FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA - …repositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/17899/1/401-1193 - Estudio de... · FIGURA 44 VISTA LATERAL IZQUIERDO..... 68 FIGURA 45 VISTA LATERAL POSTERIOR

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

Trabajo de Titulación al Grado de Ingenieros Químicos

Tema:

ESTUDIO DE TRATABILIDAD DE AGUAS RESIDUALES DE BEBIDAS

GASEOSAS Y DISEÑO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO.

Autores:

ALVARADO SOLÓRZANO MARÍA JOSÉ

GONZÁLEZ SUÁREZ CINDY ANABEL

Tutor:

ING. JUDITH CHALEN MEDINA, MSc

Guayaquil – Ecuador

2016

I

DECLARACIÓN DE AUDITORÍA

Las interpretaciones que se obtienen en este trabajo de investigación, son

de absoluta responsabilidad de los autores.

___________________________ __________________________

ALVARADO SOLÓRZANO MARÍA GONZÁLEZ SUÁREZ CINDY

II

AVAL DEL TUTOR

Ing. Judith Chalen Medina, MSc. Certifico haber tutelado el trabajo de

titulación; “Estudio de tratabilidad de aguas residuales de bebidas

gaseosas y diseño del sistema de tratamiento”, que ha sido

desarrollado por Alvarado Solórzano María José y González Suárez Cindy

Anabel, previa obtención del título de Ingeniero Químico, de acuerdo al

REGLAMENTO PARA LA ELABORACIÓN DE TRABAJO DE

TITULACIÓN PARA EL GRADO DE TERCER NIVEL DE LA

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL, FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA.

Atentamente.

________________________________

Ing. Judith Chalen Medina MSc

III

AGRADECIMIENTO

A Dios por permitirme alcanzar ésta meta propuesta y por brindarme una

gran familia.

En especial a cada uno de los que conforman mi familia y a familiares que

sin lugar a duda estuvieron presentes apoyándome en diferentes

situaciones.

Gracias a mis amigos por la gran amistad brindada y por estar siempre

dispuestos a ayudarme a la realización del trabajo de titulación.

A mi tutora la ing. Judith Chalen por los conocimientos impartidos, la

confianza y asesoramiento durante el desarrollo del proyecto propuesto.

A profesores y autoridades de la facultad de ingeniera Química de la

Universidad de Guayaquil.

Cindy Anabel González Suárez

IV

AGRADECIMIENTO

A mi Dios, por darme la fortaleza necesaria para seguir luchando día tras

día, hasta conseguir mí meta tan anhelada.

A mi Familia, gracias por sus consejos, comprensión, paciencia, por el

amor que siempre me han dado, y por el apoyo que me brindaron para

culminar mi carrera profesional.

A mi tutora Ing. Judith Chalen que con sus conocimientos, sus

orientaciones, su manera de trabajar, su persistencia, su paciencia y su

motivación han sido fundamentales para la culminación de este proyecto.

Agradezco de manera especial a la Ing. Claudia Acosta Cárdenas, Ing.

Verónica Solórzano y QF. Lipsy Merchán por la confianza y paciencia

brindada; y por su invaluable colaboración en el desarrollo del presente

proyecto, a ustedes mi gratitud eterna.

A mis grandes amigas (os) con las cuales he compartido tantos

momentos, marcando mi vida y formando parte de ella: Victoria,

Margarita, Johanna, Tatiana, Carolina, Katherine, Carla, Guillermo,

Walter, José Luis, Kevin, Ray, Jorge. Siempre estarán en mi corazón.

Sencillamente ustedes son la base de mi vida profesional y toda mi vida

les estaré eternamente agradecida

María José Alvarado Solórzano

V

DEDICATORIA

Esta tesis es dedica en especial a mis padres Jenny Suárez y Lucio

González, por siempre apoyarme en lo que me propongo.

A mis hermanos Hamilton, Pamela y Jefferson González Suárez.

Cindy Anabel González Suárez

VI

DEDICATORIA

A Dios quien ha permitido que la sabiduría dirija y guíe mis pasos, quien

ha iluminado mi sendero cuando más oscuro ha estado, el que me ha

dado fortaleza para continuar cuando a punto de caer he estado.

A mis padres Inés y Roque

Por todo lo que me han dado en esta vida, por estar a mi lado en los

momentos difíciles, por enseñarme el valor de la responsabilidad, la

constancia y la importancia del saber, pero más que nada, por su gran

amor.

.

A mis hermanos Roque, Leonardo y Carlos por ser mi soporte, por confiar

en mí y por brindarme siempre su apoyo incondicional.

A mi sobrino José Luan Barreto quien llena mis días de alegría.

A mis cuñadas Erika, Shirley y Ana María quienes siempre han estado

prestas a ayudarme y alentarme con sus sabios consejos.

María José Alvarado Solórzano

VII

Índice DECLARACIÓN DE AUDITORÍA............................................................... I

AVAL DEL TUTOR .................................................................................... II

AGRADECIMIENTO ................................................................................. III

DEDICATORIA .......................................................................................... V

RESUMEN EJECUTIVO ......................................................................... XIII

ABSTRAC .............................................................................................. XIV

INTRODUCCIÓN ....................................................................................... 1

1. LA INVESTIGACIÓN (EL PROBLEMA) ............................................. 2

1.1 Tema ............................................................................................ 2

1.2 Planteamiento del problema ...................................................... 2

1.3 Limitación del estudio ................................................................ 2

1.4 Alcance del estudio .................................................................... 3

1.5 Objetivos ..................................................................................... 4

1.6 Idea a defender ........................................................................... 4

1.7 Preguntas a contestar ................................................................ 4

1.8 Justificación del problema ......................................................... 5

1.9 Hipótesis ...................................................................................... 5

1.10 Variables ...................................................................................... 6

1.11 Variables de Operación .............................................................. 6

2. FUNDAMENTO TEÓRICO ................................................................. 8

2.1 Proceso Industrial para la elaboración de bebidas gaseosas 8

2.1.1 Agua tratada para proceso .................................................. 9

2.1.2 Preparación de bebida terminada ....................................... 9

2.1.3 Para el llenado de botellas PET ......................................... 9

2.2 Contaminantes .......................................................................... 11

2.2.1 Contaminación del agua .................................................... 11

2.3 Agua Residual ........................................................................... 13

2.3.1 Toma de muestras de agua residuales ............................ 14

VIII

2.3.2 Caracterización de Aguas Residuales .............................. 14

2.4 Tratamiento Primario ................................................................ 19

2.5 Tratamiento Secundario ........................................................... 20

2.5.1 Tratamientos Biológicos ................................................... 20

2.5.2 Enzimas ............................................................................... 21

2.5.3 Catalizador enzimático- QUALY BIOENZYMAR ............... 23

2.5.4 Tratamiento Aeróbio .......................................................... 23

2.5.5 Proceso de lodos activados .............................................. 26

2.6 Tratamiento Terciario ............................................................... 29

2.6.1 Precipitación Química. ....................................................... 29

2.6.2 Cloración de las aguas residuales .................................... 35

3 METODOLOGÍA Y DESARROLLO EXPERIMENTAL ..................... 38

3.1 Estudio de tratabilidad en el equipo piloto ............................. 38

3.2 Desarrollo experimental ........................................................... 44

3.3 Tratamiento secundario ........................................................... 46

3.4 Tratamiento terciario ................................................................ 48

3.5 Métodos y técnicas ................................................................... 56

3.6 Diagrama de flujo del Diseño del sistema de tratamiento .... 65

3.7 Diseño del sistema de tratamiento .......................................... 66

4. CONCLUSIONES ............................................................................. 73

5. RECOMENDACIONES ..................................................................... 74

6. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................ 75

ANEXOS .................................................................................................. 77

IX

INDICE DE FIGURAS

FIGURA 1 PANORÁMICA SATELITAL DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA

QUÍMICA - UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL, ECUADOR ...................................... 3

FIGURA 2 PROCESO DE ELABORACION DE BEBIDAS GASEOSAS .............. 8

FIGURA 3 DIAGRAMA DE FLUJO DE LAS ÁREAS DONDE SE GENERA EL

EFLUENTE ..................................................................................................................... 10

FIGURA 4 CLASIFICACION DE LAS ENZIMAS ..................................................... 21

FIGURA 5 ESQUEMA BÁSICO DE UN PROCESO DE LODOS ACTIVADOS 28

FIGURA 6 ESQUEMA DE FORMACIÓN DE PUENTES ENTRE PARTÍCULAS

EN PRESENCIA DE POLÍMEROS ORGÁNICOS ................................................... 32

FIGURA 7 FILTRO DE ARENA Y GRAVA ............................................................... 34

FIGURA 8 FILTRO DE CARBÓN ACTIVADO ......................................................... 35

FIGURA 9 LLENADO DEL TANQUE DE HOMOGENIZACION ........................... 38

FIGURA 10 TOMA DE MUESTRA DEL EFLUENTE .............................................. 38

FIGURA 11 INGRESO DEL EFLUENTE AL REACTOR BIOLOGICO .............. 39

FIGURA 12 ENCENDIDO DEL SISTEMAS DE AIREACION ................................ 39

FIGURA 13 ADICION DE BIOENZIMA AL REACTOR BIOLOGICO ................ 40

FIGURA 14 ALIMENTACION DEL AGUA CRUDA AL REACTOR ..................... 40

FIGURA 15 TOMA DE MUESTRA DEL REACTOR BIOLOGICO AEROBICO . 41

FIGURA 16 DEGRADACION DE LA MATERIA ORGANICA ............................... 41

FIGURA 17 PASO DE LODOS ACTIVADOS AL SEDIMENTADOR ................... 42

FIGURA 18 APLICACIÓN DEL TRATAMIENTO TERCIARIO EN EL

SEDIMENTADOR .......................................................................................................... 42

FIGURA 19 FILTRACION DEL AGUA TRATADA .................................................. 43

FIGURA 20 AGUA TRATADA .................................................................................... 43

FIGURA 21 MUESTRA DEL AGUA RESIDUAL CRUDA ...................................... 46

FIGURA 22 TEST DE JARRA ..................................................................................... 49

FIGURA 23 PORCENTAJES DE REMOCIÓN ......................................................... 52

FIGURA 24 COMPARACION CON LOS LÍMITES PERMISIBLES DEL

TRATAMIENTO ............................................................................................................. 53

FIGURA 25 AGUA ACLIMATADA ............................................................................. 55

X

FIGURA 26 PRECIPITACION ..................................................................................... 55

FIGURA 27 FILTRACIÓN ............................................................................................ 56

FIGURA 28 CLORACION ............................................................................................ 56

FIGURA 29 EQUIPO “WATERPROF PH/ CON 10” ............................................... 56

FIGURA 30 EQUIPO “DIGESTOR” ........................................................................... 56

FIGURA 31 EQUIPO “COLORIMETER DR 890” ................................................... 56

FIGURA 32 BALANZA ................................................................................................. 57

FIGURA 33 PLACA DE CALENTAMIENTO............................................................. 57

FIGURA 34 REACTIVOS ............................................................................................. 57

FIGURA 35 VIALES PARA DQO................................................................................ 57

FIGURA 36 MÉTODO 10212: DEMANDA DE OXIGENO QUÍMICA UHR .......... 59

FIGURA 37 MÉTODO 8507 DE NITRITOS PARA EQUIPO HACH DR-2800 .... 60

FIGURA 38 MÉTODO 8039 DE NITRATOS PARA EQUIPO HACH DR-2800 .. 61

FIGURA 39 MÉTODO 8048: FÓSFORO, REACTIVO (ORTOFOSFATO) .......... 62

FIGURA 40 MÉTODO 8051: SULFAVER 4 METHOD2 ......................................... 63

FIGURA 41 METODO 8025 PLATINUM-COBALT STANDARD METHOD1 .... 64

FIGURA 42 VISTA FRONTAL ..................................................................................... 66

FIGURA 43 VISTA SUPERIOR ................................................................................... 67

FIGURA 44 VISTA LATERAL IZQUIERDO .............................................................. 68

FIGURA 45 VISTA LATERAL POSTERIOR ............................................................ 81

XI

INDICE DE TABLAS

TABLA 1 VARIABLES DE OPERACIÓN ........................................................... 6

TABLA 2 CONTAMINANTES DE IMPORTANCIA EN AGUAS RESIDUALES 12

TABLA 3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y QUÍMICAS .................................... 14

TABLA 4 TIPOS DE TRATAMIENTOS DE AGUAS RESIDUALES .................. 18

TABLA 5 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE PROCESO AEROBIO ............... 25

TABLA 6 CAUDAL DEL EFLUENTE INDUSTRIAL ......................................... 44

TABLA 7 CARACTERIZACIÓN INICIAL DEL AGUA CRUDA ......................... 45

TABLA 8 DOSIFICACIÓN ENZIMÁTICA (PRUEBA 1) ..................................... 46

TABLA 9 ACLIMATACIÓN DE LA BACTERIA ................................................ 47

TABLA 10 CARACTERIZACIÓN DEL TRATAMIENTO SECUNDARIO ........... 48

TABLA 11 COCENTRACION DE LA SOLUCION ............................................ 48

TABLA 12 DETERMINACION DE LA DOSIS ................................................... 49

TABLA 13 APLICACIÓN DE LA DOSIFICACION AL SEDIMENTADOR ......... 49

TABLA 14 DOSIFICACION DE CLORO ........................................................... 49

TABLA 15 CARACTERIZACIÓN DEL TRATAMIENTO TERCIARIO ............... 50

TABLA 16 CARACTERIZACIÓN MUESTRA TRATADA POR FILTRACIÓN ... 50

TABLA 17 CARACTERIZACIÓN DE LA DESINFECCION ............................... 51

TABLA 18 PORCENTAJE DE REMOCION ...................................................... 52

TABLA 19 COMPARACIÓN DE MUESTRA TRATADA POR CLORACION .... 54

TABLA 20 COSTO POR METRO CUBICO ....................................................... 55

TABLA 21 MÉTODOS DEL MANUAL DR 2800 ............................................... 58

TABLA 22 DOSIFICACION DE BIOENZIMA .................................................... 78

XII

INDICE DE ANEXOS

TABLA 23 DATOS EXPERIMENTALES EN EL REACTOR BIOLOGICO-

PRUEBA FALLIDA 1 ........................................................................................ 78

TABLA 24 DOSIFICACION DE BIOENZIOENZIMA ......................................... 79


PRUEBA FALLIDA 2 ........................................................................................ 79

TABLA 26 DOSIFICACION BIOENZIMAR ....................................................... 80


PRUEBA FALLIDA 3 ........................................................................................ 80

XIII

RESUMEN EJECUTIVO

Las industrias en la actualidad para cumplir con las normas ambientales

vigentes aplican tratamientos a los efluentes industriales que descargan,

de acuerdo a su actividad, es necesario que cumplan con los límites

máximos permisibles del Acuerdo Ministerial 097 A. El trabajo de titulación

para el estudio de tratabilidad se inició con la caracterización del agua

residual de bebidas gaseosas, este efluente tiene un pH inicial de 5 se

neutralizo a 7, para la aplicación de un tratamiento de lodos activados con

aireación prolongada con un tiempo de residencia de 5 días para la

aclimatación del catalizador Bioenzymar (Quality Corporation S.A., 2013)

y nutrientes como urea y fosfatos. En el proceso de lodos activados con

aireación prolongada se realiza la determinación de los siguientes

parámetros: Demanda bioquímica de oxígeno (DBO5), demanda química

de oxigeno (DQO), pH, nitritos, nitratos, fosfatos, sulfatos, sólidos

suspendidos totales (SST), sólidos totales (ST), sólidos totales disueltos

(STD), color, turbiedad. Cuando se ha degradado la materia orgánica se

procede a realizar la precipitación química, filtración y oxidación, por

último la caracterización de la muestra para la comparación con la norma

ambiental vigente. Una vez finalizado estudio de tratabilidad, con los

datos obtenidos se procedió a realizar el diseño del sistema de

tratamiento.

Palabras clave: Lodos activados, aclimatación, enzimas, efluentes de

bebidas gaseosas.

XIV

ABSTRACT

In order to meet environmental standards, Industries today need to apply

several treatments for a proper effluent discharge, always according to its

activity, it is necessary to comply with the limits set by authorities. This

study began with the characterization of soft drink wastewater, this effluent

had an initial pH of 5 which was neutralized to 7 in order to get it ready for

applying an extended aeration activated sludge treatment, with a 5-days’

time of residence for a correct catalyst Bioenzymar (Quality Corporation

S.A., 2013) and nutrients as urea- phosphates. In the extended aeration

activated sludge process we are trying to determinate a daily monitoring of

the following parameters: biochemical oxygen demand (BOD5), chemical

oxygen demand (COD), pH, nitrites, nitrates, phosphates, sulfates, total

suspended solids (TSS), total solids (TS), total dissolved solids (TDS),

color, turbidity. After the organic matter degraded, we proceeded to

implement a tertiary treatment and did a proper characterization of the

sample, so we could use it to compare it with the current environmental

standards. Once completed the soft drink wastewater treatability study,

with the help of all the data obtained, we can start the design of the

wastewater treatment system.

Keywords: Activated sludge, acclimation, enzymes and effluents of soft

drinks.

1

INTRODUCCIÓN

La protección del ambiente es, indudablemente, uno de los desafíos más

importantes para la humanidad, y la generación de contaminantes de las

actividades industriales representa una amenaza para el equilibrio

ambiental.

Todas las industrias deben cumplir la norma de descarga para sus

efluentes, para lo cual es necesario aplicar diferentes tratamientos y así

llegar a los límites máximos permisibles que están descritos en el Anexo 1

del Acuerdo Ministerial 097 A.

Existen diferentes tratamientos de aguas residuales y para su aplicación

dependerá de qué contaminante se quiere remover y en qué proporción.

De estos tratamientos los procesos biológicos son los que presenta una

mayor efectividad para la remoción de la materia orgánica.

Los procesos biológicos pueden ser procesos aerobios, anaerobios,

anóxicos, los cuales operan de manera diferente, en el caso de los

procesos aerobios tenemos el sistema de lodos activados, donde el

efluente es tratado en un reactor biológico aerobio con un tiempo de

residencia determinado para la degradación de la materia orgánica.

La degradación de la carga contaminante se lleva a cabo con la ayuda de

catalizadores enzimáticos y nutrientes.

El tratamiento de lodos activados es eficiente, sin embargo para eliminar

la materia suspendida es necesario aplicar un tratamiento terciario.

2

CAPÍTULO l

1. LA INVESTIGACIÓN (EL PROBLEMA)

1.1 Tema

Estudio de tratabilidad de aguas residuales de bebidas gaseosas y diseño

del sistema de tratamiento.

1.2 Planteamiento del problema

El presente estudio se lo realiza para evaluar el agua residual del proceso

productivo, de la elaboración de bebidas gaseosas a través de la

determinación de análisis físico-químicos, con la finalidad de que se

ajusten a los límites máximos permisibles de descarga a un cuerpo de

agua dulce tabla 9, Anexo 1 del Acuerdo Ministerial 097 A.

Actualmente los efluentes generados por algunas industrias del país, no

cumplen con los parámetros de descargas establecidos, debido a que

requieren modificaciones en sus plantas de tratamiento.

Es importante recalcar que el incumplimiento de las Normas Ambientales

actuales exigidas por el Ministerio de Ambiente pondrá en riesgo el

normal funcionamiento de la empresa generando multas y sanciones,

para evitar esto se ha realizado un estudio del caso establecido.

1.3 Limitación del estudio

La preparación y posterior análisis e investigación se la realizará en los

Laboratorios de la Facultad de Ingeniería Química, los cuales se

encuentran ubicados en la Ciudadela Universitaria “Salvador Allende”

ubicada en el Malecón del Salado entre Av. Delta y Av. Kennedy.

3

Elaborado por: María Alvarado y Cindy González. Fuente: Google Earth.

Ubicación: Ciudadela Universitaria “Salvador Allende” ubicada en el

Malecón del Salado entre Av. Delta y Av. Kennedy.

FIGURA 1 PANORÁMICA SATELITAL DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA - UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL, ECUADOR

Elaborado por: María Alvarado y Cindy González.

Fuente: Google Earth.

1.4 Alcance del estudio

El presente trabajo de titulación permite desarrollar un método para la

reducción de los niveles de carga orgánica e inorgánica que genera este

tipo de Industria.

SISTEMA DE COORDENADA UTM GW S ZONA 17 S

Punto X Y

1 622169 9759199

2 622103 9759066

3 622543 9758397

4 622844 9758504

5 622649 9758978

4

Además se estima un diseño del sistema de tratamiento que se pueda

utilizar para este tipo de agua residual y lograr mitigar el impacto

ambiental que produce este efluente.

1.5 Objetivos

General

Realizar un estudio de tratabilidad de aguas residuales de bebidas

gaseosas y diseñar el sistema de tratamiento.

Específicos

Determinar cuáles son los parámetros críticos que presenta el

efluente en estudio.

Identificar el proceso óptimo para la reducción de la carga orgánica e

inorgánica de las agua residuales de bebidas gaseosa

Calcular los porcentajes de remoción del efluente tratado y comparar

los resultados obtenidos con los límites máximos permisibles de la

tabla 9 Anexo 1 del Acuerdo Ministerial 097A

1.6 Idea a defender

Mediante el tratamiento biológico de lodos activados aplicado en aguas

residuales provenientes de industria de bebidas gaseosas, se logra

disminuir la carga orgánica del efluente y así cumplir con los parámetros

establecidos por la Legislación Ambiental

1.7 Preguntas a contestar

¿En qué concentración se encuentran cada parámetro indicador de

contaminación de los efluentes industriales?

¿Cuál es el porcentaje de carga orgánica removido, una vez aplicado los

tratamientos respectivos?

5

¿Se cumplen con los límites máximos permisibles de descarga a un

cuerpo de agua dulce, Anexo 1 del Acuerdo Ministerial 097A?

1.8 Justificación del problema

El agua es tanto un derecho como una responsabilidad, por ello tiene

valor económico, social y ambiental. No cabe duda de que la industria es

motor de crecimiento económico y es clave para el progreso social. Sin

embargo, la necesidad de maximizar el proceso productivo excluye de la

planificación la protección del Medio Ambiente.

El impacto de los vertidos industriales depende no sólo de sus

características comunes, sino también de su contenido en sustancias

orgánicas e inorgánicas específicas. Esta alteración puede tener nefastas

consecuencias para la sociedad que depende de este recurso para el

desarrollo industrial.

La calidad del agua es el resultado de un conjunto de factores, por lo

tanto la industria debe producir y generar un desarrollo sustentable.

Razón por la cual el presente estudio se lo realiza con la finalidad de

conocer las características de los efluentes que se generan en esta planta

de bebidas gaseosas y mitigar sus posibles contaminantes mediante un

estudio de tratabilidad.

Los beneficiarios de este estudio serán sin duda el Ambiente, que una vez

evaluado las descargas de agua residual y su origen industrial se

buscarán reducir los contaminantes de dicho efluente, para que el

ecosistema se mantenga el grado de equilibrio ecológico.

1.9 Hipótesis

Con el estudio de tratabilidad vamos a lograr reducir la carga orgánica e

inorgánica del efluente y llegara límite permisible para su descarga,

conforme a la tabla 9 Anexo 1 del Acuerdo Ministerial 097A.

6

1.10 Variables

Variable dependiente (van a cambiar de acuerdo al proceso)

AGUA RESIDUAL

El agua residual presenta las siguientes características:

DBO

DQO

Turbidez

Solidos suspendidos y totales

Color

Aceites y Grasas

Sulfatos

Variable independiente (no cambian de acuerdo al proceso)

SISTEMA DE TRATAMIENTO

El sistema de tratamiento presenta las siguientes características:

Temperatura

pH

Nutrientes

Enzimas

1.11 Variables de Operación

En la siguiente Tabla 1 se observará las variables de operación que se

tomaron en el estudio de tratabilidad de aguas residuales.

TABLA 1 VARIABLES DE OPERACIÓN

Variable Indicadores Equipos de Medición

Unidades de Medición

Dependiente

Agua residual

DBO5 BODTrack

HACH/28197-01 mg/L

DQO Colorimeter

DR/890 mg/L

Turbidez Colorimeter

DR/890 FRU

Solidos suspendidos

Método estándar mg/l

7

totales

Solidos totales Plancha de

Calentamiento g

Solidos totales disueltos

WATERPROF PH/ CON 10

µs

Color Colorimeter

DR/890 Pt-Co

Aceites y Grasas TOG/TPH Analyzer

mg/L

Independiente

Sistema de Tratamiento

Temperatura WATERPROF PH/

CON 10 °C

pH WATERPROF PH/

CON 10 -

Nutrientes Colorimeter

DR/890 mg/L

Enzimas - ml

Elaborado por: María Alvarado y Cindy González

8

CAPITULO II

(REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA)

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

2.1 Proceso Industrial para la elaboración de bebidas gaseosas

Para la elaboración de bebidas gaseosas, se van a utilizar ingredientes y

aditivos permitidos por el INEN. El agua utilizada es debidamente tratada

mediante procesos físicos y químicos, de forma que quede apta para ser

utilizada en la elaboración del jarabe simple, que consiste en agua más

azúcar. A este jarabe simple se le adicionan los saborizantes, acidulantes

y preservantes dándole a la bebida características especiales, y

diferenciadoras. (Cáceres, 2011)


AGUA TRATADA

PARA PROCESO

PREPARACION DE

JARABE SIMPLE

PREPARACION DE

JARABE TERMINADO

CARBONATACION

ENVASADO

FIGURA 2 PROCESO DE ELABORACION DE BEBIDAS GASEOSAS

9

2.1.1 Agua tratada para proceso

Se utiliza agua potable de la red municipal y se almacena en una cisterna,

como medida de contingencias se utiliza agua potable en tanqueros, a la

que se le realiza análisis para confirmar su calidad antes de su uso.

Los analistas y jefe de Aseguramiento de Calidad monitorean y verifican

diariamente un residual de cloro entre 0.5 a 1.5 ppm y los parámetros que

requiere la Norma de agua potable para consumo humano.

El agua clorada pasa por un sistema de Filtro de arena, Filtro de carbón

activado y finalmente Filtro pulidor de 10 micras, quedando un residual de

cloro de cero (0 ppm), el agua filtrada pasa por radiación UV antes de

entrar a planta para la elaboración de bebidas. (Cáceres, 2011)

2.1.2 Preparación de bebida terminada

El agua tratada y el jarabe son bombeadas hasta la sala de Envasado y

entra al tanque desaireador (para eliminar aire) y para iniciar la pre-

carbonatación luego pasa al tanque proporcionador de agua, está por

medio del micrómetro (sirve para regular el flujo de agua) pasa a la

mezcla, al mismo tiempo el jarabe es bombeada al tanque elevado de

jarabe, el cual desciende por gravedad al vaso de mezcla. Dependiendo

de la bebida a preparar, ambos líquidos caen al tanque mezcla.

La bebida preparada es bombeada por tubería inox al intercambiador de

calor que baja la temperatura de 25°C a 4-5°C retornando al carbo-cooler

a través de un venturi donde se inyecta el gas carbónico que se disuelve

en la bebida preparada. (Cáceres, 2011)

2.1.3 Para el llenado de botellas PET (Envases no retornables)

Se reciben las botellas PET en el área de Despaletizado Manual,

donde se encuentran dos personas que abastecen de botellas al

monoblock, antes de proceder al llenado de las botellas estas son

10

rinseadas con agua para eliminar cualquier tipo de microorganismo

presente.

Se realiza el llenado y capsulado, el operador monitorea el

funcionamiento de la llenadora (cambios de sabor, cambios de

tamaño, coronado, velocidades, etc.).

Después del capsulado de la botella esta pasa por un lente de

inspección en donde se encuentra una persona que verifica el nivel

de llenado y que estén correctamente capsuladas.

Luego las botellas son etiquetadas y son transportadas para ser

empaquetadas en Termoencogible al cual se lo adecua

dependiendo del tamaño de la botella. Esta máquina esta operada

por una persona que será el responsable de controlar el proceso

del mismo.

Una vez que el producto pasa por el termoencogible, es Paletizado

por un estibador de producto terminado, y finalmente es

transportado y almacenado en la bodega. (Cáceres, 2011)


PREPARACION DE

JARABE SIMPLE

PREPARACION DE

JARABE TERMINADO

CARBONATACION

Azúcar, benzoato,

carbón

Concentrados y

aditivos

Agua tratada,

jarabe

Residuos de

azúcar, benzoato,

carbón

Residuos de

jarabe

Residuos de

bebida

Envases

lavados

Residuos de

envases lavados ENVASADO

FIGURA 3 DIAGRAMA DE FLUJO DE LAS ÁREAS DONDE SE GENERA EL EFLUENTE

11

Como resultado de estas operaciones se va a generar un efluente que se

descarga a un tanque de almacenamiento para su posterior tratamiento

2.2 Contaminantes

El agua se contamina cuando es alterada su composición de manera

directa o indirectamente, dejándola como un agua no apta para el

consumo humano, agricultura, diferentes actividades industriales, etc.;

siendo esto un resultado negativo por parte de ciertas acciones

realizadas por el hombre y también pueden ser provocadas por fuentes

naturales. La contaminación del agua se mide de acuerdo al uso que se le

dé a la misma. (Crespo, 2000)

2.2.1 Contaminación del agua

El agua es el líquido vital para todo ser vivo, su contaminación de una u

otra forma nos limita al uso que se le puede dar. Hoy en día a las plantas

de tratamientos con avances técnicos les es difícil remover o destruir

compuestos orgánicos sintéticos presentes en aguas procedentes de

actividades industriales. Un problema mayoritario es el que tienen los

desagües industriales. (Orden, 2010)

Existen diferentes contaminantes que afectan al agua, como:

2.2.1.1 Contaminantes Físicos: Estos pueden ser sólidos de origen

natural, productos sintéticos o líquidos insolubles que son

arrojados con o sin consentimiento del hombre al agua,

provocando mal aspecto e interfiriendo en una cierta

proporción con la flora y fauna. (Narváez, 2006)

2.2.1.2 Contaminantes Químicos: Los conforman tanto compuestos

orgánicos como inorgánicos que se encuentran disueltos o

dispersos en el agua, los compuestos inorgánicos en su gran

mayoría son liberados a la atmósfera y son arrastrados por la

lluvia contaminando el medio receptor. (Narváez, 2006)

12

2.2.1.3 Contaminantes Orgánicos: La vida acuática es afectada por

contaminantes orgánicos debido a que ellos consumen el

oxígeno disuelto del agua y reducen la vida acuática. Los

compuestos orgánicos también son sólidos dispersos o

disueltos que proceden de desechos agrícolas, domésticos e

industriales especialmente de tinturas, breas, grasas,

insecticidas entre otras. (Narváez, 2006)

2.2.1.4 Contaminantes Biológicos: Estas contienen virus, bacterias y

hongos de tal forma que generan enfermedades y ciertas

mencionadas anteriormente son causantes de la degradación

de materia orgánica del agua. (Narváez, 2006)

TABLA 2 CONTAMINANTES DE IMPORTANCIA EN AGUAS RESIDUALES

Contaminante Causa de su importancia

Sólidos suspendidos

Pueden conducir al desarrollo de depósitos de lodos y condiciones anaerobias cuando se descargan aguas residuales crudas en un medio acuático.

Materia orgánica biodegradable

Está compuesta principalmente de proteínas, carbohidratos y grasas. Se mide en términos de DBO y DQO por lo general.

Nutrientes

El C, N y P son nutrientes, cuando se descargan en las aguas residuales pueden producir crecimiento de vida acuática indeseable.

Materia orgánica refractaria

Resiste tratamiento convencional Ejemplos: detergentes, fenoles y pesticidas agrícolas.

Metales pesados Provienen de aguas residuales comerciales e industriales y es posible que deban ser removidos para reuso del agua.

13

Sólidos inorgánicos disueltos

Algunos como el calcio, sodio y sulfatos son agregados al suministro doméstico original como resultado del uso y es posible que deban ser removidos para reuso del agua.

Fuente: Tratamiento de Aguas Residuales, Teoría y Principios de Diseño, (Rojas, 1999)

2.3 Agua Residual

Agua Residual es el agua de composición variada proveniente de uso

doméstico, industrial, comercial, agrícola o de otra índole, sea público o

privado y es por tal motivo que haya sufrido degradación es su calidad

original. (Anexo1,TULSMA, 2015)

Existen dos tipos de agua residual:

Agua Residual Doméstica (ARD): mezcla de desechos líquidos

de uso doméstico evacuados de residencias, locales públicos,

educacionales, comerciales e industriales.

Agua Residual Industrial (ARI): agua de desecho generada en

las operaciones o procesos industriales. (Anexo1,TULSMA, 2015)

El agua residual también se puede clasificar de acuerdo su contenido

contaminante como:

Aguas negras son aquel tipo de agua que se encuentra

contaminada con sustancia fecal y orina, que justamente proceden

de los desechos orgánicos tanto de animales como de los

humanos.

Aguas grises son las que provienen de tinas, lavadoras,

lavamanos, duchas y contienen sólidos suspendidos, fosfatos,

tensoactivos, coliformes fecales, entre otros. (Anexo1,TULSMA,

2015)

14

2.3.1 Toma de muestras de agua residuales

Para la toma de muestras, la determinación de los valores y

concentraciones de los parámetros para una posterior caracterización de

un agua residual es importante seguir métodos estándares o

normalizados de análisis con el fin de obtener resultados confiables.

Existen 2 tipos de muestras las cuales pueden ser simples o compuestas.

(Rojas, 1999)

2.3.1.1 Muestras simples

El volumen mínimo para una muestra simple es de 1 L, estas son

tomadas en un instante y sitio específico proporcionando una

caracterización del agua en ese momento y lugar específico, se aplica a

aguas que contiene un flujo intermitente o cuando su composición es

relativamente constante. (Ramalho, 1996)

2.3.2 Caracterización de Aguas Residuales

Para realizar una caracterización de aguas residuales es importante la

muestra compuesta que se realiza durante una jornada de trabajo, y la

preservación de la misma.

TABLA 3 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS Y QUÍMICAS COMUNES DEL

AGUA RESIDUAL INDUSTRIAL

Tipo Características

Propiedades físicas

Color

Olor

Sólidos

Constituyentes químicos

Orgánicos

Aceites y grasas

Agentes tensoactivos

Compuestos orgánicos volátiles

Inorgánicos Alcalinidad

Cloruros

15

Metales pesados

Nitrógeno

pH

Fósforo

Sulfatos

Fuente: (Metcalf & Eddy, 1995)

2.3.2.1 Características Físicas

Dentro de las características físicas que se consideran para un

tratamiento son:

Sólidos Totales

Se define como la materia que se obtiene como residuo después de

someter el agua a un proceso de evaporación entre 103 y 105°C. Los

sólidos totales comprenden todo el material, orgánico e inorgánico, que no

se evapora a dicha temperatura. Los sólidos totales o residuos de

evaporación además se clasifican en filtrables (disueltos) y o no filtrables

(sólidos en suspensión). (Espíndola, 2011)

Olores

En general los olores son producto de la liberación de gases

tanto presentes originalmente como productos del proceso de

descomposición de la materia orgánica. A veces los olores del agua

industrial son causados por los mismos compuestos olorosos que estas

presentan en el agua o por conforme pasa el tiempo se van generando

olores por el tratamiento al que son sometidos. (Espíndola, 2011)

Temperatura

La temperatura no solo altera las reacciones químicas, velocidades de

reacción o el proceso de la vida acuática, sino también la solubilidad del

oxígeno. (Espíndola, 2011)

Densidad

La densidad es una propiedad que se utiliza para para definir algunas

instalaciones del tratamiento de agua que se elige aplicar, siendo

16

importante para la determinación del potencial de formación de corrientes

d densidad en fangos de sedimentación (Metcalf & Eddy, 1995)

Color

El agua residual puede presentar diferentes colores como negro, gris, gris

oscuro debido a la formación de sulfuros metálicos por reacción del

sulfuro liberado en condiciones anaerobias con metales presentes en el

agua residual liberada. (Metcalf & Eddy, 1995)

2.3.2.2 Características Químicas

El contenido de materia orgánica, materia inorgánica y los gases

presentes en el agua son los factores más importantes que describen las

características químicas de las aguas residuales. (Metcalf & Eddy, 1995)

La materia orgánica

Los compuestos orgánicos están formados por orgánicos volátiles y

temperaturas elevadas, éstos provienen de son sólidos o liquidas de reino

animal o vegetal, o también de actividades relacionadas con las síntesis

de orgánicos. Una de las consecuencias que presentan los compuestos

orgánicos es que son responsables de la aparición de espumas en la

superficie de los cuerpos receptores de aguas y en las plantas de

tratamientos. (Borja, 2011)

Medidas del contenido orgánico

Los tratamientos de aguas residuales son sometidos a la determinación

de concentraciones elevadas de compuestos orgánicos y determinación

de trazas, siendo el más utilizado la demanda bioquímica de oxígeno

(DBO) y la demanda química de oxígeno (DQO) avalados por la

legislación ambiental. (Metcalf & Eddy, 1995)

El DQO se utiliza para medir la cantidad de oxígeno equivalente necesario

para oxidar químicamente la materia orgánica presente en el agua, y a su

vez el DBO se lo realiza con el fin de obtener la cantidad del oxígeno

requerido por organismos vivos para degradar la materia orgánica

17

presente en el agua a través procesos bioquímicos. (Metcalf & Eddy,

1995)

Materia inorgánica

Son varios los componentes inorgánicos de las aguas residuales de

importancia para la determinación y control de la calidad del agua. Entre

ellos están el fosforo, el nitrógeno, los sulfatos y cloruros. (Metcalf & Eddy,

1995)

El Fósforo

Si no se controla la cantidad de fósforos presentes en el agua a tratar

puede haber crecimientos indeseables de algas y microrganismos en

aguas superficiales, de ahí su gran importancia de removerlos. (Metcalf &

Eddy, 1995)

El Nitrógeno

La cantidad de nitrógeno se utiliza para evaluar la tratabilidad de las

aguas residuales por tratamientos biológicos. En aguas residuales se

controlan generalmente las formas de nitrógeno amoniacal, nitritos y

nitratos. (Metcalf & Eddy, 1995)

Los Sulfatos

Se encuentran comúnmente en las aguas residuales, se requieren para la

síntesis de proteínas y se liberan en su descomposición. La turbidez en el

ensayo depende de la concentración de iones sulfatos, éste método

analítico requiere de mediciones colorimétricas a 450nm. (Metcalf & Eddy,

1995)

Los Cloruros

Presentes en el agua residual principalmente debido a su uso como

biácida. Aunque en los tratamientos convencionales no se reducen,

interfieren en el ensayo del DQO y su determinación sirve para controlar

la polución marina y la tasa de bombeo acuífero costero.

18

Los cloruros en concentraciones mayores a 15.000 ppm son considerados

tóxicos para el tratamiento biológico convencional. (Rojas, 1999)

Gases

Entre los principales gases que pueden presentar las aguas residuales

están el oxígeno (O2), el dióxido de carbono (CO2), el sulfuro de hidrógeno

(H2S), el amoníaco (NH3), el metano (CH4) y el nitrógeno (N2). (Rojas,

1999)

El oxígeno

Este gas es muy considerado al momento de implementar un diseño,

operación y evaluación de plantas de tratamiento de aguas residuales,

pues es un gas de solubilidad baja requerido para la vida acuática. (Rojas,

1999)

2.4 Tratamiento de aguas residuales

Las plantas de tratamiento de aguas residuales son sistemas compactos

que se utilizan para reducir la materia orgánica e inorgánica y obtener un

producto a niveles tolerables que no alteren nuestro ecosistema.

Para lograr la remoción de DQO de un agua residual es necesario

realizar un tratamiento completo utilizando diferentes operaciones

unitarias que están comprendidas en los pretratamiento, tratamiento

primario, secundario, y terciario, además de evaluar el factor económico

que se necesario invertir.

TABLA 4 TIPOS DE TRATAMIENTOS DE AGUAS RESIDUALES

Tipos Tratamientos

Primarios

Sedimentación

Flotación

Separación de aceites

Homogenización

Neutralización

Flotación por aire disuelto

19

Precipitación Química

Secundarios

Biológicos: aerobios, anaerobios y anóxicos.

Lodos Activados

Aireación prolongada (oxidación)

Estabilización por contacto

Lagunas de aireación

Estabilización de lagunas

Filtros Biológicos (percoladores)

Discos Biológicos

Terciarios

Microtamizado

Filtración

Precipitación Química

Adsorción(carbón activado)

Intercambio iónico

Ósmosis Inversa

Electrocoagulación

Procesos de reducción de nutrientes

Fuente: (Ramalho, Tratamiento de Aguas Residuales, 1996)

2.4 Tratamiento Primario

El objetivo del tratamiento primario es la reducción del material en

suspensión, excepto material coloidal o sustancias disueltas presentes en

el agua. Así, la remoción del tratamiento primario permite quitar entre el

60 a 65% de sólidos sedimentables y hasta un 30 a 35 % de sólidos

suspendidos presentes en el agua residual. Igualmente, se puede

conseguir una reducción de la contaminación bacteriológica (Grefa, 2013)

Neutralización

La neutralización (tratamiento ácido-base del agua residual) puede

utilizarse para los siguientes fines:

Ajuste final del pH del efluente antes de la descarga al medio

receptor: 5,5-9.

20

Antes del tratamiento biológico: pH entre 6,5-8,5 para una actividad

biológica óptima.

Precipitación de metales pesados: es la aplicación más importante.

Intervienen diversos factores: producto de solubilidad del metal, pH

óptimo de precipitación, concentración del metal y del agente

precipitante, presencia de agentes complejantes del metal

(cianuros, amonio). Los metales pesados se precipitan

normalmente en forma de hidróxidos, utilizando cal hasta alcanzar

el pH óptimo de precipitación (6-11). (Grefa, 2013)

2.5 Tratamiento Secundario

El tratamiento secundario tiene como objetivo eliminar la materia orgánica

disuelta. Para ello se emplean millones de organismos microscópicos

cuyo trabajo es comerse (degradar) la materia orgánica para

transformarla en más microorganismos y en sustancias más sencillas,

tales como bióxido de carbono (CO2), metano (CH4), nitrógeno amoniacal

(NH3), nitratos (NO3-) y agua (H2O). El tratamiento secundario incluye

procesos biológicos de lodos activados y la sedimentación. (Vegay, 2013)

2.5.1 Tratamientos Biológicos

Los tratamientos biológicos se llevan a cabo por la actividad biológica

realizada por los microorganismos, se efectúa este tratamiento para lograr

la eliminación de sustancias orgánicas biodegradables presentes en el

agua residual en forma coloidal y como disolución.

Entre los principales de procesos biológicos están los aeróbicos, anóxico,

anaeróbicos.

Los procesos aeróbicos se efectúan en presencia de oxígeno y es

el más común a nivel industrial.

Los procesos anaeróbicos son aquellos en los cuales el tratamiento

biológico ocurre en ausencia de oxígeno.

21

El proceso anóxico se retira nitrógeno en ausencia de oxígeno.

(Metcalf & Eddy, 1995)

2.5.2 Enzimas

Las enzimas son moléculas de naturaleza proteínica que aceleran las

reacciones bioquímicas. Son catalizadores biológicos que disminuyen la

energía de activación de las reacciones que catalizan, de forma que se

aceleran sustancialmente la tasa de reacción. (Flores, 2013)

En la figura 4. Se presenta una clasificación de las enzimas:

Fuente: John McMurry, Macromoléculas, Enzimas, tabla de enzimas, Clasificación de enzimas.

2.5.2.1 Características de las enzimas

La tecnología enzimática consiste en la obtención, manipulación y

modificación de enzimas para su aplicación y utilización con fines

industriales, clínicos o analíticos en diversos campos. (Flores, 2013)

FIGURA 4 CLASIFICACION DE LAS ENZIMAS

22

El éxito de la tecnología enzimática se debe a las propias características

que contienen las enzimas:

Son catalizadores biológicos, es decir, proteínas producidas por los

seres vivos que aceleran las reacciones químicas y no se

consumen durante el proceso.

Son altamente eficaces y específica, ya que poseen gran poder

catalítico y un elevado rendimiento, no forman subproductos

indeseados y tienen la capacidad de reconocer a su sustrato,

incluso entre sus isómeros.

Funcionan en condiciones suaves, a presión atmosférica,

temperatura ambiente y pH neutro.

Actúan tanto dentro como fuera de las células que las producen,,

por lo que pueden utilizarse in vitro para fines analíticos, sanitarios

o industriales.

Están sometidas a regulación, por lo que los procesos enzimáticos

se pueden controlar fácilmente. (Flores, 2013)

Por todas estas razones, se puede afirmar que las enzimas forman parte

de un medio ambiente sostenible, ya que son sustancias naturalmente

biodegradables, su utilización no requiere equipos resistentes a presión,

calor o corrosión, ahorrando dinero y energía, pueden sustituir o reducir la

utilización de sustancias químicas contaminantes en distintos tipos de

industrias y se producen ecológicamente a partir de organismos vivos.

Además, las modernas técnicas de la biología molecular permiten mejorar

los procesos de producción y desarrollar nuevas enzimas y nuevos

campos de aplicación.

Según la Unión Internacional de Bioquímica y Biología Molecular

(IUBBM), las enzimas se clasifican en seis grupos en función del tipo de

reacción que catalizan, y en prácticamente todos ellos existen enzimas

que son utilizadas actualmente en procesos industriales (Flores, 2013)

23

2.5.3 Catalizador enzimático- QUALY BIOENZYMAR

Es una mezcla liquida conteniendo altos niveles de proteasa, amilasa y

lipasa. Este concentrado es un catalizador que acelera la acción de la

biomasa de sistemas de tratamiento de aguas residuales, para a

degradación de aceites, proteínas, almidones, azucares.

La especificidad del sustrato general de QUALY BIOENZYMAR permite a

las enzimas hidrolizar con eficacia la mayoría de las proteínas. La

contenida en pescados, la hemoglobina (proteínas de la sangre), la

caseína (proteínas de la leche), las yemas de huevo; otras proteínas se

hidrolizan a péptidos de bajo peso molecular.

QUALY BIOENZYMAR puede ser utilizado en sistemas de tratamiento de

aguas residuales, tales como plantas de lodos activados, lagunas de

oxidación, digestores, pozos sépticos, en sistemas de alcantarillado,

trampas de grasas; así como para la eliminación y control de malos olores

y en actividades productoras de abonos orgánicos, bioles y compostaje.

(Quality Corporation S.A., 2013)

2.5.4 Tratamiento Aeróbio

El tratamiento aeróbio es un proceso en el cual el oxígeno libre es el único

receptor final de electrones; este oxígeno es reducido y la materia

orgánica e inorgánica es oxidada. Todos los organismos que usan

oxigeno libre como receptor de electrones son aeróbicos. (Rojas, 1999)

Las bacterias son los organismos más importantes en el proceso aeróbico

de las aguas residuales, son excelentes oxidadores de materias orgánicas

y crecen bien en aguas residuales, siendo capaces de formar una capa

floculenta gelatinosa de buenas características para la remoción de la

materia orgánica. (Rojas, 1999)

Las reacciones involucradas en el metabolismo microbial son de una gran

complejidad, se puede representar el proceso de oxidación aeróbica por

la ecuación 1 (Rojas, 1999)

24

Materia orgánica donante de hidrogeno + O2 H2O+ CO2 + Biomasa

(Ec. 1)

En la oxidación biológica aeróbica el oxígeno libre es esencial para los

organismos aeróbicos como agente para la oxidación de compuestos

orgánicos en CO2. La oxidación biológica aeróbica está constituida por

reacciones de óxido reducción en las cuales el oxígeno molecular es el

receptor final de electrones. Éste es agregado al sustrato, y ocurre la

oxidación o mineralización del residuo. La reacción es muy eficiente,

porque libera grandes cantidades de energía, necesaria para la síntesis

del nuevo tejido celular. Las tres reacciones esenciales que ocurren en los

procesos aeróbicos se describen en las ecuaciones 1.1, 1.2, 1.3 (Rojas,

1999)

El Catabolismo (Oxidación o descomposición)

CHONS + O2 H2 O+CO2+ NH3+Otros productos + Energía

(Ec 1.1)

Anabolismo

CHONS + O2+Energía C5H7NO2 (Nuevas células bacterianas)

(Ec 1.2)

Autolisis (Respiración endógena u autooxidación)

C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + NH3 + 2H2O + Energía

(Ec 1.3)

La fórmula C5H7NO2 representa la composición promedio celular

bacterial. De la ecuación anterior se deduce que para oxidar 113 gramos

de biomasa se requieren 160 gramos de oxígeno, es decir que para

oxidar un gramo de biomasa se consumen 1,42 g de oxígeno. (Rojas,

1999)

En general se puede suponer que un tercio de la DBO disponible se usa

en reacciones catabólicas y dos tercios de ella en satisfacer las

BACTERIAS

BACTERIAS

BACTERIAS

25

reacciones anabólicas. La reacción de autolisis en general no se completa

como se indica teóricamente según la ecuación 1.3. En realidad se

forman productos orgánicos estables, puesto que una porción de la

biomasa celular es resistente a la descomposición aeróbica. En general,

un 77% de la biomasa es biodegradable, en términos de sólidos

suspendidos volátiles (SSV). (Rojas, 1999)

TABLA 5 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE PROCESO AEROBIO

Ventajas Desventajas

Ausencia de olores Tasa alta de síntesis celular, producción alta de lodos

Mineralización de lodos compuestos

biodegradables

Requiere de mucha energía eléctrica para oxidación y mezcla

Gran proporción de células en lodos, que hace necesaria la digestión de los mismos antes de secarlos y disponerlos

Fuente: (Rojas, 2001)

En este proceso se han estimado ciertos factores de gran importancia

para el desarrollo microbial; la concentración adecuada de oxígeno

disuelto es uno de estos factores, que normalmente debe ser mayor a 1

mg/l. La temperatura del agua residual también tiene un papel importante,

ya que afecta los requerimientos de oxígeno, la producción de lodos y el

volumen que requiere el reactor. Para obtener una actividad biológica

aerobia eficiente, la temperatura máxima del agua residual debe ser de

38ºC y un pH entre 6,5 – 8,5.

Con frecuencia para estos tratamientos biológicos las enzimas o

catalizadores bioquímicos son imprescindibles para la descomposición, y

su acción es afectada por la temperatura y pH. La mayoría de las enzimas

26

necesitan un pH entre 3,5 y 9,5, sin embargo algunas tienen un efecto

comparativamente estrecho. (Rojas, 2001)

2.5.5 Proceso de lodos activados

El proceso de lodos activados es un sistema de tratamiento de las aguas

residuales en el que se va a mantener un cultivo biológico, que se

encuentra formado por varios tipos de micro-organismos en el agua

residual a tratar. Los micro-organismos se van a alimentar de las

sustancias que llevan el agua residual para así lograr generar CO2, agua,

energía y más micro-organismos, y en el proceso se forman unos flóculos

de biomasa que pueden ser simplemente decantables, los mismos que

constituyen los denominados lodos activos o biológicos. (Metcalf & Eddy,

1995)

2.5.5.1 Principios de funcionamiento

En el proceso de lodos activados se pueden diferenciar dos operaciones

que son: la oxidación biológica y la separación sólido-líquido.

La oxidación biológica tiene lugar en el denominado reactor biológico,

donde se conserva el cultivo biológico en contacto con el agua residual. El

cultivo biológico, denominado licor de mezcla, está constituido por gran

número de micro-organismos que se agrupan en flóculos conjuntamente

con materia orgánica y sustancias minerales. Dichos micro-organismos

convierten la materia orgánica mediante las reacciones de oxidación

biológica.

Para llegar a un equilibrio entre la carga orgánica a eliminar y la cantidad

de micro-organismos necesarios para que se elimine dicha carga, se debe

de mantenerse a un determinado nivel, (concentración de sólidos en

suspensión en el licor de mezcla (SSLM)), la población de micro-

organismos.

En esta parte del proceso que sucede en el reactor, es necesario un

sistema de aireación y agitación, que provea el oxígeno necesario para la

27

acción depuradora de las bacterias aerobias, y que permita la

homogenización del reactor y que por lo tanto llegue todo el alimento igual

a todos los organismos y que logre evitar la sedimentación de los flóculos

y el lodo. (Metcalf & Eddy, 1995)

Una vez que la materia orgánica ha sido lo suficiente oxidada, va a

requerir un tiempo de retención del agua en el reactor (tiempo de

residencia), el licor mezcla pasa al sedimentador secundario o clarificador,

donde el agua con lodo se deja reposar y los lodos floculados de biomasa

se van a sedimentar, logrando separar el agua clarificada de los lodos.

El agua que se clarifica va a constituir el efluente que se va a verter al

cuerpo receptor y parte de los lodos floculados serán recirculados de

nuevo al reactor biológico para conservar en el mismo una concentración

suficiente de organismos. Con respecto al excedente de lodos, se los va a

extraer del sistema y evacuar hacia el tratamiento de lodos. (Metcalf &

Eddy, 1995)

2.5.5.2 Sistema convencional de lodos activados

El esquema de este sistema convencional consiste en un tanque de

aireación (reactor biológico), sedimentador y recirculación de lodos

activados. Los lodos recirculados y el agua residual ingresan al reactor,

en el cual son aireados y mezclados. Los microorganismos estabilizan

aeróbicamente la materia orgánica en el reactor y fluye al sedimentador o

clarificador donde el floc biológico será separado del agua residual,

logrando un efluente claro y de bajo contenido orgánico. Una parte de los

lodos es recirculado al tanque de aireación y el exceso es enviado al

sistema de tratamiento y disposición final de lodos.

28

Fuente: http://www.iconsersa.com/lodos_act.html

En este sistema el tiempo de retención depende del tamaño del reactor;

es decir; el tiempo para la actividad biológica estará limitado a un periodo

fijo para un caudal de entrada, periodo en el que los microorganismos

pasan por sus diferentes fases de desarrollo, dependiendo de la relación

A/M y las condiciones ambientales. (Ramalho, 1996)

Cuando inicia la aireación la relación A/M es alta, lo cual indica que los

microorganismos están en un exceso de alimento. La fase de crecimiento

es máxima (fase logarítmica), de manera que a medida que se consume

el alimento y se producen células nuevas esta relación A/M disminuye,

por consiguiente el alimento sería un factor limitante (fase declinación). En

esta parte las células se comienzan a notar y el floc a formase. Cuando la

relación A/M alcanza su valor mínimo los microorganismos no logran

obtener energía del alimento remanente en el residuo y comienzan a

metabolizar sus propias reservas de alimento, aumentando rápidamente

la formación del floc (fase endógena). Cuando el floc biológico es

separado de la fracción liquida mediante un sedimentador y recirculado al

reactor biológico. El objetivo de la recirculación es que la concentración

de microorganismos sea mayor que la inicial y la relación A/M sea menor

que la inicial; así el periodo de crecimiento microbiano es menor, lo que

FIGURA 5 ESQUEMA BÁSICO DE UN PROCESO DE LODOS ACTIVADOS.

http://www.iconsersa.com/lodos_act.html

29

indica que la degradación de la materia orgánica será más rápida y

eficiente.

Un factor importante en este proceso es el tamaño del reactor, el cual

debe ser suficiente para permitir que los microorganismos alcancen su

fase endógena durante los periodos de caudales máximos y cargas

máximas de materia orgánica. Si el tamaño no es suficiente ocurrirá que

el efluente se tornara turbio y habrá una pérdida de microorganismos.

(Ramalho, 1996)

2.6 Tratamiento Terciario

El tratamiento terciario se lo utiliza para eliminar la materia orgánica

degradada del proceso de lodos activados, que contiene nutrientes,

sólidos en suspensión.

Los procesos de microtamizado, filtración, precipitación y coagulación,

adsorción, intercambio iónico, ósmosis inversa, luz ultravioleta (UV),

electrodiálisis, procesos de reducción de nutrientes, cloración y

ozonización son las técnicas o metodologías utilizadas como tratamientos

avanzados para la remoción de contaminantes. En el caso que se

considere la reutilización del agua residual, se utiliza como método más

factible la desinfección u ozonificación.

Los sólidos disueltos se disminuyen por medio de procesos como la

ósmosis inversa y la electrodiálisis.

2.6.1 Precipitación Química.

En la precipitación química se inicia con la adición de productos químicos

para alterar el estado físico de los sólidos disueltos y en suspensión, para

así facilitar su eliminación por sedimentación. Este proceso tiene dos

etapas que es la coagulación seguida por la floculación. Comúnmente se

encuentran plantas donde éste es el único tratamiento al que se someten

las aguas, pero en la actualidad se combinan estos tratamientos con

procesos de tipo biológico.

30

El modelo de las interacciones físico-químicas es complejo ya que sólo

explican parcialmente el fenómeno. Dicho modelo asume que las

partículas suspendidas se encuentran en forma de dispersión

relativamente estable, la estabilidad de estas se atribuye a la presencia de

cargas en la superficie. Esta se desarrolla de diferentes formas

dependiendo de la naturaleza del agua residual y del coloide. Aunque la

estabilidad puede destruirse en el caso de que las partículas se agreguen

(floculan) en partículas de mayor tamaño con masa suficiente para

sedimentar. (Metcalf & Eddy, 1995)

2.6.1.1 Coagulación

La coagulación es el proceso mediante el cual se rompe la estabilidad de

las partículas en suspensión del agua residual. Al inicio estas partículas

son de dimensiones muy pequeñas y están cargadas en su superficie de

forma negativa. Con la adición de sustancias coagulantes cargadas de

forma positiva, se rompe la estabilidad de la dispersión y las partículas se

repelen entre sí, produciendo atracciones que finalmente terminan en la

neutralización de las cargas. Para la dispersión del coagulante en el

líquido es necesaria la mezcla rápida que favorece el choque entre

partículas y la formación de coágulos o partículas de mayor tamaño que

las iniciales. La dosificación del coagulante debe hacerse de forma

cuidadosa, ya que si se excede en su uso se puede invertir la carga y

estabilizar el complejo coloidal. (Salazar, 2013)

Los coagulantes más usados en tratamiento de agua residual son sales

de aluminio o de hierro, en casos particulares se usan productos

sintetizados como polielectrolitos catiónicos, el beneficio de estos últimos

es que generan menor cantidad de lodo.

Es común el uso de sulfato de alúmina, cal, cloruro férrico, sulfato férrico

u otros polielectrolitos junto con sales metálicas. Debido a la naturaleza

del fenómeno, es sensible a variaciones de pH.

La adición de iones determinantes del potencial para favorecer la

coagulación se evidencia mediante la adición de bases o ácidos fuertes

que reduzcan a valores próximos a cero la carga de los hidróxidos u

31

óxidos metálicos, de esta forma es posible que se dé la coagulación. De

esta misma forma pueden añadirse electrolitos para coagular

suspensiones coloidales.

2.6.1.2 Floculación

La floculación es el fenómeno en el cual los polímeros forman puentes

entre los coágulos formando flóculos o grandes aglomerados de

partículas. La forma de acción de los polielectrolitos aniónicos o neutros,

es la adhesión a la superficie de las partículas del efluente, no depende

de las cargas superficiales de las partículas y hace más estable el

proceso debido a que no depende de las variaciones de pH. En la figura

(6) se observa la etapa de formación de puentes, entrelazándose para

formar los flóculos, aumentado su tamaño hasta poder ser eliminados por

sedimentación. (Brostow, W & Hagg, H, 2009)

Para lograr a agregación de partículas se debe reducir las cargas o

superar el efecto de estas. Esto se realiza mediante diferentes tipos de

mecanismos:

La adición de iones que determinen el potencial, los cuales serán

absorbidos o reaccionarán con la superficie o la adición de

electrolitos

La adición de moléculas orgánicas de cadena larga cuyas

subunidades sean ionizables; estos son llamando polielectrolitos,

que producen la eliminación de partículas por medio de la

absorción y la formación de puentes entre ellos

La adición de productos químicos que formen iones metálicos

hidrolizados.

Los polielectrolitos se dividen en dos categorías: naturales y sintéticos.

Los naturales son polímeros de origen biológico y derivados del almidón.

Los sintéticos consisten en monómeros simples que se hacen polimerizar

para formar sustancias de alto peso molecular. Según el signo de la carga

en el momento de introducirlos al agua existen polielectrolitos anicónicos,

32

catiónicos o no iónicos. (Metcalf & Eddy, 1995) En la figura (6) se ilustra

la acción del polímero en presencia de partículas del agua residual.

Fuente: (Metcalf & Eddy, 1995)

2.6.1.3 Sedimentación

Es un proceso físico de separación por gravedad, el cual hace que una

partícula más densa que el agua tenga una trayectoria descendente,

haciendo que este se deposite en el fondo del sedimentador. Se

encuentra en función de la densidad del líquido, del tamaño, del peso

específico y de la morfología de las partículas. La operación será más

eficiente cuando mayor sea el tamaño y la densidad de las partículas a

separar del agua, es decir cuando mayor sea su velocidad de

sedimentación.

La sedimentación tiene dos objetivos fundamentales, los cuales son:

Eliminar los sólidos en suspensión (en un 60%, aproximadamente)

presentes en las aguas residuales y la materia orgánica (en un 30%,

aproximadamente), y proteger los procesos posteriores de oxidación

FIGURA 6 ESQUEMA DE FORMACIÓN DE PUENTES ENTRE PARTÍCULAS EN PRESENCIA DE POLÍMEROS ORGÁNICOS

33

biológica de la intrusión de fangos inertes de densidad elevada, (Rojas,

1999)

Hay diferentes tipos de sedimentación, la más utilizada es la

sedimentación con floculación. Esta es realizada en sedimentadores

primarios o clarificadores, la cual consiste en la aglomeración de las

partículas mediante un cambio de densidad y en la velocidad de

precipitación (Ramalho, 1996)

2.6.1.4 Filtración

Consiste en la eliminación de solidos suspendidos por medio del paso del

agua contaminada a través de filtros de diferentes diámetros,

reteniéndose los sólidos de menor diámetro al tamaño medio de la

porosidad del material utilizado. (Brostow, W & Hagg, H, 2009)

2.6.1.5 Filtro de grava y arena

El filtro más ampliamente usado para remover sólidos suspendidos es el

filtro de grava y arena y se le llama así precisamente porque es un lecho

de grava y arena el que retiene las partículas suspendidas en el agua.

(Mendoza, 2012)

El mecanismo de remoción de estos sólidos es de diferente naturaleza.

En el proceso intervienen fuerzas de cohesión entre el material formado y

las partículas en suspensión, aunque también se manifiestan fuerzas de

atracción electrostática del tipo de fuerzas de London y de Van Der

Waals. (Mendoza, 2012)

En este tipo de filtros, el agua fluye a través de un lecho de grava y arena.

Las propiedades del medio, causan que el agua tome caminos erráticos y

largos trayectos, lo cual incrementa la probabilidad de que el sólido tenga

contacto con otras partículas suspendidas, y con el medio formado en la

superficie del gránulo de grava o arena, siendo de esta manera retenido

entre el material filtrante. Para una filtración o separación de sólidos más

eficiente, también es conveniente darle un tratamiento previo al agua a

34

tratar, agregándole substancias químicas que causen la coagulación y

floculación de las partículas, ya que es más probable que el coágulo o

flóculo sea retenido en el lecho del filtro que una sola partícula en estado

coloidal

Fuente: http://www.aqsolutions.org

2.6.1.6 Filtros de carbón activado

El filtro de carbón funciona por el mismo principio que el filtro de arena, la

diferencia radica en los elementos filtrantes y su finalidad. El carbón

activado es un material natural que con millones de agujeros

microscópicos que atrae, captura y rompe moléculas de contaminantes

presentes. Se diseña normalmente para remover cloro, sabores y olores y

demás químicos orgánicos. También es uno de los procesos finales del

sistema de tratamiento de agua, su función es pulir la descarga final.

FIGURA 7 FILTRO DE ARENA Y GRAVA

http://www.aqsolutions.org/

35

Fuente: http://www.plantas-purificadoras-de-aguas.com

2.6.2 Cloración de las aguas residuales

La cloración es un proceso muy usado en el tratamiento de aguas

residuales industriales y urbanas. Los efluentes industriales que

regularmente se cloran antes de su descarga a las aguas receptoras son

los procedentes de las plantas de azúcar de caña, de azúcar de

remolacha, de centrales lecheras, de las fábricas de pastas y papel, de

las plantas textiles, de las de curtido, de las petroquímicas, de las

farmacéuticas, y de las de acabado superficial de los metales (cromado,

electrodeposición, etc.).

Los objetivos de la cloración se resumen como sigue:

2.6.2.1 Desinfección

Fundamentalmente el cloro es un desinfectante debido a su fuerte

capacidad de oxidación, por lo que destruye o inhibe el crecimiento de las

bacterias y algas.

FIGURA 8 FILTRO DE CARBÓN ACTIVADO

http://www.plantas-purificadoras-de-aguas.com/

36

2.6.2.2 Reducción de la DBO

El cloro produce una reducción de la DBO por la oxidación de los

compuestos orgánicos presentes en las aguas residuales

2.6.2.3 Eliminación o reducción de colores y colores

Las sustancias que producen olor y color presentes en las aguas

residuales se oxidan mediante cloro. La capacidad oxidante del cloro se

emplea para el control del olor y la eliminación del color en muchos

tratamientos industriales (azúcar de caña, industrias de conservas,

centrales lecheras, pasta y papel, textiles, etc.)

2.6.2.4 Oxidación de iones metálicos

Los iones metálicos que están presentes en forma reducida se oxidan por

el cloro (por ejemplo, ferroso a férrico y manganoso a mangánico).

2.6.2.5 Reacciones de cloro en el agua

Cuando se añade el agua, bien como gas o bien como solución, el cloro

Cl2 + H2O HOCl + H+ + Cl-

HOCl H+ + OCl-

reacciona para formar acido hipocloroso (HOCl) que subsiguientemente

se disocia de acuerdo con las siguientes reacciones químicas:

Como el HOCl es un ácido débil, una parte importante de cloro residual

está formada por HOCl sin disociar. En presencia del amoniaco, el ácido

hiplcloroso reacciona para formar monocloramina, dicloramina y tricloruro

de nitrógeno. Las proporciones relativas de estos compuestos dependen

del pH y de la concentración del amoniaco presente. Las ecuaciones

químicas correspondientes son:

NH3 + HOCl NH2Cl + H2O

(monocloramida)

NH2Cl + HOCl NHCl2 + H2O

37

(Diclorramina)

NHCl2 + HOCl NCl3 + H2O

(tricloruro de nitrógeno)

Estos compuestos son responsables de olores y sabores desagradables

en el agua. Así mismo, la capacidad desinfectante de estos compuestos

es menor que la del cloro. (Ramalho, 1996)

38

CAPITULO III

3 METODOLOGÍA Y DESARROLLO

EXPERIMENTAL

3.1 Estudio de tratabilidad en el equipo piloto

1. Verificar que todas las válvulas del equipo se encuentren cerradas

2. Depositar el agua residual en el tanque de homogenización

Fuente: Laboratorio de Tratamiento de Aguas de la Facultad de Ingeniería Química

3. Tomar una muestra del efluente para realizar la respectiva

caracterización del agua cruda.


FIGURA 9 LLENADO DEL TANQUE DE HOMOGENIZACION

FIGURA 10 TOMA DE MUESTRA DEL EFLUENTE

39

4. Conectar el sistema eléctrico del equipo.

5. Abrir la válvula 1 y 2 para el paso del efluente.

6. Presionar el interruptor 2 para encender la bomba 1 para que

proceder a llenar el reactor biológico aerobio.


7. Encender el sistema de aireación extendida del reactor biológico.


FIGURA 11 INGRESO DEL EFLUENTE AL REACTOR BIOLOGICO AEROBICO

FIGURA 12 ENCENDIDO DEL SISTEMAS DE AIREACION

40

8. Adicionar la enzima y nutrientes al reactor biológico aerobio.


9. Se inicia el proceso de aclimatación de la Enzima, este va a

depender de la velocidad de degradación de la materia orgánica e

inorgánica, en el caso de la práctica experimental duró 11 días.

Durante este tiempo se tomó una muestra diaria del agua residual,

se procede a realizar cada uno de los análisis, así observar el

avance de degradabilidad de la carga contaminante y la formación

de los lodos activos, alimentándose diariamente el reactor con el

agua residual cruda.


FIGURA 13 ADICION DE BIOENZIMA AL REACTOR BIOLOGICO AEROBICO

FIGURA 14 ALIMENTACION DEL AGUA CRUDA AL REACTOR BIOLOGICO

AEROBICO

41



10. Una vez activados los lodos se abre la válvula 4 para permitir el paso

del agua residual al sedimentador para así separar los lodos.

FIGURA 15 TOMA DE MUESTRA DEL REACTOR BIOLOGICO AEROBICO

FIGURA 16 DEGRADACION DE LA MATERIA ORGANICA

42



11. Después que los lodos han sedimentado, se abren las válvulas 8, 9 o

10 dependiendo del nivel que se encuentre el agua tratada que pasa

al filtro de arena, graba y carbón activado.

12. Abrir la válvula 12 para descargar el agua filtrada.

FIGURA 17 PASO DE LODOS ACTIVADOS AL SEDIMENTADOR

FIGURA 18 APLICACIÓN DEL TRATAMIENTO TERCIARIO EN EL SEDIMENTADOR

43


13. Por último se toma una muestra del agua tratada para realizar los

respectivos análisis y comparar los resultados obtenidos con los

límites máximos permisibles de descarga.


FIGURA 19 FILTRACION DEL AGUA TRATADA

FIGURA 20 AGUA TRATADA

44

3.2 Desarrollo experimental

Para las pruebas experimentales se utilizó el efluente industrial de una planta

de bebidas gaseosas

Debido a la actividad de la empresa el agua residual que genera, requiere el

análisis de los parámetros descritos por el Ministerio de Ambiente mediante

el Acuerdo Ministerial vigente.

El número de CIIU aplicable es (028) 1594: Industria de bebidas no

alcohólicas y aguas gaseosas. Los parámetros de monitoreo exigidos para

este tipo de efluente son:

1. Caudal (Q)

2. Demanda Bioquímica de Oxigeno (DBO)

3. Demanda Química de Oxigeno (DQO)

4. Solidos totales suspendidos (SST)

5. Aceites y grasas

6. Sulfatos (SO4)

Prueba de Tratabilidad

Para la prueba del efluente industrial se realizó un tratamiento secundario

de lodos activados con aclimatación del catalizador Bioenzimar y

aireación prolongada. Se trató un volumen de 100 L y un tiempo de

residencia de 3 días.

TABLA 6 CAUDAL DEL EFLUENTE INDUSTRIAL

Mes Caudal (m3/d)

Julio 34,1

Agosto 32,09

Septiembre 57,96

Octubre 31,25

Noviembre 33,21

Diciembre 38,3

Enero 30,22

Febrero 47,71

Marzo 28,16

Abril 207,84

Mayo 260,84

Junio 38,59

Caudal promedio 70.02

Elaborado por: María Alvarado y Cindy González Fuente: Planta de bebidas gaseosas

45

Caracterización inicial del agua cruda

El agua residual cruda de la planta de bebidas gaseosas presenta la

caracterización mostrada en la tabla 7

TABLA 7 CARACTERIZACIÓN INICIAL DEL AGUA CRUDA

Parámetros Unidades Resultados Límites Máximos

permisibles

Aceites y grasas mg/l 6 30.00

pH - 5.11 6-9

Color Pt-Co 470 Inapreciable en

dilución 1/20

DQO mg/l 4980 200

DBO5 mg/l 2070 100

Nitritos mg/l 30 -

Nitratos mg/l 17 -

Fosfatos mg/l 31 -

SST mg/l 207.3 130

ST mg/l 356.4 1600

STD mg/l 149.1 -

Turbiedad NTU 53 -

Sulfatos mg/l 14 1000

Carga contaminante Kg/día 348.6 -

Elaborado por: María Alvarado y Cindy González & Laboratorio

Acreditado de Aguas- Petróleo y Medio Ambiente

:

46


3.3 Tratamiento secundario

El tratamiento secundario se llevó a cabo en el reactor aerobio, se trabajó

con un volumen de 100 L, el cual inicia con la aclimatación de la enzima y

la alimentación de los nutrientes para acelerar el proceso enzimático de

los microorganismos.

El estudio de cada uno de los parámetros se lo realiza diariamente, con la

finalidad de observar el comportamiento de estos durante el proceso y así

comprobar si el tratamiento es factible.

TABLA 8 DOSIFICACIÓN ENZIMÁTICA (PRUEBA 1)

Tiempo Dosis (ml)

Día 1 5

Día 2 10

Día 3 10

Día 4 10

Día 5 10

Día 6 10


FIGURA 21 MUESTRA DEL AGUA RESIDUAL CRUDA

47

TABLA 9 ACLIMATACIÓN DE LA BACTERIA

Elaborado por: María Alvarado y Cindy González & Laboratorio Acreditado de Aguas-Petróleo y Medio Ambiente.

Día Observaciones pH Color

Pt-Co

Turbiedad

NTU

Nitritos

mg/L

Nitratos

mg/L

Sulfatos

mg/l

Fosfatos

mg/L

DQO

mg/L

DBO5

mg/L

ST

mg/L

STD

mg/L

SST

mg/L

Agua cruda

Caracterización 5.11 470 53 30 17 14 31 4980 2070 356.4 149.1 207.3

1 Aclimatación de enzima

50%AC/50%AP 6.58 698 112 48 22 16 43 3912 1570 489 203.3 285.7

2 Aclimatación de enzima Alimentación de agua

cruda 10 L 7.70 759 156 32 16 19 35 3507 1468 596.3 302 294.3


cruda 10 L 6.83 889 216 39 19 15 44 3629 1624 705 448 257


cruda 10 L 7.05 923 245 35 23 18 40 3280 1578 945.8 553 392.8


cruda 20L 6.89 1000 271 46 19 20 32 2956 1468 1198 703.1 494.9

6 Agua aclimatada

Adición de nutrientes y enzimas

7.40 1136 309 55 25 25 41 2547 1238 1275.5 883 392.5

7 Adición de nutrientes 7.48 1245 341 65 30 31 53 2754 1372 1348 985 363

8 Adición de nutrientes 7.56 1323 393 78 35 39 64 2298 1100 1454 1073.

8 380.2

9 Adición de nutrientes 7.65 1456 436 89 40 44 70 1479 887 1498.3 1153 345.3

10 Adición de nutrientes 7.72 1589 462 104 49 51 78 1245 647 1534 1237.

2 296.8

11 Tratamiento terciario 7.75 1730 489 115 59 56 84 802 415 1596 1275 321

48

TABLA 10 CARACTERIZACIÓN DEL TRATAMIENTO SECUNDARIO

Parámetros Unidades

Resultados % de

remoción Afluente Lodos

activados

Aceites y grasas

mg/l 6 3 50.00%

DQO mg/l 4980 802 83.89%

DBO5 mg/l 2070 415 79.95%

Nitritos mg/l 30 115 -

Nitratos mg/l 17 59 -

Fosfatos mg/l 31 84 -

Sulfatos mg/l 14 56 -

SST mg/l 207.3 321 -

ST mg/l 356.4 1596 -

STD mg/l 149.1 1275 -

Turbiedad NTU 53 489 -

Ph - 5.11 7.75 -

Color Pt-Co 470 1730 -

Carga contaminante

Kg/día 348.6 56.14 83.89%



Observación: Se puede observar que el tratamiento secundario logro

remover un 50% de aceites y grasas, 83.89% de DQO, 79.95% de DBO5,

y 83.89% de carga contaminante del efluente industrial.

3.4 Tratamiento terciario

Una vez degradada la materia orgánica se procede a realizar un

tratamiento terciario para remover la materia inorgánica y orgánica

degradada y con este proceso se puede llegar a los limites máximo

permisible de descarga.

TABLA 11 COCENTRACION DE LA SOLUCION

Concentración de la solución

Policloruro de aluminio

10000ppm

Floculante 1000ppm

49




La mejor dosificación es la que presenta la jarra 1 por lo que se procede a

realizar la precipitación química del efluente.


TABLA 14 DOSIFICACION DE CLORO

Dosificación

Cloro Concentración de la solución

0.5ppm 1000ppm


Coagulante Floculante

Jarra 1 40ppm 10ppm

Jarra 2 30ppm 10ppm

Jarra 3 20ppm 10ppm

TABLA 12 DETERMINACION DE LA DOSIS

TABLA 13 APLICACIÓN DE LA DOSIFICACION AL SEDIMENTADOR

Dosificación Coagulante Floculante

4000ppm 1000ppm

FIGURA 22 TEST DE JARRA

50

TABLA 15 CARACTERIZACIÓN DEL TRATAMIENTO TERCIARIO

Elaborado por: María Alvarado y Cindy González & Laboratorio Acreditado de

Aguas- Petróleo y Medio Ambiente

Observación: Se puede apreciar que el tratamiento terciario se logra

remover un 6.66% de aceites y grasas, 78.05% de DQO, 80.96% de

DBO5, 50% de sulfatos, 60.12% de SST y 78.05% de carga contaminante.

TABLA 16 CARACTERIZACIÓN MUESTRA TRATADA POR FILTRACIÓN


Resultados % de

remoción Tratamiento

biológico Agua

precipitada

Aceites y grasas mg/l 3 2.8 6.66%

DQO mg/l 802 176 78.05%

DBO5 mg/l 415 79 80.96%

Nitritos mg/l 115 58 49.56%

Nitratos mg/l 59 12.5 78.81%

Fosfatos mg/l 84 25.3 69.88%

Sulfatos mg/l 56 28 50.00%

SST mg/l 321 128 60.12%

ST mg/l 1596 957 40.04%

STD mg/l 1275 829 34.98%

Turbiedad NTU 489 89 81.80%

pH - 7.75 7.50 -

Color Pt-Co 1730 432 75.03%

Carga contaminante

Kg/día 56.14 12.32 78.05%


Resultados % de

remoción Tratamiento

terciario Agua

filtrada

Aceites y grasas mg/l 2.8 1 64.28%

DQO mg/l 176 142 19.32%

DBO5 mg/l 79 61 22.78%


Nitratos mg/l 12.5 6.3 49.60%

Fosfatos mg/l 25.3 18.6 26.48%


SST mg/l 128 63 50.78%

ST mg/l 957 756 21.00%

51

Elaborado por: María Alvarado y Cindy González & Laboratorio Acreditado de

Aguas- Petróleo y Medio Ambiente

Observación: Aplicando filtración al efluente precipitado se puede

observar que se removió un 64.28% de aceites y grasas, 19.32% de

DQO, 22.78% de DBO5, 28.57% de sulfatos, 50.78% de SST y 78, 19.32

% de carga contaminante.

TABLA 17 CARACTERIZACIÓN DE LA DESINFECCION



Observación: A la muestra filtrada se la clora obteniendo como

porcentajes de remoción el 100% de aceites y grasas, 57.75% de DQO,

59.02% de DBO5, 60% de sulfatos, 28.57% de SST y 57.75% de carga

contaminante.

STD mg/l 829 693 16.40%


pH - 7.50 7.52 -

Color Pt-Co 432 311.4 27.92%

Carga contaminante

Kg/día 12.32 9.94 19.32%

Parámetros Unidades Resultados % de

remoción Agua filtrada Agua Clorada

Aceites y grasas mg/l 1 No detectable 100%

DQO mg/l 142 60 57.75%

DBO5 mg/l 61 25 59.02%


Nitratos mg/l 6.3 2.8 55.55%

Fosfatos mg/l 18.6 12.3 33.87%


SST mg/l 63 45 28.57%

ST mg/l 756 681 9.92%

STD mg/l 693 636 8.22%


pH - 7.52 7.58 -

Color Pt-Co 311.4 86.5 72.22%

Carga contaminante

Kg/día 9.94 4.2 57.75%

52

TABLA 18 PORCENTAJE DE REMOCION

Parámetros

Tratamiento biológico

Tratamiento terciario

Lodos Activados

Precipitación Filtración Agua

clorada

Aceites y grasas

50% 6.66% 64.28% 100%

DQO 83.89% 78.05% 19.32% 57.75%

DBO5 79.95% 80.96% 22.78% 59.02%

Nitritos - 49.56% 32.76% 56.41%

Nitratos - 78.81% 49.6% 55.55%

Fosfatos - 69.88% 26.48% 33.87%

Sulfatos - 50.00% 28.57% 60.00%

SST - 60.12% 50.78% 28.57%

ST - 40.04% 21.00% 9.92%

STD - 34.98% 16.40% 8.22%

Turbiedad - 81.80% 42.70% 56.86%

Ph - - - -

Color - 75.03% 27.92% 72.22%

Carga contaminante

83.89% 78.05% 19.32% 57.75%


Observación: Se puede observar que el tratamiento secundario solo

removió DQO, DBO5 y aceites & grasas, el tratamiento terciario remueve

con la desinfección todos los parámetros quedando dentro de los límites

máximos permisibles


0

20

40

60

80

100

120

Lodos Activados Prepicipitación

Filtracion Agua clorada

FIGURA 23 PORCENTAJES DE REMOCIÓN

53


4980

802176 142 60

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000DQO

Maximo permisible

2070

41579 61 25

0

500

1000

1500

2000

2500 DBO5

Maximo permisible

63 2,8 1 0

05

101520253035

ACEITES Y GRASAS

Maximo permisible

14 56 28 20 8

0200400600800

10001200

SULFATOS

Maximo permisible

207,3

321

128

63 45

0

100

200

300

400SST

Maximo permisible

356,4

1596

957756 681

0

500

1000

1500

2000ST

Maximo permisible

5,11

7,75 7,5 7,52 7,58

0

2

4

6

8

10pH

Maximo permisible

470

1730

432 311,40

0

500

1000

1500

2000COLOR

Maximo permisible

FIGURA 24 COMPARACION CON LOS LÍMITES PERMISIBLES DEL TRATAMIENTO

54

TABLA 19 COMPARACIÓN DE MUESTRA TRATADA POR

CLORACION CON LÍMITES DE DESCARGA TABLA 9 DEL ACUERDO

MINISTERIAL 097A


Análisis de los resultados

Antes de realizar el tratamiento se procedió a calcular el índice de

biodegradabilidad el cual se calcula dividiendo el DBO5 para el DQO

(2070/4980=0.41), este nos indica que el agua es Biodegradable porque

el factor calculado es mayor a 0.4

Como se puede observar en la tabla 19 cada uno de los parámetros

controlados se encuentra dentro de los límites máximos permisibles de

descarga a un cuerpo de agua dulce descritos en la tabla 9 Anexo 1 del

Acuerdo Ministerial 097A.

Parámetros Unidades Resultados Máximos

permisibles AM(097A)

Aceites y grasas mg/l 0 30

DQO mg/l 60 200

DBO5 mg/l 25 100

Nitritos mg/l 17 -

Nitratos mg/l 2.8 -

Fosfatos mg/l 12.3 -

Sulfatos mg/l 8 1000

SST mg/l 45 130

ST mg/l 681 1600

STD mg/l 636 -

Turbiedad NTU 22 -

pH - 7.58 6-9

Color Pt-Co 4 Inapreciable en

dilución 1/20

Carga contaminante

Kg/día 4.2 -

55

TABLA 20 COSTO POR METRO CUBICO


Elaborado por: María Elaborado por: María Alvarado y Cindy González Alvarado y Cindy González

Producto Químico

Costo ( $ / Kg)

Dosificación Costos

Totales($)

Cal 0,12 12 g 0.12

Enzima 24,00 10 ml 0,93

Policloruro 1,15 40 mg/L 0,46

Floculante 7,20 10 mg/L 0,72

Cloro 0.5 0,5 ml 0.20

2,43

FIGURA 25 PRECIPITACION FIGURA 26 AGUA ACLIMATADA

56

Elaborado por: María Elaborado por: María Alvarado y Cindy González Alvarado y Cindy González

3.5 Métodos y técnicas

Metodología del análisis

El método utilizado para la realización de los análisis físicos – químicos de las muestras tomadas durante el proceso experimental, fue mediante el equipo Colorimeter DR 890, marca HACH, PH/ CON 10, marca WATERPROF

Elaborado por: María Elaborado por: María Elaborado por: María

Alvarado y Cindy González Alvarado y Cindy González Alvarado y Cindy González

FIGURA 31 EQUIPO “WATERPROF PH/

CON 10”

FIGURA 29 EQUIPO “COLORIMETER DR

890”

FIGURA 30 EQUIPO “DIGESTOR”

FIGURA 27 CLORACION

FIGURA 28 FILTRACIÓN

57

Elaborado por: María Elaborado por: María Elaborado por: María

Alvarado y Cindy González Alvarado y Cindy González Alvarado y Cindy González

Elaborado por: María

Alvarado y Cindy González

Metodología del equipo Colorimeter DR 890, marca HACH

Mediante este equipo se realizaron los análisis correspondientes a los

siguientes parámetros:

Nitratos

Nitritos

Fosfatos

Sulfatos

Turbiedad

Color

DQO

FIGURA 33 REACTIVOS

FIGURA 34 PLACA DE CALENTAMIENTO

FIGURA 35 VIALES PARA DQO

FIGURA 32 BALANZA

58

TABLA 21 MÉTODOS DEL MANUAL DR 2800

Análisis Métodos

DQO Método 10212: Demanda de oxigeno química UHR (250 - 15000

mg/L DQO)

NITRITO Método 8507 : Nitrito - método de iazotación (0,002 - 0,3 mg/L NO2

- N)

NITRATO Método 8039: método de reducción de cadmio (0,3 - 30 mg/L)

FOSFATO Método 8048: Fosforo, reactivo. PhosVer 3 de ácido ascórbico.

(0.02–2.50 mg/L PO4 3-)

SULFATO Método 8051: SulfaVer 4 Method2. (2 a 70 mg/L SO42-)

COLOR Método 8025: Platinum-Cobalt Standard Method1. (15 a 500

unidades)

Elaborado por: María Alvarado y Cindy González Fuente: (Procedure Manual DR-2800)

Estos métodos se realizaron utilizando los siguientes elementos:

Equipo “DR 890 COLORIMETER”

Reactor

Celda para muestras de vidrio, circular de 25 mm, con marcas de

10-20-25 ml

Conjunto de reactivos

Pipetas desde 2ml hasta 10 ml

Vasos de precipitación 100ml

59

Método 10212: Demanda de oxigeno química UHR (250 - 15000 mg/L

DQO)

FIGURA 36 MÉTODO 10212: DEMANDA DE OXIGENO QUÍMICA UHR

Fuente: Procedure Manual HACH DR-2800

60

Método 8507: Nitrito - método de iazotación (0,002 - 0,3 mg/L NO2 - N)

FIGURA 37 MÉTODO 8507 DE NITRITOS PARA EQUIPO HACH DR-2800


61

Método 8039: Nitrato - método de reducción de cadmio (0,3 - 30

mg/L)

FIGURA 38 MÉTODO 8039 DE NITRATOS PARA EQUIPO HACH DR-2800


62

Método 8048: Fosforo, reactivo (Ortofosfato).Rango: 0.02–2.50 mg/L

PO4 3-

FIGURA 39 MÉTODO 8048: FÓSFORO, REACTIVO (ORTOFOSFATO)


63

Método 8051: SulfaVer 4 Method2. Rango 2 a 70 mg/L SO42-


FIGURA 40 MÉTODO 8051: SULFAVER 4 METHOD2

64

Metodo 8025: Platinum-Cobalt Standard Method1. Rango 15 a 500 unidades.


FIGURA 41 METODO 8025 PLATINUM-COBALT STANDARD METHOD1

65

Lodos

Lodos

Lodos

3.6 Diagrama de flujo del Diseño del sistema de tratamiento

Elaborado por:Maria Alvarado y Cindy Gonzalez

HOMOGENIZACIÓN

REACTOR BIOLÓGICO

SEDIMENTACIÓN

PRECIPITACIÓN QUÍMICA

CLORACIÓN

FILTRACIÓN

TANQUE DE ALMACENAMIENTO

Nutrientes (urea y fosfato)

Enzimas

Lech

o d

e Se

cad

o

Neutralización

(Cal)

Coagulante

(Policloruro de

aluminio)

Floculante (FL180)

66

3.7 Diseño del sistema de tratamiento


FIGURA 42 VISTA FRONTAL

67


FIGURA 43 VISTA SUPERIOR

68

FIGURA 44 VISTA LATERAL IZQUIERDO


69

HOMOGENIZADOR: Capacidad de 70 metros cúbicos.

V= (pi)*r²*h

𝑟 = √𝑣

𝜋 ∗ ℎ

𝑟 = √70

𝜋 ∗ 3

r= 2,73 metros

h

r

0,7 m

70

SEDIMENTADOR I: Sedimentador de 15 metros cúbicos.

V=b*a*h

a= V/b*h

a= 15/1,5*2

a= 5m

LECHO DE SECADO x2 (DOS LECHOS DE SECADO)

V=b*a*h

a= V/b*h

a= 15/3,5*(1m)

a= 4.29m == 4,3 metros

h

b a

h

b

a

0,7 m

71

REACTOR QUÍMICO

V=b*a*h

a= V/b*h

a= 15/1,5*(2m)

a= 5 m

h

b

a

2 m

72

ALMACENAMIENTO

V=b*a*h

a= V/b*h

a= 70/5*(2m)

a= 7 m

h

b

a

2 m

73

4. CONCLUSIONES

Los parámetros críticos que presento el efluente en estudio fueron

Demanda química de oxígeno 4980 mg/l, demanda bioquímica de

oxígeno 2070 mg/l, potencial de hidrogeno 5.11 y Solidos

Suspendidos Totales 207.3 mg/l.

El proceso óptimo para tratar este tipo de efluente fue la aplicación

de un tratamiento biológico de aireación extendida de lodos

activados, en un tiempo de residencia de 5 días, en el cual se

utilizó un Catalizador Bioenzimar y nutrientes, una vez que degrado

la materia orgánica se procedió a realizar la precipitación química,

filtración y oxidación.

Los porcentajes de remoción de cada parámetro fueron 98.79%

Demanda Bioquímica de Oxigeno, 98.79% Demanda Química de

Oxigeno, 78.29% Solidos Suspendidos Totales, 100% Aceites y

grasas, 81.59% Color, 42.86% Sulfatos y al comparar los

resultados obtenidos del agua tratada con los valores descrito en la

tabla 9 se indica que se encuentran dentro de los límites máximos

permisibles de descarga a un cuerpo de agua dulce del Anexo 1

del Acuerdo Ministerial 097.

74

5. RECOMENDACIONES

Se recomienda utilizar el esquema del tratamiento de agua residual

de bebidas gaseosas que contiene un tanque de homogenización,

reactor biológico con aireación extendida, sedimentador, sistema

de precipitación química, cloración, filtración y almacenamiento,

para el diseño de una planta de efluentes de características

similares.

Los lodos residuales que se generan van a un tratamiento de lecho

de secado, generalmente se puede obtener un porcentaje de

remoción del 50% de lodo seco, este lodo tiene que ser analizado

con los parámetros del CRETIB (corrosivo, reactivo, explosivo,

tóxico, inflamable y biológico-infeccioso) para determinar el grado

de peligrosidad y realizar su disposición final con un gestor.

Este estudio servirá como una base de datos para efluentes de

características semejantes.

75

6. BIBLIOGRAFÍA

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ANEXOS

Tratamiento secundario (prueba fallida 1)

Para la prueba 1 se utilizó agua residual cruda, con aireación prolongada

a un volumen de 100 L, el tratamiento inicio con la aclimatación del

catalizador Bioenzimar.

TABLA 22 DOSIFICACION DE BIOENZIMA


TABLA 23 DATOS EXPERIMENTALES EN EL REACTOR BIOLOGICO- PRUEBA FALLIDA 1


Observación: la prueba 1 fue fallida debido a que se presentaron

complicaciones en el tratamiento, es decir el agua residual empezó a

presentar malos olores, debido a la disminución de oxígeno

proporcionado al reactor, ocasionando puntos muertos en el equipo. A su

vez se incrementó la cantidad de catalizador Bioenzimar para ver si esto

nos ayudaba a degradar la materia orgánica e inorgánica, lo cual no dio

buenos resultados como se lo puede observar en la tabla 23.

Tiempo Dosis (ml)

Día 1 5

Día 2 15

Día 3 20

Día 4 40

Tratamiento secundario (prueba fallida 2)

Se utilizó 50L de agua residual cruda y 50L de agua potable para la

aclimatación del catalizador Bioenzimar, el segundo día se descargó 10L

del agua que se encontraba en el reactor y a su vez se ingresó 10L de

agua cruda, al tercer y cuarto día se procedió a descargar 20L cada día e

ingresar la misma cantidad descargada de agua residual cruda para así

lograr eliminar todo el agua potable que se utilizó al inicio del tratamiento.

TABLA 24 DOSIFICACION DE BIOENZIOENZIMA



PRUEBA FALLIDA 2


Observación: La prueba 2 fue fallida debido a que se realizó el

tratamiento aeróbio utilizando 50 L de agua cruda y 50 L de agua potable

para aclimatar al catalizador Bioenzinar, al cuarto día se logró eliminar

toda el agua potable que se ingresó al inicio del tratamiento, y en los

siguientes días se logró observar que no degrada la materia orgánica ya

que al pasar de los días este aumentaba como se lo puede ver en la tabla

25. .

Tiempo Dosis (ml)

Día 1 5

Día 2 15

Día 3 20

Día 4 30

Día 5 40

Tratamiento Anaeróbio (prueba fallida 3)

Para la prueba 3 se aplicó un tratamiento anaeróbio, utilizando como

reactor una caneca con un volumen de 20 L de agua residual cruda, dicho

proceso duro tres días. Al cuarto día se procedió a adicionar el catalizar

Bioenzimar y los nutrientes.

TABLA 26 DOSIFICACION BIOENZIMAR


TABLA 27 DATOS EXPERIMENTALES EN EL REACTOR BIOLOGICO- PRUEBA FALLIDA 3


Observación: La prueba 3 fue fallida debido a que no disminuyó la carga

orgánica e inorgánica durante los 3 primeros días del tratamiento

anaeróbio, por esto se procedió a añadir al mismo proceso el catalizador

Bioenzimar y nutrientes (fosfatos y urea) a partir del cuarto día para

observar si este nos ayudaba a degradar, dicho tratamiento no dio buenos

resultados como se lo puede observar en la tabla 27.

Tiempo Dosis (ml)

Día 4 10

Día 5 15


FIGURA 45 VISTA LATERAL POSTERIOR

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