-1 0,25
KS mg/L, NH4+-N 20
FUENTE: Henze M., 1995.
La nitrificación esta muy influenciada por la temperatura. Es difícil cuantificar el
efecto de la temperatura sobre la velocidad de nitrificación porque el factor temperatura
depende de las condiciones de operación del sistema: la velocidad en los cambios de
temperatura, parámetros de operación de la planta de tratamiento y concentración de
biomasa. Las constante k se asume para ser aplicada a T=20°C. El efecto sobre la constante
de la variación de la temperatura es tomada en cuenta considerando un valor de θ de 1,047
en la Ecuación 5.26.
5.4.9. ESTEQUIOMETRIAS Y CONSTANTES CINÉTICAS
EMPLEADAS PARA LA DECAIMIENTO BIOMÁSICO
La estequiometría de decaimiento biomásico para los organismos degradadores se
extrae del mismo anterior el cual en base másica es:
• Decaimiento de X-VSS-h
(5.29)
• Decaimiento de X-VSS-n
(5.30)
La cinética que se considera para esta reacción corresponde a una cinética de primer
orden representado por la ecuación:
gggggggNHSSCOOHiVSSXOhVSSX
45,11,035,01,02,015,105,14222
−−++++−−→+−−
gggggggNHSSCOOHiVSSXOnVSSX
45,11,035,01,02,015,105,14222
−−++++−−→+−−
103
(5.31)
Donde
S : Concentración de sustrato representado por X-VSS-h y X-VSS-n, (mg/L).
kd : Constante de decaimiento, (h-1).
En la Tabla 5.17 se muestra el coeficiente utilizado en el decaimiento biomásico.
Tabla 5.17 Coeficiente Utilizado en la Simulación para el Proceso de Decaimiento
Biomásico
Coeficiente Unidad Valor
kH h-1 0,0042-0,0083
kA h-1 0,0258
FUENTE: Henze M., 1995.
La constante k se asume para ser aplicada a T=20°C. La variación de temperatura es
tomada en cuenta considerando un valor de θ de 1.047.
Se debe notar que en SuperPro Designer el decaimiento biomásico se trata en
reacciones separadas. En otras palabras, nunca se especifica un coeficiente de decaimiento
sino que se especifica una reacción de decaimiento con su propia cinética.
5.4.10. ESTEQUIOMETRIAS Y CONSTANTES CINÉTICAS
EMPLEADAS PARA LA DESNITRIFICACIÓN
La estequiometría de desnitrificación al igual que las anteriores se extrae del mismo
ejemplo la cual en base másica:
• Desnitrificación de Sólidos Suspendidos
(5.32)
ggggggNCOOHhVSSXNOSS
4,332,136,424,7626,342223
−−+++−−→+
[ ] [ ]BSkr d ⋅⋅=
104
• Desnitrificación de Sólidos Disueltos
(5.33)
• Desnitrificación de Aceites y Grasas
(5.34)
La cinética que se considera para estas reacciones corresponde a una cinética del
tipo Monod:
(5.35)
S : Concentración de sustrato representado por NO3, (mg/L).
En la Tabla 5.18 se muestran los coeficientes utilizados en la desnitrificación.
Tabla 5.18 Coeficientes Utilizados en la Simulación para el Proceso de Desnitrificación
(AG,SS y SD)
Coeficiente Unidad Valor
k h-1 0,125-0,25
KS mg/L, NO3--N 0,2-0,5
FUENTE: Henze M., 1995.
La constante k se asume para ser aplicada a T=20°C. La variación de temperatura es
tomada en cuenta considerando un valor de θ de 1.047.
La simulación de las reacciones de desnitrificación no consideró la inhibición que
provoca la presencia de oxígeno, debido a que no existe oxígeno en las zonas anóxicas
simuladas.
ggggggNCOOHhVSSXNOSD
4,332,136,424,7626,342223
−−+++−−→+
ggggggNCOOHhVSSXNOAG4,332,136,424,7626,34
2223
−−+++−−→+
[ ][ ] [ ]BSK
SkrS
⋅+
⋅=
105
5.5. CONSIDERACIONES ADICIONALES REALIZADAS
EN EL PROCESO DE DISEÑO
1. Existen algunas dificultades para asignar valores a las constantes cinéticas de
degradación presentes ya que el sistema es muy sensible a cualquier cambio de
estas como kSD, por lo cual se tomó como parámetro para verificar las constantes
que en la entrada del reactor aerobio la concentración de biomasa heterótrofa se
encuentre entre 6.000-8.000 mg/L y los caudales de las recirculaciones sean los
valores máximos como se muestran en la Figura 4.1 Proceso Modificado de
Ludzack-Ettinger.
2. SS y AG se supuso como sustrato lentamente biodegradable, por lo que se
utilizaron como constantes de degradación un promedio del rango presentado en la
Tabla 5.15, mientras que SD se supuso como fácilmente biodegradable por el cual
fue este parámetro que se varío por ser el menos estable. Al variar la constante kSD
entre 0,02 a 0,833 en las tres alternativas se obtuvo como resultados que en las
alternativas 1 y 2 no se llega a una composición de biomasa heterótrofa de 6.000–
8.000 mg/L en la entrada del reactor aerobio, mientras que con la alternativa 3 se
llega a ese valor variando la constante entre 0,02 a 0,07 h-1, según bibliografía
valores mayores a estos baja la concentración de biomasa. Se estima que es
probable que el valor real de kSD se encuentra en este intervalo por lo cual se asume
como correcto el parámetro de control mencionado en el punto 2.
3. Se varió la constante de degradación de sólidos disueltos entre 0,02 y 0,07 h-1
reemplazando estos valores en el diseño de equipos y se llegó a que el valor más
adecuado es 0,0632.
4. En la Tabla 5.19 se muestra los resultados de concentraciones de los parámetros
más importantes en el efluente, lodo y en la entrada del reactor aerobio obtenidos en
la simulación mediante el SuperPro Designer.
106
Tabla 5.19 Resultados de Concentraciones de Parámetros más Importantes en la
Simulación en SuperPro Designer
Parámetro Alternativa N°1 Alternativa N°2 Alternativa N°3
Efluente
DBO5 550,926 550,372 0,581
Aceites y Grasas 311,097 344,091 2,564
Sólidos Suspendidos 1.037,893 1.047,415 0,607
NKT 147,855 134,603 0,942
NO3-NO2 88,877 80,779 0,408
DQO 798,854 729,924 0,857
Lodo
X-VSS-h 363,040 358,830 7.850,096
Sólidos Suspendidos 9.613,200 9.615,122 9,092
Total 9.976,240 9.973,952 7.859,188
Entrada Reactor Aerobio
X-VSS-h 242,436 243,888 6.091,505
5. Mediante los resultados que se muestran en la Tabla 5.22 se puede decir que las
Alternativas N°1 y 2 no cumplen con la norma de los límites máximos permitidos
en la descarga. En cambio la Alternativa N°3 cumple con tales requisitos
presentándose como la mejor alternativa.
5.6. RESULTADOS DEL DISEÑO DE EQUIPOS
Los resultados del diseño de equipos se presentan por separado para cada
alternativa, aunque cabe señalar que para obtener en los tres casos los volúmenes de los
reactores se utilizó los caudales máximos de recirculación expuestos en la Figura 4.1
(Proceso Modificado de Ludzack-Ettinger). Además con este diseño se obtienen las
dimensiones totales de los equipos, por lo cual pueden haber 1 o más equipos para
satisfacer dichas medidas.
107
5.6.1. ALTERNATIVA N°1
En la Tabla 5.20 se muestran los resultados obtenidos en el diseño de la alternativa
N°1 y el la Figura 5.1 las dimensiones de cada equipo y el número de equipos seleccionado.
Tabla 5.20 Resultados de Diseño de la Alternativa N°1
Proceso Unitario Resultados
Pre-Desaceitado Largo 24,66 m
Ancho 0,592 m
Área Horizontal 14,599 m2
Área Vertical 0,592 m2
Volumen 14,599 m3
Unidades 3
Coagulación Altura 1,835 m
Diámetro 0,612 m
Volumen 539,57 L
Unidades 1
Floculación Altura 3,454 m
Diámetro 1,151 m
Volumen 3.597,17 L
Unidades 2
Flotación Área Superficial 6,476 m2
Largo 4,408 m
Ancho 1,469 m
Volumen 19,43 m3
Unidades 1
Reactor Anóxico Volumen 125,279 m3
Unidades 1
Reactor Aerobio Volumen 375,86 m3
Largo 21,68 m
Ancho 8,67 m
T Residencia Lodo 95,797 h
Unidades 2
Clarificador Área Superficial 10,809 m2
Diámetro 3,710 m
Volumen 32,427 m3
Tiempo de Detención 2,25 h
Unidades 1
108
109
5.6.2. ALTERNATIVA N°2
En la Tabla 5.21 se muestran los resultados obtenidos en la simulación de la
alternativa N°2 y el la Figura 5.2 las dimensiones de cada equipo incluyendo el número
final de equipos para satisfacer el diseño teórico.
Tabla 5.21 Resultados de Diseño de la Alternativa N°2
Proceso Unitario Resultados
Pre-Desaceitado Largo 24,66 m
Ancho 0,592 m
Área Horizontal 14,599 m2
Área Vertical 0,592 m2
Volumen 14,599 m3
Unidades 3
Flotación Área Superficial 6,474 m2
Largo 4,407 m
Ancho 1,469 m
Volumen 19,42 m3
Unidades 1
Reactor Anóxico Volumen 125,649 m3
Unidades 1
Reactor Aerobio Volumen 376,97 m3
Largo 21,71 m
Ancho 8,68 m
T Residencia Lodo 96,745 h
Unidades 2
Clarificador Área Superficial 11,007 m2
Diámetro 3,744 m
Volumen 33,020 m3
Tiempo de Detención 2,25 h
Unidades 1
110
111
5.6.3. ALTERNATIVA N°3
En la Tabla 5.22 se muestran los resultados obtenidos en la simulación de la
alternativa N°3 y el la Figura 5.3 el Layout de la alternativa.
Tabla 5.22 Resultados de Diseño de la Alternativa N°3
Proceso Unitario Resultados
Pre-Desaceitado Largo 24,66 m
Ancho 0,592 m
Área Horizontal 14,599 m2
Área Vertical 0,592 m2
Volumen 14,599 m3
Unidades 3
Flotación Área Superficial 6,474 m2
Largo 4,407 m
Ancho 1,469 m
Volumen 19,42 m3
Unidades 1
Decantación Primaria Área Superficial 6,999 m2
Diámetro 2,985 m
Volumen 20,998 m3
Tiempo de Detención 4,3 h
Unidades 1
Reactor Anóxico Volumen 60,780 m3
Unidades 1
Reactor Aerobio Volumen 182,33 m3
Largo 15,10 m
Ancho 6,04 m
T Residencia Lodo 136,35 h
Unidades 1
Clarificador Área Superficial 5,423m2
Diámetro 2,628 m
Volumen 16,269 m3
Tiempo de Detención 2,25 h
Unidades 1
112
113
114
6.1. SIMULACIÓN DINAMICA DE ALTERNATIVAS
PROPUESTAS
Los resultados obtenidos del diseño de equipos en SuperPro Designer se utilizaron
para realizar la simulación dinámica de las alternativas en el simulador Aquasim con el
objeto de estudiar la puesta en marcha del sistema planteado como también estudiar las
variaciones semanales de caudal e identificar las variables que afectan el diseño lo cual nos
ayudara a seleccionar la mejor alternativa de tratamiento.
Para ello se utilizaron los mismos parámetros de entrada, constantes cinéticas y
procesos biológicos que en el SuperPro Designer.
6.2. RESULTADOS DE SIMULACIÓN DINAMICA
1. Mediante las tres alternativas propuestas es posible cumplir con los límites máximos
permitidos de aceites y grasas donde las concentraciones son casi cero en el
efluente, en cambio para los parámetros de DBO5 y Sólidos Suspendidos solo se
cumplen con la Alternativa N°3 como se puede observar en los Gráficos 6.1, 6.2 y
6.3, por lo tanto la Alternativa N°3 parece ser la más adecuada para el tratamiento
de los riles de la planta lanera, siendo limitantes las concentraciones de DBO5 y SS.
Las concentraciones alcanzadas en el estado estacionario son respectivamente
presentadas en la Tabla 6.1.
Tabla 6.1 Concentraciones de DBO5, AG y SS en el Efluente
Alternativas DBO5 (mg/L) SS (mg/L) AG (mg/L)
N°1 561,1 655,1 0
N°2 1.302 2.571 0
N°3 0 1,16 0
115
Gráfico 6.1 Alternativa N°1: Concentraciones de SS, DBO5 y AG en el Efluente
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 5250
Tiempo (h)
Con
cent
raci
ón (m
g/L)
C_AG
C_SS
C_DBO5
Gráfico 6.2 Alternativa N°2 Concentraciones de SS, DBO5 y AG en el Efluente
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
2250
2500
2750
3000
3250
3500
3750
4000
4250
0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 5250
Tiempo (h)
Con
cent
raci
ón (m
g/L)
C_AG
C_DBO5
C_SS
Gráfico 6.3 Alternativa N°3: Concentraciones de SS, DBO5 y AG en el Efluente
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 5250
Tiempo (h)
Con
cent
raci
ón (m
g/L)
C_AG
C_SS
C_DBO5
116
2. Para cada alternativa se varió la constante de degradación de los sólidos disueltos
tomando en cuenta que la concentración de X-VSS-h en la entrada del reactor
aerobio se encuentre entre 6.000-8.000 mg/L, por lo cual se puede observar en los
Gráficos 6.4 y 6.5 que las Alternativas N°1 y 2 el tiempo que se debe esperar para
que se logre el crecimiento biológico es muy rápido hasta estabilizarse, en cambio la
Alternativa N°3 se llega al crecimiento biológico muy lentamente demorándose ±
3.500 horas, es decir ± 5 meses aproximadamente para poner en marcha la planta
de tratamiento como se visualiza en el Gráfico 6.6. Cabe señalar que si bien cumple
con la concentración de X_VSS_h a la entrada del reactor no se llega al equilibrio.
En la realidad esto no ocurriría porque la eficiencia de los decantadores iría
variando en el tiempo. Situación no considerada en la simulación, donde se asumió
eficiencia constante. Por lo anterior es de esperar que una vez alcanzada una
concentración de 5.000 mg/L de biomasa al interior de la balsa de aireación el
sistema se estabilice.
Gráfico 6.4 Alternativa N°1: Concentraciones de X_VSS_h y AG en el Reactor
Aerobio
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
12000
13000
14000
15000
16000
0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 5250
Tiempo (h)
Con
cent
raci
ón (m
g/L)
X_VSS_H
C_AG
117
Gráfico 6.5 Alternativa N°2: Concentraciones de X_VSS_h y AG en el Reactor
Aerobio
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
7500
8000
8500
9000
9500
10000
0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 5250
Tiempo (h)
Con
cent
raci
ón (m
g/L)
X_VSS_H
C_AG
Gráfico 6.6 Alternativa N°3: Concentraciones de X_VSS_h y AG en el Reactor
Aerobio
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
7500
8000
8500
0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 5250
Tiempo (h)
Con
cent
raci
ón (m
g/L)
X_VSS_H
C_AG
3. También se debe tomar en cuenta que la concentración de aceites y grasas en la
entrada del reactor aerobio debe ser baja ya que si existe un alta carga de estas los
reactores no funcionan correctamente ya que no habría crecimiento biológico, de tal
manera que se puede ver en los Gráficos 6.4, 6.5 y 6.6 que las concentraciones de
aceites y grasas son bajas, por lo cual las tres alternativas cumplen con este
requisito.
4. Para obtener un buen funcionamiento de una planta de tratamiento la concentración
de sólidos suspendidos volátiles en la recirculación de lodos el cual debe
encontrarse entre 5.000 – 15.000 mg/L, pero este parámetro no se presenta como tal
118
en la simulación, por ello se asumió que este parámetro esta presente en los sólidos
suspendidos y en la biomasa heterótrofa. En el Gráfico 6.7 se observa que en la
Alternativa N°1 la concentración de biomasa heterótrofa más la suma de los sólidos
suspendidos es muy alta. Esto podría indicar que la suposición que los sólidos
suspendidos volátiles son iguales a los sólidos suspendidos más la biomasa
heterótrofa no es una suposición exacta, de hecho entre los sólidos suspendidos se
encuentran sólidos de tipo inorgánico los cuales no corresponden a sólidos
suspendidos volátiles. En la Alternativa N°2 la concentración de X_VSS_h se llega
muy rápido a 5.000 mg/L para luego estabilizarse a una concentración de ± 9.600
mg/L como se puede ver en el Gráfico 6.8 lo cual nos indica que cumple con el
supuesto inicialmente propuesto, mientras que para la Alternativa N°3 la
concentración de X_VSS_h crece lentamente como se muestra en el Gráfico 6.9
igual cumple con las especificaciones pero no llega al equilibrio en el tiempo de
simulación por las mismas razones comentadas anteriormente.
Gráfico 6.7 Alternativa N°1: Concentraciones de SS y X_VSS_h en el Lodo
Recirculado
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
12000
13000
14000
15000
16000
17000
18000
0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 5250
Tiempo (h)
Con
cent
raci
ón (m
g/L)
C_SS
X_VSS_H
119
Gráfico 6.8 Alternativa N°2: Concentraciones de SS y X_VSS_h en el Lodo
Recirculado
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
7500
8000
8500
9000
9500
10000
0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 5250
Tiempo (h)
Con
cent
raci
ón (m
g/L)
X_VSS_H
C_SS
Gráfico 6.9 Alternativa N°3: Concentraciones de SS y X_VSS_h en el Lodo
Recirculado
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
12000
0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 5250
Tiempo (h)
Con
cent
raci
ón (m
g/L)
C_SS
X_VSS_H
5. En la simulación dinámica se pudo visualizar que los tratamientos dependen de la
temperatura para su buen funcionamiento. Por lo cual se vario este parámetro
llegando a las siguientes conclusiones:
• A temperaturas bajo los 15°C no existe crecimiento biológico en las tres
alternativas y este decrece rápidamente como se muestra en el Gráfico 6.10.
120
Gráfico 6.10 Concentración de X_VSS_H en el Reactor Aerobio a 15°C
0
200
400
600
800
1000
1200
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
T i e mp o ( h )
Al ter nat i va 1
A l ter nat i va 2
A l ter nat i va 3
• A temperaturas mayores a 25°C existe un crecimiento rápido de biomasa aunque al
transcurso del tiempo este decae y se estabiliza a concentraciones muy bajas como
se puede visualizar en el Gráfico 6.11.
Gráfico 6.11 Concentración de X_VSS_H en el Reactor Aerobio a 25°C
0
200
400
600
800
1000
1200
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000
Tiempo (h)
Con
cent
raci
ón (m
g/L)
Alternativa 1
Alternativa 2
Alternativa 3
• A temperaturas entre 15°C y 20°C existe crecimiento de biomasa a valores de kSD
entre 0,3 y 0,833.
Luego el sistema debería operar a temperaturas cercanas a los 20°C para la
obtención de resultados óptimos.
121
6.3. SENSIBILIDAD
Para realizar el análisis de sensibilidad se utiliza el Aquasim con el fin de visualizar
que parámetros mediante un ranking son afectados ya sea positivamente o negativamente al
cambio de variables que no se tienen certeza en su valor, estos resultados se presentan en
forma más detallada en Anexos. Este análisis de sensibilidad solo se realizó para la
Alternativa N°3 que es la mejor entre las opciones propuestas para ello se variaron los
parámetros kAG, kSS, kSD y θ con los cuales se obtuvieron los siguientes resultados:
1. Al realizar la sensibilidad en el efluente se obtiene que las concentraciones de
aceites y grasas y DBO5 no son afectadas por los parámetros variados lo que da
seguridad al diseño con estos parámetros. En cambio, la concentración de sólidos
suspendidos se ve afectada principalmente por la constante de degradación de
sólidos suspendidos. Como se puede visualizar en el Gráfico 6.12 la línea de la
concentración de sólidos suspendidos se encuentra entre dos líneas punteadas las
cuales representan las concentraciones máximas y mínimas a las cuales puede llegar
este parámetro al variar kSS y como se puede observar también se cumple con los
límites máximos permitidos de descarga de riles. Lo anterior de seguridad al diseño,
porque son precisamente las constantes cinéticas los parámetros de mejor incerteza.
No obstante variando las constantes entre los mayor probables el diseño aún cumple
con los resultados esperados.
122
Gráfico 6.12 Alternativa N°3: Sensibilidad de Concentraciones en el Efluente
0
10
20
30
40
50
60
70
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
Tiempo (h)
Con
cent
raci
ón (m
g/L)
C_SS
C_SSmin
C_Ssmax
2. En el reactor el crecimiento biológico depende especialmente de kSD seguido de θ
por lo tanto para que el reactor funcione en óptimas condiciones se debe obtener la
constante de degradación de sólidos disueltos real mediante análisis de laboratorio y
en cuanto a la temperatura se debe mantener a un valor cercano a los 20°C que es la
temperatura óptima de trabajo, para ello es necesario un aislamiento térmico por lo
cual se debe construir la planta de tratamiento en un recinto cerrado. En el Gráfico
6.13 se observa las variaciones del crecimiento biológico en el reactor aerobio.
Gráfico 6.13 Alternativa N°3: Sensibilidad de las Concentraciones en el Reactor
Aerobio
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
Tiempo (h)
Con
cent
raci
ón (m
g/L)
X_VSS_H
X_VSS_Hmin
X_VSS_Hmax
3. Se obtiene como resultado del análisis de sensibilidad que el crecimiento de la
biomasa en el lodo depende también de kSD y θ, por lo tanto se concluye que son
123
estas dos variables las que más influyen en el resultado del diseño propuesto. En el
Gráfico 6.14 se visualiza las variaciones de la concentración de biomasa en el lodo.
Gráfico 6.14 Alternativa N°3: Sensibilidad de las Concentraciones en el Lodo
Recirculado
0100020003000400050006000700080009000
100001100012000130001400015000160001700018000190002000021000
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
Tiempo (h)
Con
cent
raci
ón (m
g/L)
C_Ssmax
X_VSS_H
X_VSS_Hmin
X_VSS_Hmax
C_SS
C_Ssmin
4. Como conclusión se puede asegurar que el diseño propuesto funcionará en la
mayoría de los casos, no obstante es importante para su optimización calcular el
valor real de las constantes de degradación a través de ensayos de laboratorio, ya
que esta es la variable que presenta mayor efecto en el crecimiento biológico y a la
vez mayor incerteza en su valor estimado.
6.4. SIMULACIÓN DINÁMICA CON VARIACIÓN DEL
CAUDAL
Se realizó la simulación dinámica variando el caudal de entrada solamente a la
Alternativa Nº3 para comprobar si se cumple con los límites permitidos en la descarga
tomando en cuenta la concentración de biomasa en el reactor. Los caudales son obtenidos
de los resultados de los balances de materia que se encuentran en la Tabla 3.5 (Caudales de
Tratamiento).
124
1. Mediante la variación de caudal en la Alternativa N°3 se observa en el Gráfico 6.15
que se cumple con los límites máximos permitidos en la descarga de riles con lo
cual se asegura que es la mejor opción.
Gráfico 6.15 Alternativa N°3: Concentraciones de SS, DBO5 y AG en el Efluente a
Caudal Variable
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500
Tiempo (h)
Con
cent
raci
ón (m
g/L)
C_DBO5
C_SS
C_AG
2. La concentración de X_VSS_h en el reactor aerobio crece lentamente llegando a un
peak de ± 7.000 mg/L pero decae como se puede observar en el Gráfico 6.15, este
decaimiento de la concentración de biomasa se produce por el retiro de las aguas de
los lavaderos y la no existencia de caudal de entrada. En el Gráfico 6.16 se puede
observar la variación de concentración de biomasa en una semana la cual varia entre
2.000 – 7.000 mg/L, si bien la planta de tratamiento funcionaría cumpliría con los
requerimientos lo mejor sería que en la entrada de la planta de tratamiento exista un
estanque de almacenamiento para mantener el caudal constante ya que las
variaciones en la biomasa al interior del reactor podrían llevar a una operación
insegura del sistema de tratamiento. No obstante el valor mínimo resulta adecuado
para el funcionamiento del sistema biológico, esto demostrado tanto por la
simulación, como por los datos publicados por otros autores (Henze M., 1995).
125
Gráfico 6.16 Alternativa N°3: Concentraciones de AG y X_VSS_h en el Reactor
Aerobio a Caudal Variable
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
12000
13000
0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000 5250
Tiempo (h)
Con
cent
raci
ón (m
g/L)
C_AG
X_VSS_H
Gráfico 6.17 Alternativa N°3: Concentración de X_VSS_h en una Semana en el
Reactor Aerobio a Caudal Variable
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
980 1000 1020 1040 1060 1080 1100 1120 1140 1160 1180 1200
Tiempo (h)
Con
cent
raci
ón (m
g/L)
X_VSS_H
126
127
7.1. CONCLUSIONES
1. A través de los análisis de laboratorio se identifica los contaminantes presentes en
los riles de la lanera, aunque se debe señalar que el análisis de aceites y grasas no es
el apropiado ya que la norma utilizada es para aguas residuales urbanas que no
contiene una gran concentración de este parámetro, por lo cual se debe recurrir a
otra forma de cuantificarlo, para ello se recomienda la utilización de balances de
materias.
2. Existen algunas dificultades para asignar correctamente la cinética de los
compuestos involucrados y la estequiometría por lo cual se deben hacer muchos
supuestos, aunque se pueden obtener dichos valores mediante análisis de laboratorio
representando esto la mayor dificultad para aplicar modelos al diseño de sistemas de
tratamiento. Por otro lado, lo anterior obliga al desarrollo de análisis de laboratorios
especializados y fuera de las rutinas de caracterización, además de ser estos análisis
dependientes del modelo seleccionado.
3. El Programa SuperPro Designer es una herramienta simple y útil que permite
diseñar plantas de tratamiento biológico de efluentes industriales aunque presenta
ciertas limitaciones como el diseño de reactores ya que solo toma en cuenta el
tiempo de retención y el caudal para obtener el volumen sin considerar otro
parámetro lo cual no es lo correcto. Esto limita al programa a utilizar solo una
estimación del diseño de equipos ya que muchos de sus módulos no presentan
procedimientos rigurosos.
4. Dadas las características del Simulador SuperPro Designer que no permite el
ingreso en forma directa de los parámetros de los análisis como DBO5, DQO, etc. se
debe tener en cuenta las variables que se van a utilizar antes de simular el modelo
para hacer los análisis necesarios, lo que implica necesariamente aproximaciones y
el uso de propiedades promedio, situación que agrega incerteza al diseño.
128
5. El programa Aquasim nos permite verificar el funcionamiento de una planta de
tratamiento ya diseñada mediante la modelación dinámica la cual nos permite
predecir la calidad del efluente. En este caso el modelo se puede utilizar para fines
de diagnostico, proyección, comparación de variantes, probar cambios en la
operación, etc.
6. La Alternativa N°3 (Pre-desaceitado, Flotación, Decantación Primaria, Reactor
Anóxico, Reactor Aerobio, Decantación Secundaria) cumple con la norma que
especifica los límites máximos permitidos en la descarga de residuos líquidos a
caudal fijo y caudal variable esto demostrado por la simulación dinámica del
proceso. Aún cuando este trabajo no abordó los aspectos económicos del diseño, se
puede inferir además que el costo de esta planta es más bajo a las demás alternativas
ya que el dimensionamiento de los equipos es menor. Por lo cual esta alternativa
resulta desde el punto de vista técnico, así como también probablemente desde el
punto de vista económico, la alternativa más atractiva para el tratamiento de los
efluentes líquidos de una planta lanera, utilizando las tecnologías consideradas a
este trabajo y teniendo en cuenta como recomendación obtener la constante de
degradación de sólidos disueltos y mantener cierto control sobre la temperatura.
7. La constante kSD es la variable más importante y que aún así el diseño cumple,
aunque agrega incerteza porque la biomasa oscila fuertemente en su concentración
al interior del reactor.
8. Como existe una limitación con el parámetro de la temperatura para el
funcionamiento óptimo de los tratamientos es necesario mantener una temperatura
de 20°C por lo tanto debe implementarse una aislación térmica es decir construir la
planta de tratamiento en un recinto cerrado, aprovechando que los residuos líquidos
a la planta se encuentran a temperaturas superiores a los 20°C.
129
BIBLIOGRAFIA
1. Alarcón Christian. “Simulación del Tratamiento Secundario de la Planta de
Tratamiento de Aguas Servidas de la Ciudad de Puerto Natales”. Universidad de
Magallanes, 2001.
2. Bueno J., Sastre H., Lavín A. “Contaminación e Ingeniería Ambiental:
Contaminación de las Aguas”. Oviedo, 1997.
3. Cepis – OPS. “Informe Técnico sobre Minimización de Residuos en la Industria
Textil”, 1994.
4. Chamy R. “Avances en Biotecnología Ambiental: Tratamiento de Residuos
Líquidos y Sólidos”. Ediciones Universitarias de Valparaíso. Pontificia Universidad
Católica de Valparaíso. Archivos de Ingeniería Bioquímica.
5. CONAMA, “Diagnostico de Residuos Líquidos Industriales de la Región de
Magallanes”, 1994. GSI Ingenieros Consultores Ltda.
6. Flogia K., Curilaf C. “Caracterización de Riles Planta Lanera Standard Wool”.
Universidad de Magallanes, 2003.
7. Guzmán V. 1997. “Diseño y Evaluación de una Planta de Tratamiento de Aguas
Residuales Municipales por Medio de Simulación”. Pontificia Universidad Católica
de Chile. Departamento de Ingeniería Química y de Bioprocesos.
8. Henze M., Harremöes P., Jansen J., Arvin E. “Wastewater Treament: Biological and
Chemical Processes”. Universidad de Cantabria, 1995.
9. Manual Aquasim 2.0. Computer Program for the Identification and Simulation of
Aquatic Systems, 1998.
10. Manual SuperPro Designer, versión 4.53, 1997. Family of Simulation and Design
Tools for the Process and Enviromental Industries. Intelligen, Inc.
130
11. Santibáñez E., “Guía de Alternativas de Tratamiento de Residuos Industriales
Líquidos”. Universidad de Magallanes. Facultad de Ingeniería. Departamento de
Química, 2002.
12. Tchobanoglous G. 1995. “Ingeniería de Aguas Residuales: Tratamiento, Vertido y
Reutilización” Tercera Edición. Metcalf & Eddy, Inc. Ed. Impresa, S.A. España.
13. Tejero I., Suárez J., Jácome A., Temprano J. “Introducción a la Ingeniería Sanitaria
y Ambiental”. Volumen N°2. Ed. Tórculo, 2001.
131
132
ANEXO A: RESULTADOS DE ANALISIS DE
LABORATORIO
133
A.1 DQO
Tabla A.1 Resultados de Análisis de DQO en el 1er Muestreo
Absorbancia )/( Lmg Promedio
Muestra 1 0,105 1.236
Muestra 2 0,075 819 1.028
Filtrado 1 0,068 722
Filtrado 2 0,055 542 632
Tabla A.2 Resultados de Análisis de DQO en el 2do Muestreo
Absorbancia )/( Lmg Promedio
Muestra 1 0,523 1.408
Muestra 2 0,603 1.631 1.520
Filtrado 1 0,472 1.267
Filtrado 2 0,435 1.164 1.216
Tabla A.3 Resultados de Análisis de DQO en el 3er Muestreo
Absorbancia )/( Lmg Promedio
Muestra 1 0,665 1.803
Muestra 2 0,826 2.250 2.027
Filtrado 1 0,491 1.319
Filtrado 2 0,474 1.272 1.296
A.2 NITRATOS
Tabla A.4 Resultados de Análisis de Nitratos en el 1er Muestreo
Absorbancia )/( Lmg Promedio
Filtrado 1 0,029 78
Filtrado 2 0,076 205 142
134
Tabla A.5 Resultados de Análisis de Nitratos en el 2do Muestreo
Absorbancia )/( Lmg Promedio
Filtrado 1 0,791 2.138
Filtrado 2 0,778 2.103 2.121
Tabla A.6 Resultados de Análisis de Nitratos en el 3er Muestreo
Absorbancia )/( Lmg Promedio
Filtrado 1 0,055 149
Filtrado 2 0,056 151 150
A.3 FOSFATOS
Tabla A.7 Resultados de Análisis de Fosfatos en el 1er Muestreo
Absorbancia )/( Lmg Promedio
Filtrado 1 0,027 66
Filtrado 2 0,009 22 44
Tabla A.8 Resultados de Análisis de Fosfatos en el 2do Muestreo
Absorbancia )/( Lmg Promedio
Filtrado 1 0,716 349
Filtrado 2 0,696 340 345
Tabla A.9 Resultados de Análisis de Fosfatos en el 3er Muestreo
Absorbancia )/( Lmg Promedio
Filtrado 1 0,109 53
Filtrado 2 0,130 63 58
135
A.4 ACEITES Y GRASAS
Tabla A.10 Resultados de Análisis de Aceites y Grasas en el 1er Muestreo
Balón
Inicial
Balón c/
Residuo Volumen )/( Lmg Promedio
Muestra 1 100,868 101,350 250 192.800
Muestra 2 110,868 111,371 250 201.200 197.000
Filtrado 1 107,338 107,805 250 186.800
Filtrado 2 106,740 107,089 250 139.600 163.200
Tabla A.11 Resultados de Análisis de Aceites y grasas en el 2do Muestreo
Balón
Inicial
Balón c/
Residuo Volumen )/( Lmg Promedio
Muestra 1 106,751 107,323 250 114.400
Muestra 2 117,114 117,762 250 129.600 122.000
Filtrado 1 107,362 107,553 250 38.200
Filtrado 2 108,803 108,997 250 38.800 38.500
Tabla A.12 Resultados de Análisis de Aceites y Grasas en el 3er Muestreo
Balón
Inicial
Balón c/
Residuo Volumen )/( Lmg Promedio
Muestra 1 106,738 106,967 250 45.800
Muestra 2 109,377 109,693 250 63.200 54.500
Filtrado 1 117,112 117,151 250 7.800
Filtrado 2 107,356 107,459 250 20.600 14.200
136
A.5 SÓLIDOS SUSPENDIDOS
Tabla A.13 Resultados de Análisis de Sólidos Suspendidos en el 1er Muestreo
Peso Filtro Volumen
Peso Filtro
Seco )/( Lmg Promedio
Muestra 1 0,0880 300 0,0973 3.100
Muestra 2 0,0872 300 0,1002 4.333
Muestra 3 0,0866 300 0,0981 3.833
3.755
Tabla A.14 Resultados de Análisis de Sólidos Suspendidos en el 2do Muestreo
Tabla A.15 Resultados de Análisis de Sólidos Suspendidos en el 3er Muestreo
Peso Filtro Volumen
Peso Filtro
Seco )/( Lmg Promedio
Muestra 1 0,1820 50 0,1890 7.000
Muestra 2 0,1797 50 0,1865 6.800
Muestra 3 0,1798 50 0,1856 5.800
6.533
Tabla A.16 Resultados de Análisis de Sólidos Suspendidos en la DBO Final en el 2do
Muestreo
Peso Filtro Volumen
Peso Filtro
Seco )/( Lmg Promedio
Muestra 1 0,1807 20 0,1851 2.200
Muestra 2 0.1797 30 0.1904 3.560
Muestra 3 0.1827 30 0.1876 1.633
Muestra 4 0.1814 30 0.1904 3.000
Muestra 5 0.1795 50 0.1956 3.220
2.723
Peso Filtro Volumen
Peso Filtro
Seco )/( Lmg
Promedio
Muestra 1 0,1811 50 0,188 6.900
Muestra 2 0,1809 50 0,188 7.100 7.000
137
Tabla A.17 Resultados de Análisis de Sólidos Suspendidos en la DBO Final en el 3er
Muestreo
Peso Filtro Volumen
Peso Filtro
Seco )/( Lmg Promedio
Muestra 1 0,1842 20 0,1913 3.550
Muestra 2 0,1818 20 0,1892 3.700
Muestra 3 0,1814 20 0,1907 4.650
Muestra 4 0,1815 20 0,1934 5.950
Muestra 5 0,1820 20 0,1908 4.400
Muestra 6 0.1848 20 0.1970 6.100
4.725
A.6 SÓLIDOS DISUELTOS
Tabla A.18 Resultados de Análisis de Sólidos Disueltos al Filtrado en el 2do Muestreo
Peso crisol
Peso crisol
c/ Sólidos Volumen )/( Lmg Promedio
Filtrado 1 43,3417 43,3547 40 16.250
Filtrado 2 44,4257 44,4374 40 14.625 15.438
Tabla A.19 Resultados de Análisis de Sólidos Disueltos al Filtrado en el 3er Muestreo
Peso crisol
Peso crisol
c/ Sólidos Volumen )/( Lmg Promedio
Filtrado 1 43,2809 43,3114 40 38.125
Filtrado 2 37,1060 37,1358 40 37.687 37.906
Tabla A.20 Resultados de Análisis de Sólidos Disueltos al Filtrado de la DBO Final en
el 2do Muestreo
Peso crisol
Peso crisol
c/ Sólidos Volumen )/( Lmg Promedio
Muestra 1 43,3140 43,3739 40 14.975
Muestra 2 44,4254 44,4781 40 13.175 14.075
Filtrado 1 43,2969 43,3427 40 11.450
Filtrado 2 42,2237 42,2696 40 11.475
11.463
138
Tabla A.21 Resultados de Análisis de Sólidos Disueltos al Filtrado de la DBO Final en
el 3er Muestreo
Peso crisol
Peso crisol
c/ Sólidos Volumen )/( Lmg Promedio
Muestra 1 29,7247 29,9655 30 80.267
Muestra 2 37,1488 37,2841 15 90.200
Muestra 3 38,6984 38,8378 15 92.933
87.800
Filtrado 1 44,7208 44,8481 40 31.825
Filtrado 2 45,3475 45,4753 40 31.950 31.888
A.7 NITRÓGENO TOTAL KJENDAHL
Tabla A.22 Resultados de Análisis de NKT en el 1er Muestreo
Gasto N Blanco Volumen )/( Lmg Promedio
Muestra 1 1,0 0,0206 0,7 50 87
Muestra 2 1,3 0,0206 0,7 50 173 130
Filtrado 1 0,7 0,0206 0,7 50 0
Filtrado 2 1,0 0,0206 0,7 50 87 87
Tabla A.23 Resultados de Análisis de NKT en el 2do Muestreo
Gasto N Blanco Volumen )/( Lmg Promedio
Muestra 1 5,9 0,0201 0,6 50 298
Muestra 2 7,8 0,0201 0,6 50 405 352
Filtrado 1 3,7 0,0201 0,6 50 174
Filtrado 2 3,8 0,0201 0,6 50 180 177
Tabla A.24 Resultados de Análisis de NKT en el 3er Muestreo
Gasto N Blanco Volumen )/( Lmg Promedio
Muestra 1 4,5 0,0201 0,8 50 208
Muestra 2 4,4 0,0201 0,8 50 203 206
Filtrado 1 2,3 0,0201 0,8 50 84
Filtrado 2 2,2 0,0201 0,8 50 79 82
139
A.8 DBO
Tabla A.25 Resultados de Análisis de DBO en el 1er Muestreo
Día Muestra 1
)/( Lmg
Muestra 2
)/( Lmg
Muestra 3
)/( Lmg
1 320 0 0
2 650 0 0
3 820 210 0
4 930 320 160
5 650 430 270
6 - 540 380
7 - 710 430
8 - 870 650
9 - 980 820
10 - 1020 1040
11 - 1150 1200
12 - - 1310
Gráfico A.1 DBO v/s Tiempo
0100200300400500600700800900
10001100120013001400
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Tiempo (d)
DBO (mg/L)
Muestra 1Muestra 2Muestra 3
140
Tabla A.26 Resultados de Análisis de DBO en el 2do Muestreo
Día Muestra 1
)/( Lmg
Muestra 2
)/( Lmg
Muestra 3
)/( Lmg
Muestra 4
)/( Lmg
Filtrado 1
)/( Lmg
Filtrado 2
)/( Lmg
1 620 650 500 640 280 350
2 1.070 1.100 530 110 900 1.040
3 1.420 1.480 450 1.450 1.090 1.250
4 1.820 1.900 - 1.870 1.390 1.480
5 2.140 2.210 - 2.180 1.620 1.710
6 2.460 - - - 1.950 2.000
7 - - - - 2.120 2.150
8 - - - - 2.340 2.350
Gráfico A.2 DBO v/s Tiempo
0200400600800
100012001400160018002000220024002600
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Tiempo (d)
DBO (mg/L)
Muestra 1Muestra 2Muestra 3Muestra 4Filtrado 1Filtrado 2
141
Tabla A.27 Resultados de Análisis de DBO en el 3er Muestreo
Día Muestra 1
)/( Lmg
Muestra 2
)/( Lmg
Muestra 3
)/( Lmg
Muestra 4
)/( Lmg
Filtrado 1
)/( Lmg
Filtrado 2
)/( Lmg
1 480 100 100 100 0 100
2 1.040 590 590 590 1.350 540
3 1.320 910 970 910 1.730 590
4 1.540 1.350 1.350 1.350 2.210 810
5 1.790 1.670 1.510 1.670 2.270 860
6 2.100 2.270 2.000 2.210 2.370 1.180
7 2.320 2.700 2.370 2.590 2.370 1.350
8 - 3.240 2.910 3.180 2.540 1.560
9 - 3.400 3.080 3.400 2.590 1.830
10 - 3.560 3.260 3.560 2.320 1.890
11 - 3.730 3.510 3.780 2.750 2.000
12 - 3.890 3.730 3.940 2.640 2.050
13 - 4.000 3.940 4.100 1.890 2.050
14 - 4.100 4.160 4.210 - -
15 - 4.160 4.270 4.270 - -
16 - 4.430 4.590 4.540 - -
19 - 4.750 4.910 4.970 - -
21 - 4.910 4.910 4.970 - -
Gráfico A.3 DBO v/s Tiempo
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Tiempo (d)
DBO (mg/L)
Muestra 1Muestra 2Muestra 3Muestra 4Filtrado 1Filtrado 2
142
ANEXO B: PLANILLA CORRIENTE CARACTERISTICA
143
144
145
ANEXO C: CONSTANTES DE DEGRADACIÓN
146
147
148
149
150
151
152
153
ANEXO D: SUPERPRO DESIGNER
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
ANEXO E: AQUASIM
171
172
173
174