UNIVERSIDAD DE GUAYAQUILrepositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/33143/1/401-1310...Katherine Zalamea, Msc., por su acertada labor como directora de tesis. En especial al Ing. Carlos

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

CARRERA INGENIERÍA QUÍMICA

“DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO PARA LAS

AGUAS RESIDUALES PRODUCIDAS POR UNA FÁBRICA DE

CHOCOLATE DE EXPORTACIÓN”

AUTOR: EDUARDO RENÁN LÓPEZ VACA.

TUTORA: ING. KATHERINE ZALAMEA CEDEÑO, MS.C

GUAYAQUIL, JULIO DEL 2017



TRABAJO DE TITULACIÓN PRESENTADO COMO REQUISITO

PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO

TEMA:

“DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO PARA LAS

AGUAS RESIDUALES PRODUCIDAS POR UNA FÁBRICA DE

CHOCOLATE DE EXPORTACIÓN”

AUTOR: EDUARDO RENÁN LÓPEZ VACA

TUTORA: ING. KATHERINE ZALAMEA CEDEÑO, MS.C

GUAYAQUIL – ECUADOR

2017

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIAS Y TECNOLOGÍA

FICHA DE REGISTRO DE TESIS

TÍTULO Y SUBTÍTULO:

“DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO PARA LAS AGUAS RESIDUALES

PRODUCIDAS POR UNA FABRICA DE CHOCOLATE DE EXPORTACIÓN”

AUTOR/ES:

EDUARDO RENÁN LÓPEZ VACA.

TUTOR:

Ing. Katherine Zalamea Cedeño, MS.c

REVISORES:

Docente Revisor 1: Ing. Carlos Muñoz C, MS.c

Docente Revisor 2: In. Sandra Ronquillo C, MS.c

INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil FACULTAD: INGENIERÍA QUÍMICA

CARRERA: INGENIERÍA QUÍMICA

FECHA DE PUBLICACIÓN: Julio 2017 N° DE PÁGS.: 107

ÁREA TEMÁTICA: MEDIO AMBIENTE

PALABRAS CLAVES: tratamiento, depuración, agua residual, contaminantes, procesos.

RESUMEN

El sistema propuesto consiste en la combinación de procesos unitarios, que comenzará en el tanque

homogenizador inicial en el cual se ajustará el pH con el propósito de obtener una estabilidad para la

formación de floc (proceso de coagulación) y además en este tanque se podrá tener un control del

caudal que ingresará al sistema de depuración de las aguas residuales. El segundo tanque del sistema

de tratamiento propuesto será el tanque de clarificación 1, donde se producirá el proceso de

coagulación y mezcla rápida, con la adición de químicos (coagulante como el Policloruro de Aluminio

con una dosis de 300 mg/l y auxiliar de floculación como el Poliacrilamida con una dosis de 1.5 mg/l),

dicho tanque estará compuesto por un agitador de paletas que ayudará a la formación de un excelente

floc. El agua, que para entonces estará clarificada, pasará al tercer tanque del sistema, tanque

sedimentador 1, en el cual se sedimentarán todos los flocs formados, luego esta agua pasará al tanque

de filtración 1, el cual se compondrá de dos lechos de arena y carbón activado, que servirán para

mejorar la remoción de microorganismos y fenoles presentes en el agua residual industrial de la

empresa. Posterior a este tanque, el agua pasará al tanque de clarificación 2 que hará la misma función

del clarificador 1, donde la dosis de coagulante y auxiliar de floculación será menor; siguiendo el

proceso de tratamiento tenemos el tanque de sedimentación 2, en donde por gravedad se asentarán los

flocs formados permitiendo mejorar la calidad del efluente, y donde se hará la desinfección,

adicionando hipoclorito de sodio para remover microorganismos patógenos que lograsen pasar los

procesos anteriores. Tanto en el sedimentador 1 como en el sedimentador 2, se producirán lodos

hidratados, los cuales serán descargados en un tanque de almacenamiento de lodo; la formación de

lodos será baja, y la función de dicho tanque será mantenerlos por un periodo de tiempo tal que estos

comiencen a deshidratarse por gravedad, para luego ser extraídos. Por último se tiene el tanque de

filtración 2, el cual está compuesto de lecho de carbón activado, donde se hará la reducción del DBO

y DQO a porcentajes superiores del 95%.

N° DE REGISTRO (en base de datos): N° DE CLASIFICACIÓN:

DIRECCIÓN URL (tesis en la web):

ADJUNTO PDF SI

NO

CONTACTO CON AUTORES: Teléfono:

0967723256

E-mail:

[email protected]

CONTACTO DE LA INSTITUCIÓN Nombre: Ing. Katherine Zalamea, Msc

Teléfono: 0989554553




“DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO PARA LAS AGUAS

RESIDUALES PRODUCIDAS POR UNA FABRICA DE CHOCOLATE DE

EXPORTACIÓN”

RESUMEN

El sistema propuesto consiste en la combinación de procesos unitarios, que comenzará

en el tanque homogenizador inicial en el cual se ajustará el pH con el propósito de

obtener una estabilidad para la formación de floc (proceso de coagulación) y además en

este tanque se podrá tener un control del caudal que ingresará al sistema de depuración

de las aguas residuales. El segundo tanque del sistema de tratamiento propuesto será el

tanque de clarificación 1, donde se producirá el proceso de coagulación y mezcla

rápida, con la adición de químicos (coagulante como el Policloruro de Aluminio con

una dosis de 300 mg/l y auxiliar de floculación como el Poliacrilamida con una dosis de

1.5 mg/l), dicho tanque estará compuesto por un agitador de paletas que ayudará a la

formación de un excelente floc. El agua, que para entonces estará clarificada, pasará al

tercer tanque del sistema, tanque sedimentador 1, en el cual se sedimentarán todos los

flocs formados, luego esta agua pasará al tanque de filtración 1, el cual se compondrá

de dos lechos de arena y carbón activado, que servirán para mejorar la remoción de

microorganismos y fenoles presentes en el agua residual industrial de la empresa.

Posterior a este tanque, el agua pasará al tanque de clarificación 2 que hará la misma

función del clarificador 1, donde la dosis de coagulante y auxiliar de floculación será

menor; siguiendo el proceso de tratamiento tenemos el tanque de sedimentación 2, en

donde por gravedad se asentarán los flocs formados permitiendo mejorar la calidad del

efluente, y donde se hará la desinfección, adicionando hipoclorito de sodio para

remover microorganismos patógenos que lograsen pasar los procesos anteriores. Tanto

en el sedimentador 1 como en el sedimentador 2, se producirán lodos hidratados, los

cuales serán descargados en un tanque de almacenamiento de lodo; la formación de

lodos será baja, y la función de dicho tanque será mantenerlos por un periodo de tiempo

tal que estos comiencen a deshidratarse por gravedad, para luego ser extraídos. Por

último se tiene el tanque de filtración 2, el cual está compuesto de lecho de carbón

activado, donde se hará la reducción del DBO y DQO a porcentajes superiores del 95%.

Palabras Claves: Tratamiento, purificación, aguas residuales, contaminantes, procesos




“DESIGN OF A TREATMENT PLANT FOR WASTEWATER PRODUCED BY

A FACTORY OF CHOCOLATE FOR EXPORT”

ABSTRACT

The proposed system consists of the combination of unit processes, which will start in

the initial homogenizing tank in which the pH will be adjusted in order to obtain

stability for floc formation (coagulation process). Control of the flow that will enter the

sewage treatment system. The second tank of the proposed treatment system will be

the clarification tank 1, where the coagulation and rapid mixing process will take

place, with the addition of chemicals (coagulant such as Aluminum Polychloride with

a dose of 300 mg / l flocculation aid as The polyacrylamide with a dose of 1.5 mg / l),

said tank will be composed of a paddle stirrer which will help the formation of an

excellent floc. The water, which by then will be clarified, will pass to the third tank of

the system, sedimentator tank 1, in which all flocs formed will settle, then this water

will pass to the filtration tank 1, which will be composed of two sand beds and

Activated carbon, which will serve to improve the removal of microorganisms and

phenols present in the industrial waste water of the company. After this tank, the water

will pass to the clarification tank 2 which will perform the same function as the

clarifier 1, where the coagulant and auxiliary flocculation dose will be lower;

Following the treatment process we have the sedimentation tank 2, where gravity will

settle the flocs formed allowing to improve the quality of the effluent, and where the

disinfection will be done, adding sodium hypochlorite to remove pathogenic

microorganisms that could pass the previous processes. In both settler 1 and settler 2,

hydrated sludge will be produced, which will be discharged into a sludge storage tank;

The sludge formation will be low and the function of said tank will be to maintain

them for a period of time such that they begin to dehydrate by gravity and then be

extracted. Finally we have the filtration tank 2, which is composed of bed of activated

carbon, where the reduction of the BOD and COD will be made to percentages higher

than 95%.

Keywords: Treatment, purification, wastewater, contaminants, processes

AGRADECIMIENTO

Agradezco a Dios por darme la vida, fuerza y estar siempre a mi lado para superar

cualquier dificultad. A mis padres por darme la vida, a mi esposa Carolina Cedeño

Zambrano, quien ha estado a mi lado con su apoyo incondicional. A mis hijos, Renata,

Jesús e Ivannova; quienes son los seres a los que debo amor y comprensión.

A la Ing. Katherine Zalamea, Msc., por su acertada labor como directora de tesis.

En especial al Ing. Carlos Muñoz Cajiao, por ser una persona que obra más allá de su

deber, demostrándome siempre sinceridad, honradez y apoyo incondicional.

Todo este invaluable apoyo es lo que me ayudó a conseguir este logro, y a todas

aquellas personas que de una u otra forma, colaboraron y participaron en la realización

de esta investigación, hago extensivo mi más sincero agradecimiento.

DEDICATORIA

Este trabajo se lo dedico a DIOS, por darme la vida y salud lo que ha permitido seguir

adelante en mis metas propuestas y lograr mis objetivos.

ÍNDICE DE CONTENIDO

TEMA PÁG.

Introducción 1

Capítulo 1.- El problema 3

1.1. Planteamiento del problema 3

1.2. Formulación y sistematización de la investigación 3

1.2.1. Formulación del problema de investigación 3

1.2.2. Sistematización del problema 4

1.3. Justificación de la investigación 4

1.3.1. Justificación teórica 4

1.3.2. Justificación metodológica 5

1.3.3. Justificación práctica 5

1.4. Objetivos de la investigación 5

1.4.1. Objetivo general 5

1.4.2. Objetivos específicos 5

1.5. Delimitación de la investigación 6

1.6. Hipótesis 6

1.6.1. Variable independiente 6

1.6.2. Variable dependiente 6

1.6.3. Operacionalización de las variables 7

Capítulo 2.- Marco Referencial 8

2.1. Antecedentes de la investigación 8

2.2. Marco teórico 9

2.2.1. Aguas residuales: Definición 9

2.2.2. Agua residual industrial 9

2.2.3. Características físicas, químicas y biológicas del agua residual. 10

2.2.4. Contaminantes de importancia en el tratamiento del agua residual 10

2.2.5. Métodos analíticos 11

2.2.6. Detalle del proceso de fabricación de chocolate 11

2.2.8. Recepción del cacao en grano y triturado 12

2.2.7. Cacao en grano 13

2.2.9. Triturado de cacao 14

2.2.10. Almacenamiento 1 14

2.2.11. Secado del grano y del triturado 14

2.2.12. Almacenamiento 2 15

2.2.13. Limpieza 15

2.2.14. Remojo por inmersión (aplicable en el triturado de cacao) 16

2.2.15. Oreado (aplicable en el triturado de cacao) 16

2.2.16. Tostado (aplicable para cacao en proceso y triturado) 16

2.2.17. Descascarillado (aplicable en cacao para proceso) 18

2.2.18. Premolienda 19

2.2.19. Molienda (aplicable para cacao para proceso) 20

2.2.20. Esterilización (aplicable en licor temperado, no temperado y en Kibbled) 21

2.2.21. Almacenamiento de licor en tanques y graduación 22

2.2.22. Temperado (aplicable en licor en kibbled y en bloques) 23

2.2.22.1. Licor en bloques (temperado) 23

2.2.22.2. Licor en kibbled 23

2.2.23. Prensado (aplicable para torta, polvos y manteca) 23

2.2.24. Rompedor 1 (aplicable al proceso de torta) 24

2.2.25. Almacenamiento de torta en silo 24

2.2.26. Rompedor 2 (aplicable a los polvos) 24

2.2.27. Silo (aplicable en polvos) 25

2.2.28. Pulverización (aplicable en polvo natural y alcalino) 25

2.2.29. Almacenamiento en decantadores 26

2.2.30. Clarificador (aplicable en la manteca) 26

2.2.31. Envasado (aplicable a todos los procesos) 27

2.2.32. Almacenamiento (aplicable a todos los productos) 28

2.3. Marco conceptual 28

2.3.1. Tipos de sistemas de tratamiento de aguas residuales 28

2.3.1.1. Por tipo de proceso 29

2.3.1.2. Por el grado de tratamiento 31

2.4. Marco legal 34

Capítulo 3. Marco Metodológico 36

3.1. Diseño de la Investigación 36

3.2. Tipo de Investigación 36

3.3. Técnicas e instrumentos de la investigación 36

3.4. Pruebas-experimentos 36

3.4.1. Pruebas de tratabilidad 36

3.5. Equipos y materiales 37

3.6. Técnicas 37

3.6.1. Test de jarras 37

3.6.1.1. Toma de muestras 38

3.6.1.2. Determinación de la dosis óptima 38

3.6.1.3. Dosis de coagulante y floculante. 39

3.6.1.4. Técnica: Preparación de coagulante y auxiliar de floculación. 39

3.6.1.5. Resultados de las pruebas de jarras 42

3.9. Resultados del Laboratorio 44

Capítulo 4.- Diseño de una planta de tratamiento para las aguas residuales

producidas por una fábrica de chocolate de exportación

45

4.1. Generalidades de la Propuesta 45

4.2. Descripción del sistema de tratamiento. 45

4.3. Diseño del sistema de tratamiento 47

4.3.1. Descripción de los parámetros de diseño 47

4.3.2. Desarrollo de los cálculos de diseño y dimensionamiento del sistema. 48

4.3.3. Tanque homogenizador 48

4.3.3.1. Cálculo de diseño y dimensionamiento del tanque homogenizador 49

4.3.4. Tanque de clarificación 1 y2 50

4.3.4.1. Calculo de diseño de los clarificadores 50

4.3.5. Tanques de sedimentación 1 Y 2 53

4.3.5.1. Cálculo de diseño y dimensionamiento de los sedimentadores 53

4.3.6. Tanque de filtración 1: con arena y carbón activado 54

4.3.6.1. Criterios de diseño 55

4.3.6.2. Cálculo de diseño y dimensionamiento del filtro de arena y carbón activado 55

4.3.7. Tanque de filtración 2: con carbón activado 56

4.3.7.1. Criterios de diseño 57

4.3.7.2. Cálculo de diseño y dimensionamiento del filtro de carbón activado 57

4.3.8. Proceso de desinfección 58

4.3.9. Tanque de lodos 58

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 60

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA 62

ANEXOS 65

ÍNDICE DE TABLAS

TEMA PÁG.

TABLA 1: Operacionalización de las variables 7

TABLA 2: Límites de descargas al sistema de alcantarillado público. 35

TABLA 3: Preparación de soluciones 39

TABLA 4: Dosificación del coagulante en TEST DE JARRAS 41

TABLA 5: Dosificación de auxiliar de floculación en TEST DE JARRAS 42

TABLA 6: Resultados de la Prueba de Jarra (muestras tomadas por hora) 43

TABLA 7: Resultados de la Prueba de Jarra (muestras tomadas cada media

hora)

43

TABLA 8: Comparación de los Resultados de Laboratorio 44

ÍNDICE DE FIGURAS

PÁG.

FIGURA 1: Proceso de fabricación del chocolate 11

FIGURA 2: Elaboración del chocolate y sus subproductos 12

FIGURA 3: Materia prima. 13

FIGURA 4: Máquina tostadora. 17

FIGURA 5: Máquina descascarilladora. 19

FIGURA 6: Granos triturado nibs y cascarilla 19

FIGURA 7: Maquina premolinos de bola y de piedra. 20

FIGURA 8: Licor en Kibbled. 22

FIGURA 9: Tanque de almacenamiento 22

FIGURA 10: Manteca de cacao. 26

FIGURA 11: Bodega de almacenamiento de producto terminado. 28

FIGURA 12: Pruebas de Tratabilidad con el equipo de TEST de JARRAS 38

FIGURA 13: Equipo TEST DE JARRAS y sus componentes 39

FIGURA 14: Prueba TEST de JARRAS 42

FIGURA 15: Esquema del sistema de tratamiento. 47

FIGURA 16: Controlador de pH - EXTECH 49

FIGURA 17: Dimensiones del tanque de Homogenización 50

FIGURA 18: Relación entre la cámara y el agitador del retro mezclador 51

FIGURA 19: Tanque clarificador 52

FIGURA 20: Tanque de sedimentación 53

FIGURA 21: Tanque filtración 1 54

FIGURA 22: Tanque de filtración 2 57

FIGURA 23: Tanque de lodos 59

1

INTRODUCCIÓN

El agua es el líquido más abundante e importante en la naturaleza, y ha sido el receptor

de muchos desechos resultantes de las diferentes actividades que realiza el hombre;

también es el recurso natural más contaminado, descuidado y desperdiciado debido a

su facilidad con la que es desechada.

No toda el agua que se utiliza en los procesos de producción de las plantas industriales

forma parte del producto terminado, ya que solo una parte de esta agua se consume,

pasando el resto a formar parte del agua residual (efluente).

La necesidad del hombre por el uso de este recurso natural ha generado grandes

consecuencias, la contaminación día a día de masas de aguas es una de las más

importantes, ya que esto genera la disminución de la calidad como la cantidad de este

recurso disponible para el consumo humano y para el medio ambiente.

El agua como elemento importante y vital para la vida debe ser tratada y cuidada, ya

que es considerada como nuestro activo más valioso en la naturaleza.

Las aguas que no se pueden recuperar en los procesos por razones económicas y que se

consideran fuertemente contaminadas deben ser tratadas ya que constituyen un foco de

contaminación de sistemas acuáticos, siendo necesario implementar sistemas de

depuración antes de ser vertidos, como medida preventiva e importante para el cuidado

y conservación de dichos sistemas naturales.

Toda clase de material que entran a planta como materia prima de proceso, se puede

convertir en una fuente de contaminación de las aguas residuales.

Las propiedades físicas, químicas y biológicas que caracteriza a los efluentes

industriales son variados y con una gran complejidad que depende del proceso de

fabricación la industria misma, estas aguas pueden contener: materia en suspensión,

materia coloidal, materia disuelta y sólidos orgánicos, también pueden ser ácidas o

alcalinas, con alta y baja concentración de colorantes, materia inerte, bacterias

patógenas y agentes nocivos.

Si los efluentes industriales son vertidos en un cuerpo hibrido, puede esto provocar

alteraciones en la composición del agua del sistema natural, ya sean físicas, químicas y

biológicas, lo que se puede evitar si dichas descargas son sometidos a sistemas de

depuración.

2

El propósito de este trabajo de titulación es una “DISEÑO DE UNA PLANTA DE

TRATAMIENTO PARA LAS AGUAS RESIDUALES PRODUCIDAS POR UNA

FABRICA DE CHOCOLATE DE EXPORTACIÓN”, ya que el agua residual

industrial es un contaminante de las diferentes fuentes de agua que tiene el medio

ambiente y existe la necesidad de darle un tratamiento apropiado de forma tal que

garantice que se cumpla con los límites de descarga permitidos por la legislación

ambiental ecuatoriana.

3

CAPÍTULO 1

EL PROBLEMA

1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La industria de alimentos en sus procesos de producción y de limpieza, genera grandes

cantidades residuos líquidos, formados generalmente por materia orgánica y otros

elementos que varían de acuerdo al proceso de fabricación de cada industria; dichos

efluentes contaminados reducen la posibilidad de vida acuática y provocando un daño

al ecosistema afectando directamente al ser humano.

El deterioro ambiental es el impacto más visible al verter un efluente contaminado a

un cuerpo hibrido; destruyendo flora, fauna y vida acuática que son fuente de vida y de

alimentación para el ser humano, por estas razones las aguas residuales industriales

deben ser tratados mediante sistemas completos de purificación de dichos efluentes,

garantizando que dichos sistemas sean implementados de acuerdo a la actividad

productiva de las empresas, y así poder cumplir con las normas ambientales

establecidas.

Por lo tanto, en este proyecto se propondrá el diseño de una planta de tratamiento de

las aguas residuales para la industria chocolatera, previa caracterización de sus

efluentes.

1.2. FORMULACIÓN Y SISTEMATIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

1.2.1. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

El proceso de elaboración de chocolate a nivel industrial genera aguas residuales que

provienen principalmente del lavado de equipos y herramientas, presentando

concentraciones elevadas de materia orgánica, residuos industriales y muchos otros,

por lo que estas descargas no cumplen con los límites permisibles señalados en la

normativa ambiental vigente.

Por lo que se plantea que si el sistema propuesto lograra la remoción de estos

contaminantes en el agua residual a tratar.

4

1.2.2. SISTEMATIZACIÓN DEL PROBLEMA

Las descargas de aguas residuales con alto contenido de carga orgánica se debe

principalmente a la falta de implementación de sistemas de producción más limpios

(sistemas de depuración de aguas residuales industriales) en los procesos, así mismo,

se debe también al desconocimiento de las normativas ambientales vigentes y la no

inversión en sistemas de tratamientos de aguas.

1.3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

1.3.1. JUSTIFICACIÓN TEÓRICA

El agua es la sustancia más sencilla y abundante en la naturaliza (biosfera),es un

recurso muy importante e indispensable que forma parte de vida diaria del ser humano;

sirviendo también como abastecimiento industrial, la cual una vez utilizada contiene

gran cantidad de sólidos suspendidos, materia orgánica, microorganismos, metales

pesados y otros componentes, que al ser vertidos en cuerpos híbridos sin un

tratamiento previo provocan un deterioro ambiental, destruyendo su y generando

problemas ambientales a tal grado que el agua queda contaminada e inutilizable.

La manera más efectiva solucionar los problemas de contaminación generados por la

mala disposición de las aguas residuales industriales, es mediante el estudio de los

sistemas de tratamientos a la misma. Dichos tratamientos están conformados por una

serie de procesos tanto físicos, químicos y biológicos, que permiten reducir su carga

contaminante.

Por otro lado y considerando la Constitución del Ecuador, donde se reconoce el

derecho del ser humano a vivir en un ambiente sano y ecológicamente equilibrado, se

declara de interés por la conservación de los sistemas naturales (cuerpos híbridos).

Con estos argumentos es necesario desarrollar este tema “DISEÑO DE UNA

PLANTA DE TRATAMIENTO PARA LAS AGUAS RESIDUALES

PRODUCIDAS POR UNA FABRICA DE CHOCOLATE DE EXPORTACIÓN”,

ya que en el Ecuador, las empresas requieren la aplicación y ejecución de sistemas de

depuración de aguas residuales para sus instalaciones industriales, y en este caso, el

5

proyecto puede encontrar un campo fructífero para su desarrollo dentro del campo del

tratamiento de aguas residuales industriales.

1.3.2. JUSTIFICACIÓN METODOLÓGICA

Aplicación de sistemas apropiados de nuestros y caracterización de aguas residuales

para el diseño de una planta de tratamiento de aguas residuales de una fábrica que

elabora chocolate, controles de procesos y evaluación del sistema.

1.3.3. JUSTIFICACIÓN PRÁCTICA

La cuantificación de los parámetros que sirven para propuesta de diseño de la planta de

tratamiento de aguas residuales se realizará mediante el análisis del agua residual para

caracterizar el efluente que se genera en la industria chocolatera.

Además se realizará una gestión de tratabilidad del agua residual, por medio de la

prueba denominada TEST DE JARRAS, para conocer la dosificación óptima, el tipo

de floculante y auxiliar de coagulación, que se utilizara en el tratamiento final del agua

residual.

1.4. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

1.4.1. OBJETIVO GENERAL

Diseñar un Sistema de Tratamiento para las Aguas Residuales Industriales

provenientes del proceso de elaboración del chocolate, como alternativa de solución a

los efluentes que se generan en el proceso industrial del chocolate, implementando un

sistema de tratamiento físico-químico.

1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Establecer el caudal y la carga contaminante del agua residual generada por la

industria chocolatera.

Determinar las dosis óptimas de coagulante y auxiliar de floculación para el

tratamiento del agua residual generada por la industria.

6

Diseñar la alternativa de solución (planta de tratamiento) a las aguas residuales

de la empresa chocolatera.

1.5. DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

La investigación se delimita dentro del área urbana de la ciudad de Guayaquil,

Ecuador.

1.6. HIPÓTESIS

Con el diseño de la planta de tratamiento de aguas residuales de la industria

chocolatera permitirá a la empresa disminuir la carga contaminante del efluente, y

obtener agua tratada que podrá ser vertida al alcantarillado público, cumpliendo con la

normativa ambiental vigente para dichas descargas.

1.6.1. VARIABLE INDEPENDIENTE

Tiempo de retención hidráulica.

Cantidad de floculante y coagulante.

1.6.2. VARIABLE DEPENDIENTE

Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO)

Demanda Química de Oxígeno.

Sólidos sedimentables.

Sólidos Suspendidos Totales.

Sólidos Totales.

7

1.6.3. OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES

TABLA 1: OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES

Parámetros Expresado

como Unidad

Límite máximo

permisible

ACEITES Y GRASAS Solubles en

hexano mg/l 70.0

Demanda Bioquímica de Oxígeno (5 días) DBO5 mg/l 250.0

Demanda Química de Oxigeno DQO mg/l 500.0

Potencial de Hidrógeno pH 6-9

Sólidos Sedimentables SS mg/l 20.0

Solidos Suspendidos Totales SST mg/l 220.0

Sólidos totales ST mg/l 1600.0

Temperatura °C < 40

(MINISTERIO DEL AMBIENTE, 2015)

Solución Unidad Dosis Equipo

Coagulante PAC (Policloruro de Aluminio) mg/l 300 Test de Jarras

Auxiliar de floculación Poliacrilamida mg/l 1,5 Test de Jarras

(ELABORADO POR: LÓPEZ VACA EDUARDO RENÁN)

8

CAPÍTULO 2

MARCO REFERENCIAL

2.1. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN

El agua, motor de desarrollo y fuente de riqueza, es un derecho como una

responsabilidad, se ha constituido como uno de los pilares primordiales para el avance

del ser humano, tiene valor económico, ambiental y social.

El agua es un recurso natural necesario e indispensable para cualquier forma de vida en

la naturaleza, pero se ha conducido a un deterioro de este recurso debido al aumento de

la oferta del agua como herramienta de impulso económico, mayor nivel de

contaminación y una sobre explotación de los cuerpos híbridos. Esto ha provocado un

cambio en los planteamientos de las políticas sobre el agua, evolucionando desde una

simple satisfacción, hacia una gestión de protección y calidad del recurso como

garantías para un abastecimiento futuro y de desarrollo sostenible para futuras

generaciones.

En la actualidad, se introduce un nuevo enfoque sobre los recursos hídricos,

estableciendo que agua es un derecho fundamental e irrenunciable, esencial para la

vida; y que el Estado a través de la autoridad única del agua, será el responsable

directo de la gestión y organización de los recursos hídricos en el país.

Se debe establece que el agua es uno de los sectores más importantes, de control

exclusivo del Estado, al que corresponde administrar, regular, fiscalizar y gestionar, de

conformidad con los principios de sostenibilidad ambiental, precaución, prevención y

eficiencia.

Las empresas de la ciudad de Guayaquil, en especial las fábricas de productos que

generen efluentes industriales, y estos tienen la obligación de cumplir con la

Normativa Ambiental vigente en la República del Ecuador, la cual establece que

citados efluentes deben recibir un tratamiento previo a su descarga hacia el sistema de

alcantarillado sanitario, esto con el propósito de reducir la carga contaminante propia

de las actividades industriales. El presenta trabajo de titulación se basa en la necesidad

de este cumplimiento por parte de una empresa cuya actividad productiva es la

fabricación de chocolate y sus efluentes se descargan de manera directa al sistema de

alcantarillado.

9

2.2. MARCO TEÓRICO

A continuación se presenta información básica referente a las aguas residuales. Los

aspectos a considerar en este capítulo son: definición, clasificación, origen,

características físicas, químicas y biológicas, métodos de depuración de aguas

residuales. Además, se presenta información sobre la industria chocolatera, enfatizando

el proceso de fabricación de chocolate, las fuentes de los residuos, las características de

las aguas residuales y los métodos de tratamientos.

2.2.1. AGUAS RESIDUALES: DEFINICIÓN

Las aguas residuales se pueden definir como aquellas que resultan de la utilización del

agua natural en un uso determinado; son aguas cuya composición desde el punto de

vista físico, químico y microbiológico ha sido alterada; estas aguas cuando se

descargan se denominan vertidos.

Dentro de este concepto se incluyen aguas con diversos orígenes:

AGUAS RESIDUALES URBANAS: provienen de la contaminación de

núcleos urbanos como: servicios domésticos y públicos, limpieza de locales y

drenado de aguas pluviales.

AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES: proceden de las fábricas y

establecimientos industriales, en cuyo proceso de producción, transformación o

manipulación se utiliza el agua.

2.2.2. AGUA RESIDUAL INDUSTRIAL

Agua de desecho generada en las operaciones o procesos industriales. Las aguas

residuales industriales son variables, de una industria a otra, en cuanto a

composición y caudal, son más contaminadas que las aguas residuales urbanas, con

un grado de contaminación alto que es difícil de eliminar.

Dentro de cada industria el agua de abastecimiento, que se utiliza principalmente en:

proceso de producción, limpieza de equipos y materiales, aguas de refrigeración y

calefacción, se trasformará en un gran porcentaje en agua residual industrial. Dicho

10

efluente varia, dependiendo del tipo de producción y proceso industrial, haciendo

que el tratamiento de dichas aguas residuales sea complicado, por lo cual se necesita

un estudio específico para cada caso. (Romero, 1999)

2.2.3. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS, QUÍMICAS Y BIOLÓGICAS DEL

AGUA RESIDUAL.

COMPONENTES DE LAS AGUAS RESIDUALES

La caracterización del agua residual depende de la composición tanto física, como

química y biológica.

En el Anexo 1 (CARACTERÍSTICAS FÍSICAS, QUÍMICAS Y BIOLÓGICAS

DEL AGUA RESIDUAL Y SU PROCEDENCIA) se detalla las principales

propiedades del agua y su procedencia. Muchos de estos parámetros se encuentran

relacionados entre ellos.

2.2.4. CONTAMINANTES DE IMPORTANCIA EN EL TRATAMIENTO

DEL AGUA RESIDUAL

Los tratamientos secundarios se basan en los porcentajes de eliminación de la materia

orgánica, sólidos en suspensión y patógenos presentes en los efluentes. Si se desea

reutilizar esta agua, la normativa exige la eliminación de compuestos orgánicos

refractarios, metales pesados, hasta sólidos inorgánicos disueltos.

Los principales contaminantes que podemos encontrar en el agua residual son:

Sólidos en suspensión

Materia orgánica biodegradable

Patógenos

Nutrientes

Contaminantes prioritarios

Materia orgánica refractaria

Metales pesados

11

Sólidos orgánicos disueltos

En el Anexo 2 se detalla la razón importante por la que estos contaminantes deben ser

tratados antes de verter el agua residual a un cuerpo híbrido.

2.2.5. MÉTODOS ANALÍTICOS

Para caracterizar un agua residual se tienen que emplear métodos de análisis

cuantitativos (gravimétricos, volumétricos o fisicoquímicos) para determinar su

composición química; y métodos de análisis cualitativos para conocer sus

componentes físicos y biológicos.

2.2.6. DETALLE DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE CHOCOLATE

El cacao en grano y el triturado de cacao son transportados desde las diferentes

provincias de Ecuador hasta las instalaciones de la empresa, en sacos de cabuya, de

yute o sacos plásticos (triturado), en presentaciones entre 150 – 160 lbs.

FIGURA 1: PROCESO DE FABRICAIÓN DEL CHOLATE

(LATIALI S.A. , 2014)

12

FIGURA 2: ELABORACIÓN DEL CHOCOLATE Y SUS SUBPRODUCTOS.

(INDUSTRIA CHOCOLATERA)

2.2.7. RECEPCIÓN DEL CACAO EN GRANO Y TRITURADO

El cacao en grano y el triturado son transportados en camiones en presentación de

sacos que luego son descargados y colocados en pallets para ser pesados. La descarga

se realiza de forma manual con personal que baja cada saco y lo coloca en el pallet,

13

para luego colocarlos en la báscula que pesa el pallet. El departamento de Comercio

Exterior de la empresa registra el ingreso del camión en lote y lo digita en el sistema de

transacciones que manejamos internamente, así también durante la descarga se informa

al departamento de Control de Calidad mediante correo interno, para realizar el

muestreo para el análisis respectivo.

FIGURA 3: MATERIA PRIMA.


2.2.8. CACAO EN GRANO

Una vez pesado este es transportado por medio de montacargas manuales hasta la

bodega donde es almacenado, allí el supervisor de calidad realiza la toma de la

muestra, en la cual se realizan los siguientes análisis: porcentaje de humedad,

porcentaje de impurezas (granos de cacao no aptos e impurezas), análisis de corte

(porcentaje de pizarrosos, porcentaje picados, presencia de hongos, porcentaje de

violáceos y porcentaje de fermentación del grano), determinación de aflatoxinas y

pesticidas, esto acorde procedimiento detallado de análisis al cacao en grano y

triturado y plan HACCP. Los resultados obtenidos luego del análisis son ingresados en

un sistema de software, en el mismo que se indicará si dicho lote es o no aprobado por

los criterios de los parámetros de calidad de calificación de cacao que pueden ser

revisados en el sistema solo con autorización de la gerencia general.

14

2.2.9. TRITURADO DE CACAO

En el caso del triturado, los procedimientos que se le dan al comienzo de la etapa de la

recepción son los mismos que en el cacao en grano (desembarque, pesado); los análisis

realizados son los siguientes: porcentaje de humedad y porcentaje de impurezas,

determinación de aflatoxinas y análisis de pesticidas (procedimiento y parámetro de

control igual que el cacao en grano) los mismos que son ingresados en la plantilla

software del sistema el cual es diferente al del cacao en grano. Los porcentajes de

humedad e impurezas establecidos para el ingreso del triturado deben ser como

mínimo 3% y máximo 30% respectivamente. Dependiendo del porcentaje de humedad

del triturado.

2.2.10. ALMACENAMIENTO 1

Una vez aprobado el ingreso a la empresa el cacao en grano como el triturado son

almacenados en las bodegas cuyo lugares han sido previamente designados para la

colocación de los distintos tipos de cacao así como los destinos que se van a dar, para

luego pasar a la siguiente etapa de secado, en caso de ser necesario. Los pallets

utilizados para la colocación de la materia prima deben mantenerse limpios y en buen

estado, dentro de esta etapa existen peligros que deben ser controlados. En el triturado

esta es la etapa previa a la limpieza que es realizada en la descascarilladora.

2.2.11. SECADO DEL GRANO Y DEL TRITURADO

Esta es una etapa que se hace en el caso de que el cacao en grano destinado al proceso

dentro de planta resulte tener en el momento de su ingreso un porcentaje de humedad

mayor al 8% después del análisis y mayor a 7% si es destinado para exportación, este

será sometido a un proceso de secado, cuyo objetivo principal es la disminución del

porcentaje de humedad a fin de disminuir la incidencia de la proliferación de mohos en

el grano y a la vez disminuir el riesgo debido a la presencia de hongos productores de

la alfatoxinas B1, B2, G1 y G2, luego de lo cual se realiza nuevamente un análisis de

humedad el mismo que es registrado en el Registro de Humedad del cacao después del

secado para luego ser liberado para la producción o almacenamiento.

15

Los lotes de cacao son secados hasta bajar su porcentaje de humedad a un 9.5% en el

caso que fueran a ser utilizados inmediatamente para la producción. Cuando los lotes

de cacao son secados para su posterior almacenamiento en la bodega, el porcentaje de

humedad no debe estar por encima del 8% luego del secado. El cacao destinado para la

exportación debe tener un porcentaje de humedad máxima del 7%.

2.2.12. ALMACENAMIENTO 2

Una vez secado el grano de cacao con 8% de humedad pasará al almacenamiento 2 en

el espacio designado para su colocación en bodega, esta etapa se cumplirá siempre y

cuando haya un stock de cacao en la bodega. Los riesgos controlados dentro de esta

etapa son los mismos que los del almacenamiento 1.

2.2.13. LIMPIEZA

En esta etapa existen dos limpiadoras que separan las impurezas presentes en el grano

de cacao que ingreso de bodega los sacos de cacao son depositados en una banda la

cual los transporta a una tolva que descarga su contenido a un gran depósito, donde

sigue siendo conducido por medio de cangilones quienes elevan el producto hasta un

conducto el cual desemboca en una zaranda vibratoria, la misma que es limpiada por el

operador para de esta manera evitar la proliferación de la carga microbiana del

producto(ver instructivo de limpieza de las limpiadoras) y se haya provista de mallas

de diferentes medidas, y por flujo de aire, es decir funciona como un Separador de

Tamaño, separando así, el cacao pelota, el quebrado, ramas, cascarillas sueltas entre

otro tipo de impurezas, luego se encuentran unas magnetos rotativas, que atrapan

materiales ferrosos.

El cacao cae a otra banda transportadora la cual lo conduce hacia el tostador; en el

proceso uno de los riesgos que se pudieran presentar es la presencia de humedad en el

área, para lo cual se realiza una limpieza en seco que es controlada por la supervisora

de calidad los diferentes puntos de esta etapa en los que pudieran presentarse algún

riesgo son controlados por la aplicación de las BPM y soportados por los sistemas

SSOP.

16

En el cacao para exportación la limpieza y la clasificación es realizada en una maquina

limpiadora y clasificadora ubicada en el área de las bodegas de almacenamiento.

Durante esta etapa el operario debe estar protegido con mascarilla debido a la gran

cantidad de polvo que se produce en el área en el momento de la limpieza del grano,

así como también la revisión y el control llevado a cabo durante la etapa con la

finalidad de evitar la caída de objetos extraños al producto, el analista de Control de

Calidad es el encargado de la revisión de los sacos durante el envasado del producto.

Para mayor detalle de los riesgos controlados. En el caso del triturado del cacao el

proceso de limpieza es realizado en las descascarilladora debido a que el cacao ya se

encuentra roto, esto es con la finalidad de separar la mayor cantidad de impurezas, de

ser necesario se realiza nuevamente la limpieza.

2.2.14. REMOJO POR INMERSIÓN (APLICABLE EN EL TRITURADO DE

CACAO)

Una vez limpio el triturado se procede a la siguiente etapa de remojo con la finalidad

de humedecer un poco el triturado que generalmente llega muy seco, el mismo que es

realizado por inmersión luego de lo cual pasa a la siguiente etapa denominada Oreado.

2.2.15. OREADO (APLICABLE EN EL TRITURADO DE CACAO)

Es la etapa posterior al remojo para eliminar el exceso de agua en el triturado.

2.2.16. TOSTADO (APLICABLE PARA CACAO EN PROCESO Y

TRITURADO)

Esta etapa consta de dos tostadores cuya función es reducir la humedad hasta un

máximo del 2% para facilitar el descascarillado, y que es verificado mediante el

análisis físico químico de determinación de humedad realizado a cada tostador, para

más detalle de la frecuencia y método de análisis. El tiempo de tostado va a depender

directamente de la humedad con la que se encuentre el Cacao. Si éste está húmedo (8.5

- 9.5%) se le da un tiempo de 9 a 11 minutos. Si por el contrario se encuentra muy seco

(6 - 8%) este proceso dura de 6 a 7 minutos. Se tienen tres tipos de tostados, de

acuerdo a los requerimientos del cliente:

17

Tostado bajo (130 -135 °C)

Tostado medio (140 - 145 °C)

Tostado alto (150 - 155 °C).

La temperatura de tostado normal oscila entre 145 °C y 155 °C. Estos controles de

temperatura son críticos en el proceso y dentro del análisis de peligros a esta etapa y

estos análisis se los determina PCC debido a que la carga microbiana con que el cacao

se encuentra podría ser un riesgo significativo de inocuidad debido a la presencia de

microorganismos xerófilos, enterobacterias, que podría influir en defectos de calidad

(acidez), así como un riesgo en la seguridad alimentaria.

La capacidad de la planta es de una tonelada métrica, y de tipo parilla. Cada parilla

carga 110 Kilos, en la tercera parrilla de este equipo se halla un termómetro para

control y monitoreo de la temperatura del tostado, la misma que es asentada en el

registro de Control de la Temperatura en los tostadores cuyo responsable es el operado.

FIGURA 4: MÁQUINA TOSTADORA.


El aire caliente para el tostado es generado por dos extractores que tomando el aire del

exterior, pasa a través de los serpentines calentados por vapor, atraviesa las parrillas de

tostación y se descarga al exterior después de remover la humedad del cacao. Luego a

través de un Soplador el cacao es conducido a un Silo de Almacenamiento.

18

2.2.17. DESCASCARILLADO (APLICABLE EN CACAO PARA PROCESO)

Del silo de alimentación el cacao ingresa al rompedor, que es un cilindro metálico

consistente de una turbina central que por fuerza centrífuga tira los granos contra unas

placas metálicas (martillos) fijadas en la pared del cilindro donde se rompen. El cacao

quebrado junto a su cáscara cae sobre una zaranda inclinada con vibración, con tamices

de diferente abertura. Cada sección de la zaranda tiene un control de flujo de aire para

regular el caudal necesario para arrastrar la cascarilla presente en el nib.

El nib libre de cascarilla es recogido por medio de un sin fin para descargarlo en una

válvula rotatoria que lo dosifica a un soplador para enviarlo a la siguiente etapa que es

la molienda. El objetivo del descascarillado en el proceso normal del cacao en grano,

es eliminar la cáscara presente en las habas de cacao a un rango de máximo 2.5% de

cascarilla en el nibs, el mismo que es determinado y verificado mediante el análisis de

determinación de cascarillas y nibs.

El cacao ya roto, cae a una zaranda con mallas de diversos diámetros desde el diámetro

más pequeño hasta el más grande, a través de las cuales pasa el nib y la cascarilla

queda retenida en las mallas. A la salida de la descascarilladora se encuentran 7

boquillas por las cuales cae el nibs de acuerdo al diámetro de las mallas; las boquillas

se encuentran cubiertas por un material acrílico transparente con la finalidad de evitar

la posible contaminación del nibs una vez tostado, así como también la contaminación

debido a la falta de limpieza del equipo para lo cual también se mantiene una limpieza

periódica del equipo llenado por el operario y registrado por el supervisor de

producción.

Cada descascarilladora posee un ventilador que absorbe la cáscara y la separa del nibs.

El nib cae hasta un sinfín que lo conduce a través de un Soplador que lo envía hasta

otro Silo. El nib que fue retenido por las mallas debido a que su diámetro aún es muy

grande, es nuevamente llevado hasta el Rompedor por un conducto de retorno. En el

caso de la producción de nibs de cacao esta etapa es una de las últimas etapas.

19

FIGURA 5: MÁQUINA DESCASCARILLADORA.


FIGURA 6: GRANOS TRITURADO

NIBS Y CASCARILLA.


2.2.18. PREMOLIENDA

En esta etapa del proceso se muele el nib para transformarlo en licor de cacao pero con

una finura demasiado baja por lo cual tiene que pasar por otros procesos de molienda,

se lo realiza en los dos pre-molinos los cuales se vacían cada 15 a 20 minutos (cada

uno) y tienen una capacidad de 500 Kg/h cada molino, con flujo continuo estos son

molinos de platos y pines que van a dar una finura del 88 - 92% al licor de cacao. El

licor tiene una textura pastosa y gruesa.

20

Luego de esta premolienda el licor es depositado en un tanque Pulmón provisto de un

agitador que mantiene en constante movimiento al mismo. En esta etapa se realiza el

análisis de finura con una frecuencia de una vez al día con la finalidad de verificar la

eficiencia del equipo.

2.2.19. MOLIENDA (APLICABLE PARA CACAO DE PROCESO)

La función de la molienda es el aumento de la finura, del tanque Pulmón el licor es

conducido hasta los molinos. Existen dos equipos llamados Drais y Caotech; estos son

molinos de Bolas, que dejan al licor con una finura del 97 y 98% como mínimo

respectivamente, para lo cual se realiza el análisis de determinación de la finura con el

objetivo de la verificación de la eficiencia del equipo.

El licor es descargado hasta el tanque pulmón del molino (Drais) ya más fino; y vuelve

a entrar al siguiente molino (Caotech) luego pasa hasta otro tanque cuya parte superior

tiene mallas que retendrán cualquier bola perteneciente a los molinos para finalmente

ser transportado a través de tuberías a los tanques de esterilización. En el caso que el

licor no llegue a la finura adecuada (cercana al 99 %), al analista reporta al supervisor

para que se dé una o dos remoliendas hasta lograr que el porcentaje de finura cumpla

los parámetros establecidos y continuar con la posterior etapa de esterilización, entre

otro de los análisis realizados al licor durante esta etapa tenemos porcentaje cenizas,

porcentaje de grasa y potencial de hidrógeno.

FIGURA 7: MAQUINA PREMOLINOS DE BOLA Y DE PIEDRA.


21

El número de moliendas están determinadas por el porcentaje de finura obtenido

cuando el tanque de licor esté lleno en 3/4 partes antes de terminar la molienda. Si el

resultado del porcentaje de finura es reportado una vez comenzada la esterilización y

aún no llegara a cumplir los parámetros, se reprograma la esterilización para continuar

el proceso de remolienda.

Un caso especial es el licor maquila Vintage, el cual no se esteriliza debido a las

numerosas remoliendas efectuadas para la obtención de una finura superior, alrededor

del 99,9% para lo cual el analista de microbiología realiza el seguimiento de dicho

tanque mediante la determinación de microorganismos aerobios, los resultados de

dichos análisis al igual que los análisis físico químico son ingresados en la plantilla del

software en el sistema y es utilizado para la producción de tabletas semiamargas en la

planta de chocolatería.

2.2.20. ESTERILIZACIÓN (APLICABLE EN LICOR TEMPERADO, NO

TEMPERADO Y EN KIBBLED)

La finalidad de este proceso térmico es la disminución de carga microbiana que aun

llegase hasta esta etapa. Esta etapa del proceso es un PCC debido a que es la última

etapa en la que se puede controlar la disminución de la carga microbiana por la

aplicación de altas temperaturas. El licor se esteriliza durante 15 horas, luego de llegar

a los 100 °C, pudiendo llegar hasta los 120 °C dentro de los Tanques Esterilizadores

que poseen agitadores. Esto se logra debido a que se encuentran recubiertos por

camisas por donde circula aceite a temperatura de 120 a 130 °C.

Al igual que en los premolinos se realiza también el análisis de finura, potencial de

hidrógeno, grasa, cenizas y humedad cuando el tanque está lleno en unas 3/4 partes

antes de la esterilización con una frecuencia de una vez por cada tanque. En esta etapa

del proceso el analista de microbiología también toma una muestra con el objetivo de

verificar que la esterilización se haya llevado a cabo de manera adecuada, logrando así

una baja en la carga microbiana, entre los análisis microbiológicos realizados en esta

etapa se encuentra la determinación de microorganismos aerobios. Una vez culminada

la esterilización el licor puede tener diferentes presentaciones: licor no atemperado,

licor temperado en cajas, licor en Kibbled.

22

FIGURA 8: LICOR EN KIBBLED.


2.2.21. ALMACENAMIENTO DE LICOR EN TANQUES Y GRADUACIÓN

En el caso de ser destinado para envasarse como licor no temperado, el licor una vez

esterilizado es bombeado al tanque horizontal de transferencia (tanque cuadrado) para

luego pasar a la siguiente etapa de envasado. Cuando el licor es destinado para la

producción de kibbled o licor en bloques, el licor contenido en el tanque de

esterilización es bombeado hacia los tanques de almacenamiento de licor (localizado

en el área de los decantadores y clarificador) para luego pasar a la etapa de temperado.

En el caso de destinarse el licor para la elaboración de torta, este se procederá a

transportar hacia los tanques de graduación por medio de un sistema de tuberías que no

son más que tanques que contienen una cargada para la prensa y cumplen la función de

homogenizar y calentar el licor previo a la alimentación de las prensas. El destino de

producción de cada tanque está indicado en la cartilla de producción en cada tanque de

licor.

FIGURA 9: TANQUE DE ALMACENAMIENTO


23

2.2.22. TEMPERADO (LICOR EN KIBBLED Y EN BLOQUES)

2.2.22.1. LICOR EN BLOQUES (TEMPERADO)

El licor esterilizado es bombeado por medio de tuberías hacia los tanques de

almacenamiento para posteriormente ser bombeado a la temperadora y envasado en

cajas de cartón de 30 kilos. De todas las etapas que pertenecen a este proceso, existen

peligros que se deben controlar tales como contaminación por mala limpieza del

equipo o maquinaria el cual queda controlado por la SSOP 2.

2.2.22.2. LICOR EN KIBBLED

El licor luego de ser bombeado a la atemperadora es transportado por un sistema de

tuberías hacia el túnel de enfriamiento que consta de varias boquillas a la entrada que

son reguladas manualmente para la dosificación en la banda transportadora. El túnel

consta de 8 cámaras de enfriamiento cuya temperatura interna oscila entre 10 y 12 °C.

En esta etapa se realiza un control visual sobre el temperado final del producto con la

finalidad de evitar problemas de calidad al finalizar el proceso.

2.2.23. PRENSADO (APLICABLE PARA TORTA, POLVOS Y MANTECA)

Este proceso se lo realiza para obtener Manteca y Torta a partir del Licor de Cacao

luego de que el tanque una vez esterilizado haya sido destinado para prensar y es la

etapa posterior al almacenamiento en los tanques de graduación en la elaboración de

torta, polvos (natural y alcalino) y manteca. La temperatura en estos Tanques es

elevada hasta 90 a 95°C para facilitar la extracción de la manteca en la prensa. El licor

entra a la Prensa formada por 12 filtros y un gran Pistón que trabaja a 500 bares (7350

lb/pulg2). De presión; donde por medio de la presión ejercida sobre el licor, la manteca

es extraída, los sólidos son retenidos por filtros de mallas metálicas para formar lo que

se llama la torta.

Este proceso se lo realiza para conseguir que el contenido de grasa residual en la torta

cumpla los requerimientos del cliente, en un tiempo que varía de acuerdo al peso de

grasa extraída que depende de la condición mecánica de las prensas y que puede estar

24

entre 20 y 35 min. Luego de lo cual se obtiene por la parte lateral de la prensa manteca

de cacao, y por descarga de los filtros de la prensa, la torta de cacao. Aquí se toma

muestra determinar el porcentaje de grasa y la eficiencia de las bombas de presión, así

como también se realiza el control de cambio de filtros y felpas en prensas con la

finalidad de verificar la limpieza y cambio de las felpas, ya que este es un riesgo

controlado debido a la posible contaminación cruzada que podría darse por la falta de

limpieza de las bandejas de las prensas, la misma que es controlada mediante

hisopados en las superficies de contacto con el alimento.

2.2.24. ROMPEDOR 1 (APLICABLE AL PROCESO DE TORTA)

Una vez terminada la prensada, la torta cae en las bandejas de las prensas y por medio

de un sistema de vibración, la torta es transportada hacia la banda la misma que luego

la transporta hacia el rompedor, compuesto por un eje con brazos de unos 10

centímetros, el eje gira mientras que los brazos rompen la torta, está ya rota en pedazos

es transportada por medio de un sin fin para posteriormente pasar a la siguiente etapa.

2.2.25. ALMACENAMIENTO DE TORTA EN SILO

Luego que la torta es rota, esta es trasladada por medio de un sin fin hacia el silo de

almacenamiento, el cual es temporáneo ya que una vez depositada la torta luego de su

rotura es envasada. El silo que está provisto de dos imanes (entrada y salida) con la

finalidad de evitar que materiales ferrosos puedan pasar al producto, y de esta manera

disminuir un riesgo que pueda afectar la inocuidad del producto final, estos imanes son

controlados mediante la limpieza realizada con una frecuencia de cada 3 horas durante

el proceso (Ver registro de material extraño en el rompedor). Si la torta ha sido

destinada para su venta como tal, es envasado luego de esta etapa. Si es destinada para

polvo entonces pasará a la etapa posterior del rompedor 2.

2.2.26. ROMPEDOR 2 (APLICABLE A LOS POLVOS)

Esta es la etapa posterior al envasado aplicable en la torta, luego que la torta haya sido

destinada para su pulverización, ya sea como polvo natural o alcalino y consiste en la

rotura de la torta en trozos más pequeños en el mismo que manualmente la torta es

25

depositada desde los sacos que continua triturándola . En esta área esta es un área seca

que debe ser controlada en cuanto a humedad se refiera para de esta manera evitar la

contaminación del producto por hongos debido al exceso de humedad, para mayor

detalle de la limpieza y frecuencias de limpieza.

Para la elaboración del polvo alcalino se la agrega carbonato de potasio al momento

del vaciado de las fundas de torta al segundo rompedor, con la finalidad de obtener un

potencia de hidrógeno de acuerdo a los requerimientos del cliente para lo cual

generalmente se agrega entre 1100 y 1200 gramos a cada funda de 35 Kg. para lo cual

se lleva un registro de agregado de carbonato en el polvo alcalino, cuyo responsable es

el operador y archivado por el supervisor de la producción.

2.2.27. SILO (APLICABLE EN POLVOS)

Luego que la torta es triturada en el segundo rompedor, seguidamente es conducida por

otro tornillo sinfín hasta un silo donde ésta cae a un cangilón que lo eleva al

pulverizador.

2.2.28. PULVERIZACIÓN (APLICABLE EN POLVO NATURAL Y

ALCALINO)

En esta etapa la torta ya casi molida luego de haber pasado por el segundo rompedor,

cae al molino (de platos y pines) los mismos que completan su pulverización, molida

se conduce vía neumática hasta un ciclón, el aire proporcionado por el soplador hace

que las partículas gruesas sean separadas y son elevadas hasta un sinfín que las regresa

al molino, en cambio, las partículas finas pasan a otro ciclón para luego pasar a la etapa

posterior de envasado. En esta etapa también se lleva un control de la limpieza del

imán con una frecuencia de cada tres horas durante el tiempo que dure el proceso, el

mismo que está ubicado en la caída del pulverizador con la finalidad de evitar que

materiales ferrosos puedan pasar al producto final, y de esta manera disminuir un

riesgo que pueda afectar la inocuidad del producto final, este imán son controlados

mediante la limpieza realizada con una frecuencia de cada 3 horas durante el proceso.

26

2.2.29. ALMACENAMIENTO EN DECANTADORES

La manteca una vez extraída de las prensas, es conducida hacia los Tanques de

Decantación donde permanecen 8 horas en reposo. El llenado completo de estos

tanques puede durar hasta 8 horas (cada prensada llena el tanque unos 9 centímetros.).

Una prensa en promedio alcanza 75 kilos de manteca. De los tanques decantadores la

manteca pasa al filtro prensa, que es un equipo de operación manual compuesto de

platos y marcos donde es colocado el papel filtro (51 unidades). Luego que los platos

se comprimen, la manteca es filtrada y es conducida a través de tuberías hasta los

Tanques de Almacenamiento. En este estado se le realiza a la manteca el análisis físico

de acidez, en el cual el resultado no debe exceder al 1.75%, caso contrario se deberá

añadir al tanque carbonato hasta la regulación de la acidez.

FIGURA 10: MANTECA DE CACAO.


2.2.30. CLARIFICADOR (APLICABLE EN LA MANTECA)

Luego que el tanque decantador se encuentra lleno, la manteca es pasada a través de un

sistema de filtros con la finalidad de aclararla y dejarla libre de sólidos, luego de lo

cual se le realizan los respectivos análisis de acidez y humedad, en caso que la acidez

esté fuera de parámetros, se comunica al supervisor el mismo que es el encargado de

dar la orden de mezclar el tanque de acidez elevada con otro tanque que esté dentro de

parámetros en la acidez, con la finalidad de regular la acidez final o para agregar

27

carbonato hasta que el tanque baje el porcentaje de acidez y pueda pasar a la siguiente

etapa de atemperado.

2.2.31. ENVASADO (APLICABLE A TODOS LOS PROCESOS)

En el caso del envasado de los nibs estos son tomados directamente de la

descascarilladora a través del sinfín, colocando los sacos a la salida cuya presentación

es en fundas de papel Kraf de 30 kilos. En el caso de la torta, dependiendo de lo que

requiera el cliente la torta es entregada en pedazos y envasada en fundas de papel Kraft

con presentaciones de 30 y 35 kg.

Un punto crítico de control es en la etapa de envasado en que el material de empaque

puede ser considerado en algún momento como un punto estricto a controlar a través

de revisiones y auditorías a sus proveedores.

El licor no atemperado es bombeado al tanque cuadrado envasándose en

presentaciones de fundas de polietileno de alta densidad y caja de cartón corrugado de

30 kilos o puede ser bombeado hacia los tanques de almacenamiento de licor así como

también cuando el licor es destinado para atemperar en bloques o como licor en

kibbled, para luego ser envasado, en presentaciones de fundas de polietileno de alta

densidad y caja de cartón corrugado. de fundas de papel Kraf de 30 Kg y en el caso del

licor atemperado en bloques este es envasado en cajas de cartón de 30 kg esta etapa es

controlada mediante análisis microbiológicos en las manos de los operarios el análisis

realizado es el conteo de entero bacterias.

Luego del atemperado la manteca es envasada en fundas de polietileno de alta

densidad y caja de cartón corrugado. En los polvos el envasado es realizado en fundas

de 25 y 30 kg. Las mismas que son revisadas durante el proceso de llenado con el

objeto de controlar los posibles riesgos físicos que podrían presentarse. En todos los

productos se lleva un control de la revisión de todos los pallets de cada lote,

independientemente del producto que sea.

28

2.2.32. ALMACENAMIENTO (APLICABLE A TODOS LOS PRODUCTOS)

Una vez envasados los productos, estos son almacenados en la bodega de producto

terminado, las condiciones de almacenamiento deben ser un lugar fresco o a

temperatura ambiente, y sin presencia de humedad.

FIGURA 11: BODEGA DE ALMACENAMIENTO

DE PRODUCTO TERMINADO.


2.3. MARCO CONCEPTUAL

2.3.1. TIPOS DE SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS

RESIDUALES

El termino tratamiento de aguas residuales encierra a un conjunto de opresiones

unitarias: físicas, químicas y biológicas, con la finalidad de reducir o eliminar la

contaminación y características no deseables del agua, ya sean estas naturales,

residuales o de abastecimiento.

Las aguas residuales no pueden ser vertidas a un cuerpo hibrido sin previo tratamiento,

siendo estos, procesos complejos que requieren una evaluación del efluente para su

caracterización, lográndose mediante diversas técnicas de mediciones físicas, químicas

y biológicas (determinación del contenido de sólidos, demanda bioquímica de oxígeno,

demanda química de oxígeno y pH).

29

El tratamiento o depuración de las aguas residuales tuvo su importancia a principios del

año 1970, debido a la precaución generada en el mundo sobre este problema, de la

contaminación del hombre al medio amiente.

La contaminación ambiental es un problema muy serio, y su corrección no es un

problema técnico de mucha dificultad, el conocimiento básico para poder resolver dicho

problema está ya a disposición del ser humano.

El diseño de plantas depuradoras ha evolucionada enormemente en los últimos años,

teniendo una base científica sólida.

(http://www.monografias.com/trabajos12/contagua/contagua.shtml)

(http://www.teorema.com.mx/articulos.php?id_sec=42&id_art=1542)

2.3.1.1. POR TIPO DE PROCESO:

PROCESOS FÍSICOS: son aquellos donde se emplea las fuerzas físicas para el

tratamiento del agua residual. Estas operaciones duran todo el proceso y son

exclusivas de las operaciones de pretratamiento. (Sans, 1999)

Principales procesos físicos:

Desbaste

Dilaceración

Evaporación

Homogenización de caudales

Mezclado

Floculación

Sedimentación

Flotación

Filtración

PROCESOS QUÍMICOS: Aplicación de productos químicos para la

eliminación de los contaminantes del agua residual. Precipitación, adsorción y

desinfección. Estos se utilizan generalmente junto a operaciones físicas y

biológicas (Sans, 1999).

Principales procesos químicos:

Adsorción

Desinfección

30

Ozono

Decloración

Precipitación química

Transferencia de gases

Separación de amoniaco mediante arrastre con aire eliminación de

sustancias disueltas

Intercambio iónico

Osmosis inversa

Ultrafiltración

PROCESOS BIOLÓGICOS: tratamiento secundario que tiene como misión la

eliminación de solidos coloidales no sedimentables (decantación primaria), la

coagulación y estabilización de la materia orgánica. Se utiliza microorganismos

como bacterias, que transforman los nutrientes en diversos gases y tejido celular

(más denso que el agua). Este tratamiento puede diferenciarse según el tipo de

efluente a tratar. (Sans, 1999)

Principales procesos de tratamiento biológico:

Según tipo de microorganismo:

Procesos aerobios

Procesos anaerobios

Procesos anóxicos

Combinación de los procesos anteriores.

Según los microorganismos:

Cultivos en suspensión

Cultivo fijo

Combinaciones de los anteriores.

Microorganismos utilizados:

Bacterias

Hongos

Algas

31

Protozoos

Rotíferos

Crustáceos

Virus

2.3.1.2. POR EL GRADO DE TRATAMIENTO:

PRETRATAMIENTO

Los efluentes se caracterizan por contener una gran cantidad de sólidos (latas, botellas,

plásticos, trapos, etc.), dichos materiales tienen que ser eliminados eficazmente para

evitar averías en los equipos que forman parte del sistema de depuración.

También se encuentra la presencia de aceites y grasas de todo tipo; los cuales tienen que

ser reducidos o aminorados en el pretratamiento, y así evitar que el rendimiento del

sistema de depuración decaiga, lo cual provocaría que se obtenga un efluente de baja

calidad.

Por lo tanto los Pretratamientos son importantes, ya que si estos no se implementan se

tendría un rendimiento bajo del sistema de tratamiento.

En el pretratamiento se utilizan operaciones físicas y mecánicas para la separación de la

mayor cantidad de residuos que por su tamaño y naturaleza pueden generar problemas

de obstrucción, roturas de equipos, etc., en los tratamientos posteriores. Estas

operaciones dependen de la procedencia del agua residual, de la calidad del agua bruta a

depurar, del tipo de tratamiento a seguir, de la importancia de la instalación.

Procesos:

Separación de solidos de gran tamaño

Eliminación de sustancias gruesas (desbaste)

Eliminación de partículas en suspensión (tamizado)

Eliminación de arenas y sustancias solidas densas en suspensión (desarenador)

Eliminación de grasas y aceites (desengrasado).

(HERNÁNDEZ, 2000)

32

TRATAMIENTOS PRIMARIOS

OBJETIVO PRINCIPAL: reducción de sólidos en suspensión del efluente mediante

la sedimentación con un tratamiento físico o químico. Se lleva a cabo con maquinaria,

conociendo también como un tratamiento mecánico.

SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN:

Sólidos sedimentables: sedimentan al dejar en reposo el agua residual durante

una hora (tiempo depende del tamaño del sedimentador).

Sólidos flotantes: determinables por la contraposición de los sedimentos.

Sólidos coloidales: entre 3 -10 micras en tamaño.

Como los sólidos suspendidos están formados de materia orgánica dicho tratamiento

suele ser la reducción de la demanda bioquímica de oxigeno (DBO).

Principales procesos:

Remoción de sólidos

Remoción de arena

Tanque de sedimentación o decantación primaria

Flotación

Decantación – flotación

Floculación y coagulación (proceso físico-químico)

(https://es.wikibooks.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_de_aguas_residuales/Pretratamiento)

TRATAMIENTO SECUNDARIO

Procesos de tratamiento biológico de las aguas residuales, pueden ser aerobios como

anaerobios.

En el tratamiento de las aguas residuales el proceso de lodos activados ha sido utilizado

hace un siglo aproximadamente. Las plantas de lodos activados se realizaron

primordialmente de forma práctica. Pero a comienzo de los años 70 se desarrolló una

forma racional para dicho sistema (lodos activados), que nace de la observación del

agua residual sometida a aireación en un periodo de tiempo, donde se reduce el

contenido de la materia orgánica, existiendo la formación de un lodo floculento.

33

El análisis de este lodo (examen microscópico) reveló que este estaba formado por una

población de microorganismos heterogéneos (bacterias unicelulares, hongos, algas,

protozoos y rotíferos) que camban en función de las varias características del agua

residual y de las condiciones medio ambientales (Ramalho, 1993)

ACCIONES FÍSICO-QUÍMICAS.

Coagulación

Oxidación de materia

Decantación

Arrastre de bacterias. (Hernández, 2000)

FACTORES QUE AFECTAN EL PROCESO BIOLÓGICO.

Temperatura

Límites de temperatura donde se desarrolla el tratamiento biológico: 12 – 38°C

(zona mesofílica).

pH

pH determinado donde se activan las enzimas: 7 (6.2 – 8.5)

Homogeneización

Sistemas técnicos más homogéneos:

Fangos activados: materia orgánica suspendida y homogenizada dentro de la

masa de agua, mediantes sistemas mecánicos, hidráulicos o por inyección de

aire.

Lechos bacterianos: se concentran elementos, soportes para fijar los lodos y

los microorganismos, se distribuye homogéneamente los nutrientes (materia

orgánica).

TRATAMIENTO TERCIARIO

Conocido como tratamiento avanzado, ya que en este se consigue una calidad del agua

residual superior a la del tratamiento secundario.

34

Se emplea para eliminar fosforo, y mejora la calidad del agua residual eliminando

contaminantes recalcitrantes.

Este proceso permite eliminar hasta un 99% de sólidos suspendidos (procesos de

ósmosis inversa y electrodiálisis) y DBO5.

TIPOS DE TRATAMIENTOS TERCIARIOS.

Eliminación de sólidos en suspensión

Separación de compuestos orgánicos (adsorción de carbono activo).

Intercambio iónico

Ósmosis inversa

Electrodiálisis

Cloración y ozonización (oxidación química)

Eliminación de nitrógeno y fósforo (m{métodos de eliminación de nutrientes)

En la actualidad la mayoría de estos procesos no se emplean, y su empleo estará de

acuerdo a las exigencias de la calidad del agua que se desea recuperar (Ramalho, 1993).

2.4. MARCO LEGAL

Texto Unificado de la Legislación Ambiental vigente en la República del

Ecuador (Acuerdo Ministerial 097 A): ANEXO 1 DEL LIBRO VI DEL TEXTO

UNIFICADO DE LEGISLACION SECUNDARIA DEL MINISTERIO DEL

AMBIENTE: NORMA DE CALIDAD AMBIENTAL Y DE DESCARGA DE

EFLUENTES AL RECURSO AGUA NORMA DE CALIDAD AMBIENTAL Y DE

DESCARGA DE EFLUENTES: RECURSO AGUA

35

TABLA 2: LÍMITES DE DESCARGAS AL SISTEMA DE

ALCANTARILLADO PÚBLICO.

Parámetros Expresado como Unidad Límite máximo

permisible

Aceites y grasas Sust., solubles en hexano mg/l 70,0

Demanda Bioquímica

de Oxigeno (5 días) DBO5 mg/l 250,0

Demanda Química de

Oxígeno DQO mg/l 500,0

Solidos Sedimentables SD mg/l 20,0

Sólidos Suspendidos

Totales SST mg/l 220,0

Sólidos Totales ST mg/l 1600,0

(MINISTERIO DEL AMBIENTE, 2015)

CONSTITUCIÓN DE LA REPÚBLICA DEL ECUADOR.

36

CAPÍTULO 3

MARCO METODOLÓGICO

3.1. DISEÑO DE LA INVESTIGACIÓN

La investigación se realiza en una fábrica de chocolate, enfocado en sus efluentes que

se generarán de las áreas de producción (limpieza de equipos, limpieza de maquinarias

y de superficies de contacto del producto), de la limpieza de las áreas de servicio

(bodegas de acopio, lavado de gavetas o contenedores de los granos de cacao, limpieza

de superficies) y las aguas residuales provenientes del comedor que son descargadas al

sistema de alcantarillado municipal.

3.2. TIPO DE INVESTIGACIÓN

La investigación es del tipo exploratoria (teórica y experimental), siendo su finalidad el

diseño e implementación de un sistema de tratamiento de aguas residuales industriales

en base a datos teóricos existentes.

3.3. TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE INVESTIGACIÓN

Se utilizaran técnicas de muestreo del efluente así como su respectivo análisis, con

estos datos se ejecutaran los cálculos para el diseño de una planta de tratamiento

funcional acorde a los requerimientos de la normativa ambiental vigente.

3.4. PRUEBAS-EXPERIMENTOS

3.4.1. PRUEBAS DE TRATABILIDAD

Las pruebas de tratabilidad del efluente que descarga la empresa nos permitirán

obtener datos requeridos para el diseño de la planta depuradora de aguas residuales,

además nos permitirá obtener el cálculo de las dosis óptimas para la eliminación de la

carga contaminante por material suspendido, y también la disminución de los

parámetros DBO5 y DQO, obteniendo como resultado una agua tratada que se

encuentre dentro los límites máximos permisibles.

37

3.5. EQUIPOS Y MATERIALES

Para realizar las pruebas respectivas se ha recurrido a la utilización de variados

equipos, herramientas y químicos, que a continuación se enumeran:

Test de Jarras

Vasos de 1000 ml

Probetas de 1 litro

Cronometro

Pipetas

Balanza gramera

Coagulante PAC (Policloruro de Aluminio) en polvo,

Auxiliar de floculación Poliacrilamida en polvo.

3.6. TÉCNICAS

Las técnicas manejadas son las mismas que se disponen en todo laboratorio, con

limitantes propios de hacerlo en el sitio mismo de trabajo.

3.6.1. TEST DE JARRAS

Mediante el TEST DE JARRA se realiza la gestión de tratabilidad del agua residual,

este nos proporciona datos requeridos de remoción de los SST, y nos permite

cuantificar la dosis más efectiva de coagulante y auxiliar de floculación.

Este primer ensayo nos dará una idea de qué tipo de efluente descarga la empresa

chocolatera. Así podemos mencionar algunos de ellos que se los puede observar a

simple vista y a nivel de campo.

pH

Coloración

Contenido de residuos

Sólidos suspendidos

Sólidos totales

Temperatura

38

Selección del mejor producto coagulador-floculador

Parámetros que permitan definir el caudal de diseño, el caudal de químicos

FIGURA 12: PRUEBAS DE TRATABILIDAD CON EL EQUIPO DE TEST DE

JARRAS


3.6.1.1. TOMA DE MUESTRAS

Antes de realizar muestro muestreo, se implementa un tanque de homogenización de

300 lt., al cual ingresan las aguas de los diferentes procesos y áreas de la empresa, con

el fin obtener un flujo homogenizado en caudal y composición.

PROCEDIMIENTO:

PRUEBA 1: muestras 1 litro (alícuotas) tomadas a la salida del tanque

homogenizador cada hora. Se forma una muestra compuesta.

PRUEBA 2: se forma una muestra compuesta tomando alícuotas de 1 litro

cada media hora.

Dichas muestras se utilizaron para realizar las respectivas pruebas del TEST DE

JARRA, con la finalidad de obtener la dosis óptima de tratamiento de dicho efluente.

3.6.1.2. DETERMINACIÓN DE LA DOSIS ÓPTIMA

El TEST DE JARRAS tiene como objetivo principal la determinar los tiempos de

retención del agua residual en el sistema de tratamiento (mezcla rápida, floculador, o

39

mezcla lenta y sedimentador), con el fin de que el coagulante y auxiliar de floculación

a utilizar tengan un excelente rendimiento y mejorar la calidad del agua (clarificación).

Además con esta prueba podemos determinar la gradiente de velocidad para los

periodos de retención, definiendo así las revoluciones por minuto (RPM) que se van

aplicar en cada parte del proceso de tratamiento, asegurando una reacción completa de

los productos químicos utilizados.

FIGURA 13: EQUIPO TEST DE JARRAS Y SUS COMPONENTES

(http://repositorio.sena.edu.co/sitios/calidad_del_agua/operacion_potabilizacion/index.html)

3.6.1.3. DOSIS DE COAGULANTE Y FLOCULANTE.

Se adicionan dosis crecientes de coagulante y auxiliar de floculación a una serie de

porciones de muestras a ensayar, con lo cual después de un periodo de agitación

conoceremos las características del coágulo, propiedades físicas y químicas, y así

establecer las dosis recomendables de coagulante y auxiliar de floculación.

3.6.1.4. TÉCNICA: PREPARACIÓN DE COAGULANTE Y AUXILIAR DE

FLOCULACIÓN.

TABLA 3: CONCENTRACIÓN DE SOLUCIONES

REACTIVO CONCENTRACIÓN

Coagulante: Policloruro de Aluminio (PAC) 50%

Ayudante de floculación: Poliacrilamida 0.1%

Indicador de velocidad

Regulador de velocidad

Agitador

Paletas

Vasos

Iluminador

40

POLICLORURO DE ALUMINIO AL 50%: 1 kg de PAC + 1 lt., de agua

clarificada

DOSIFICACIÓN DEL PAC EN TEST DE JARRAS: diluir concentración del PAC

al 1% (10000 ppm); 1 ml de sol., al 50% se afora con 50 ml de agua.

𝑉𝑖 ∗ 𝐶𝑖 = 𝑉𝑓 ∗ 𝐶𝑓

𝑉𝑓 =𝑉𝑖 ∗ 𝐶𝑖

𝐶𝑓=

1 𝑚𝑙 ∗ 50%

1%= 50 𝑚

𝑉𝑖 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

𝐶𝑖 = 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑎𝑖𝑙

𝑉𝑓 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙

𝐶𝑓 = 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑛𝑒𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙

PRUEBA 1:

MUESTRA: Agua residual compuesta tomada cada hora.

PROCEDIMIENTO:

1. Colocar 1000 ml de muestra (agua residual) en vaso de precipitación.

2. Encender agitador a 30 rpm (velocidad establecida).

3. Añadir las dosis de policloruro de aluminio (coagulante) con una pipeta.

4. Mantener agitación constante durante 1 min.

5. Añadir dosis de poliacrilamida (auxiliar de floculación).

6. Agitar durante un periodo de agitación.

7. Observar y anotar resultados.

POLIACRILAMIDA AL 0.1%: 1 kg de polímero (polvo) + 1000 kg de agua (1000

de agua).

𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 % =𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑝𝑜𝑙í𝑚𝑒𝑟𝑜

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛∗ 100%

41

𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 % =1 𝑘𝑔

1000 𝑙𝑡.∗ 100% = 0.1 %

DOSIFICACIÓN DE POLICLORURO DE ALUMINIO (PAC):

Vi= Policloruro de Aluminio a dosificar (ml).

Ci= Concentración de Policloruro de Aluminio inicial al 1% (10000 ppm).

Vf= Agua residual (1 lt.)

Cf= Concentracion desea de PAC.

𝑉𝑖 =𝑉𝑓 ∗ 𝐶𝑓

𝐶𝑖

TABLA 4: DOSIFICACIÓN DEL COAGULANTE EN TEST DE JARRAS

DOSIS DE COAGULANTE VOLUMEN A DOSIFICAR

80 mg/l 1000 𝑚𝑙 ∗ 80

𝑚𝑔

𝑙𝑡

10000𝑚𝑔

𝑙

= 8 𝑚𝑙

100 mg/l 1000 𝑚𝑙 ∗ 100

𝑚𝑔

𝑙𝑡

10000𝑚𝑔

𝑙

= 10 𝑚𝑙

150 mg/l 1000 𝑚𝑙 ∗ 150

𝑚𝑔

𝑙𝑡

10000𝑚𝑔

𝑙

= 15 𝑚𝑙

200 mg/l 1000 𝑚𝑙 ∗ 200

𝑚𝑔

𝑙𝑡

10000𝑚𝑔

𝑙

= 20 𝑚𝑙

250 mg/l 1000 𝑚𝑙 ∗ 250

𝑚𝑔

𝑙𝑡

10000𝑚𝑔

𝑙

= 25 𝑚𝑙

300 mg/l 1000 𝑚𝑙 ∗ 300

𝑚𝑔

𝑙𝑡

10000𝑚𝑔

𝑙

= 30 𝑚𝑙

DOSIFICACIÓN DE POLIACRILAMIDA:

Vi= Polímero a dosificar (ml).

Ci= Concentración inicial de polímero 0.1% (1000 ppm).

Vf= Agua residual 1 lt.

Cf= Concentración de polímero a dosificar.

42

TABLA 5: DOSIFICACIÓN DE AUXILIAR DE FLOCULACIÓN EN TEST DE

JARRAS

DOSIS DE POLÍMERO VOLUMEN A DOSIFICAR

0,5 mg/l 1000 𝑚𝑙 ∗ 0,5

𝑚𝑔

𝑙𝑡

1000𝑚𝑔

𝑙

= 0,5 𝑚𝑙

1,0 mg/l 1000 𝑚𝑙 ∗ 1

𝑚𝑔

𝑙𝑡

1000𝑚𝑔

𝑙

= 1 𝑚𝑙

1,5 mg/l 1000 𝑚𝑙 ∗ 1,5

𝑚𝑔

𝑙𝑡

1000𝑚𝑔

𝑙

= 1,5 𝑚𝑙

FIGURA 14: PRUEBA TEST de JARRAS


PRUEBA 2: se realiza el mismo procedimiento que en la prueba 1 con muestra de

agua residual compuesta tomada cada media hora.

3.6.1.5. RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE JARRAS.

OPTENCIÓN DE LA DOSIS OPTIMA.

Las pruebas de jarras realizadas para la detrminación de la dosis optima en la muestra

compuesta tomada cada hora, presentaron los siguientes resultados:

Muestra

1000 ml.

Agitación a

velocidad

constante

Formación de floc

Agitación durante 1

minuto

Dosificación de auxiliar

de floculación

Dosificación de

coagulante

Tiempo de

retención

43

PRUEBA 1.

TABLA 6: RESULTADOS DE LA PRUEBA DE JARRA (MUESTRAS

TOMADAS POR HORA)

Horas Dosis

coagulante (mg/l)

Velocidad de mezcla (rpm)

Dosis floculante

(mg/l)

Tiempo de floculación

(min)

Formación de floc

Tiempo de sedimentación

(min) Clarificación Observaciones

1 80 30 0.5 S/F N N N

2 80 30 1 S/F N N N

3 100 30 0.5 4 M 10 N

4 100 30 1 4 M 10 N

5 150 30 1 3 R 8 R Floc flotante

6 200 30 1 3 R 7.6 R Floc flotante

7 250 30 1 2 B 5 B Flotación floc min.

8 300 30 1.5 1 MB 3 BM Sin flotación

floc

PRUEBA 2.

TABLA 7: RESULTADOS DE LA PRUEBA DE JARRA (MUESTRAS TOMADAS

CADA MEDIA HORA)

Horas Dosis

coagulante (mg/l)

Velocidad de mezcla (rpm)

Dosis floculante

(mg/l)

Tiempo de floculación

(min)

Formación de floc

Tiempo de sedimentación

(min) Clarificación Observaciones

1 80 30 0.5 S/F N N N

2 80 30 1 S/F N N N

3 100 30 0.5 4 M 10 N

4 100 30 1 4 M 10 N

5 150 30 0,5 3 R 8 R Floc flotante

6 200 30 1 3 R 7.5 R Floc flotante

7 250 30 1 2 B 5.1 B Flotación floc min.

8 300 30 1.5 1 MB 3 BM Sin flotación

floc

S/F: sin floculación

N: No

R: Regular

B: Buena

BM: Muy buena


De acuerdo a los resultados cualitativos obtenidos sobre la formación del floc

mostrados en los ensayos (prueba 1 y 2), la dosis óptima de solución coagulante (PAC)

es de 300 mg/l y para la solución auxiliar de floculación (Poliacrilamida), es de 1.5

44

mg/l, con estos volúmenes se observa una muy buena formación de floc, con un

tiempo de sedimentación de 3 min., sin presencia de floc en la superficie.

3.7. RESULTADOS DEL LABORATORIO

Como línea base de los parámetros físicos-químicos para la evaluación de los procesos

de tratamiento, se tomaron los resultados reportados por el laboratorio de la empresa

chocolatera

TABLA 8: COMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LABORATORIO

Parámetros Expresado

como Unidad

Agua

residual

*Límite

máximo

permisible

GRASAS Y

ACEITES

Solubles en

hexano mg/l 66 70.0

Demanda

Bioquímica de

Oxígeno (5

días)

DBO5 mg/l 987 250.0

Demanda

Química de

Oxigeno

DQO mg/l 3684 500.0

Potencial de

Hidrógeno pH 4.9 6-9

Sólidos

Sedimentables mg/l < 0.4 20.0

Solidos

Suspendidos

Totales

mg/l 1045 220.0

Sólidos totales mg/l 1108 1600.0

Color HAZEN 1145 NR-LMP

Temperatura °C 21.1 < 40

*Límite Máximo Permisible de acuerdo a la tabla 8 Texto Unificado de la Legislación Ambiental vigente en la República del

Ecuador (Acuerdo Ministerial 097 A): ANEXO 1 DEL LIBRO VI

NR-LMP: No Registra Límite Máximo Permisible.

Fuente: Empresa chocolatera.

Los parámetros que sobrepasan los límites máximos permisibles indicados en la

legislación ambiental vigente son: pH, DBO5, DQO y Sólidos Suspendidos Totales.

45

CAPÍTULO 4

DISEÑO DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO PARA LAS AGUAS

RESIDUALES PRODUCIDAS POR UNA FÁBRICA DE CHOCOLATE DE

EXPORTACIÓN.

4.1. GENERALIDADES DE LA PROPUESTA

Para tratar los efluentes generados durante el proceso de fabricación de chocolates,

después del sistema colector sedimentador, denominado también como trampa de

grasa, de cuatro efectos o cámara, que ya dispone la empresa, se diseñara un sistema

de tratamiento del agua residual, previa caracterización, con el fin de que el efluente

cumpla con la norma técnica ambiental del Texto Unificado de Legislación Ambiental

(T.U.L.A.S.)

4.2. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO.

El sistema de tratamiento propuesto para tratar las aguas residuales industriales

generadas en la empresa chocolatera constara de los siguientes elementos:

1. TANQUE HOMOGENIZADOR

2. TANQUE DE CLARIFICACIÓN 1

3. TANQUE SEDIMENTACIÓN 1

4. TANQUE DE FILTRACIÓN 1

5. TANQUE DE CLARIFICACIÓN 2

6. TANQUE SEDIMENTACIÓN 2

7. TANQUE DE FILTRACIÓN 2

8. TANQUE DE LODOS

El sistema propuesto consiste en la combinación de procesos unitarios, que comenzará

en el tanque homogenizador inicial en el cual se ajustará el pH con el propósito de

obtener una estabilidad para la formación de floc (proceso de coagulación) y además en

este tanque se podrá tener un control del caudal que ingresará al sistema de depuración

de las aguas residuales.

46

El segundo tanque del sistema de tratamiento propuesto será el tanque de clarificación

1, donde se producirá el proceso de coagulación y mezcla rápida, con la adición de

químicos (coagulante como el Policloruro de Aluminio con una dosis de 300 mg/l y

auxiliar de floculación como el Poliacrilamida con una dosis de 1,5 mg/l), dicho tanque

estará compuesto por un agitador de paletas que ayudará a la formación de un excelente

floc.

El agua, que para entonces estará clarificada, pasará al tercer tanque del sistema, tanque

sedimentador 1, en el cual se sedimentarán todos los flocs formados en el tanque de

clarificación 1, luego esta agua pasará al tanque de filtración 1, el cual se compondrá

de dos lechos: lecho de arena y lecho de carbón activado, que servirán para mejorar la

remoción de microorganismos y fenoles presentes en el agua residual industrial de la

empresa.

Posterior a este tanque, el agua pasará al tanque de clarificación 2 que hará la misma

función del clarificador 1 pero con una dosis menor de coagulante y auxiliar de

coagulación; siguiendo el proceso de tratamiento tenemos el tanque de sedimentación 2,

en donde por gravedad se asentarán los flocs formados permitiendo mejorar la calidad

del efluente, y donde se hará la desinfección, adicionando hipoclorito de sodio para

remover microorganismos patógenos que lograsen pasar los procesos anteriores.

Tanto en el sedimentador 1 como en el sedimentador 2 se producirán lodos hidratados,

los cuales serán descargados en un tanque de almacenamiento de lodos; la formación de

lodos será baja, y la función de dicho tanque será mantenerlos por un periodo de tiempo

tal que estos comiencen a deshidratarse por gravedad para luego ser extraídos. Por

ultimo tenemos el tanque de filtración 2, el cual está compuesto de lecho de carbón

activado.

Toda el agua residual tratado será vertida en el sistema de alcantarillado cumpliendo

con los límites permisibles de la legislación ambiental.

En el siguiente esquema se muestra el sistema de tratamiento propuesto.

47

FIGURA 15: ESQUEMA DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO.

VISTA DE PLANTA


4.3. DISEÑO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO

4.3.1. DESCRIPCIÓN DE LOS PARÁMETROS DE DISEÑO

Los parámetros de diseño con los que operará la planta de tratamiento fueron obtenidos

con un estudio de tratabilidad previo, y se resumen a continuación:

PROCESO FÍSICO QUÍMICO

Coagulante: Policloruro de aluminio. Dosis: 300 mg/1

Polímero (Poliacrilamida): Tipo aniónico. Dosis: 1,5 mg/1

TANQUE DE CLARIFICACIÓN 1

Velocidad de paletas giratorias: 30 rpm

TANQUE DE SEDIMENTACIÓN 1

Tiempo de retención: 4 horas

TANQUE DE FILTRACIÓN 1

Tasa hidráulica de superficie del filtro de carbón activado = 1 m/hora.

Tasa hidráulica de superficie del filtro de arena = 0,10 mm/seg = 0,36

m/hora.

TANQUE DE CLARIFICACIÓN 2

Velocidad de paletas giratoria: 30 rpm

48

TANQUE DE SEDIMENTACIÓN 2

Tiempo de retención: 4 horas

TANQUE DE FILTRACIÓN 2


Tasa hidráulica de superficie del filtro de aserrín = 0,9 m/hora.

4.3.2. DESARROLLO DE LOS CÁLCULOS DE DISEÑO Y

DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA.

Para el diseño de todos los componentes de la Planta de Tratamiento de Aguas

Residuales Industriales (PTARI) generadas en la empresa, se adoptó el valor de Q =

0,073 m3/hora, el cual corresponde al caudal máximo promedio tomado del Estudio de

Tratabilidad, y es para amortiguar los picos que alcanza.

A continuación se muestran los cálculos de diseño y dimensionamiento de cada uno de

los elementos del Sistema de Tratamiento implementado:

4.3.3. TANQUE HOMOGENIZADOR

Se implementará un tanque homogenizador a la entrada del sistema de tratamiento, este

tanque tendrá como función principal ajustar el pH con el propósito de obtener una

estabilidad para la formación de floc (proceso de coagulación), además en este tanque

se podrá tener un control del caudal que ingresará al sistema de depuración de las agua

residuales.

El tanque homogenizador constará de una turbina que mantendrá en mezcla el agua que

ingresa, además tendrá un Regulador de pH Óptimo (sistema ORP), que nos dará la

información del pH del efluente a tratar.

49

FIGURA 16: CONTROLADOR DE PH - EXTECH

REGULADOR DE PH ÓPTIMO (SISTEMA ORP)

Características:

Controla el pH del efluente que contiene el tanque de homogenización.

Introduce soluciones ácidas y alcalinas según el valor de pH medido del agua

residual.

Partes:

Regulador de pH y accesorios.

Bomba de dosificación de productos químicos básicos.

Bomba de dosificación de productos químicos ácidos.

Tuberías de PVC.

El tanque homogenizador deberá estar provisto de un motorreductor de 3HP.

4.3.3.1. CÁLCULO DE DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DEL TANQUE

HOMOGENIZADOR

El tanque homogenizador se lo diseña de acuerdo al caudal a tratar que es de 0.073

m3/h, con un tiempo de retención 4 horas.

Vol. tanque = Q entrada x t retención = 0,073 m3/hora x 4 horas = 0.292 m3≈ 292 lt.

Por no existir un tanque plástico con esa capacidad se aproximará a un tanque plástico

cilíndrico comercial de 300 litros.

50

FIGURA 17: DIMENSIONES DEL TANQUE DE HOMOGENIZACIÓN


4.3.4. TANQUE DE CLARIFICACIÓN 1 y 2

En este tanque se producirá el proceso de coagulación y mezcla rápida, con la adición

de químicos (coagulante Policloruro de Aluminio y auxiliar de floculación

Poliacrilamida), dicho tanque estará compuesto por agitador de paletas que ayudará a

la formación de un excelente floc. Cabe mencionar que se asume un tiempo de

retención de 2 horas.

De acuerdo al Estudio de Tratabilidad este agitador de paletas giratorias debe trabajar a

30 rpm (revoluciones por minuto), con una dosificación de 300 mg/ l de Policloruro de

Aluminio (coagulante) y 1.5 mg/l de Poliacrilamida (auxiliar de floculación), con lo

cual podrán formarse una buena cantidad de flocs que luego puedan sedimentarse.

4.3.4.1. CÁLCULOS DE DISEÑO DE LOS CLARIFICADORES

En tanques de retención hay que tener en cuenta la comunicación de energía, y así

generar una elevada turbulencia, logrando una mezcla rápida.

300 lt.

60 cm

51

CRITERIOS DE DISEÑO:

FIGURA 18: RELACIÓN ENTRE LA CÁMARA Y EL AGITADOR DEL

RETRO MEZCLADOR

(LIDIA CANEPA DE VARGAS)

DIÁMETRO DEL TANQUE (DT):

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 (𝑉) = 𝜋 ∗ 𝑟2 ∗ 𝐻

r= radio del tanque

H= altura del tanque

𝑉 = 𝜋 ∗ (𝐷𝑇

2)

2

∗ 𝐻

Relación: H = DT

DT= diámetro del tanque

𝑉 = 𝜋 ∗ (𝐷𝑇

2)

2

∗ 𝐷𝑇 =𝜋 ∗ 𝐷𝑇

3

4

V = 0.073 m3/h = 1.8 m3/día

𝐷𝑇 = √𝑉 ∗ 4

𝜋

3

= √1.8 ∗ 4

𝜋

3

= 1.32 𝑚

r = DT/2 = 0.66 m = 66 cm.

ALTURA DEL TANQUE: H = DT = 1.32 m

52

Se adicionan 0.10 cm para efectuar la mezcla HT = 1.32 + 0.10 = 1.42 m.

ALTURA DEL AGITADOR (W):

Relación: DT/D = 3

D: diámetro del agitador.

D = DT/3 = 1.32 m/3 = 0.44 m = 44 cm

𝑊

𝐷=

1

4 → 𝑊 =

𝐷

4=

44 𝑐𝑚

4= 11 𝑐𝑚.

W = 11 cm.

ANCHO PALETA AGITADORA (B):

𝐵

𝐷=

1

4 → 𝐵 =

𝐷

4=

44 𝑐𝑚

4= 11 𝑐𝑚

ALTURA DEL AGITADOR DEL FONDO DEL TANQUE (H):

ℎ = 𝐷 → ℎ = 44 𝑐𝑚.

FIGURA 19: TANQUE CLARIFICADOR

Diámetro del tanque (DT) 1.32 m

Diámetro del agitador (D) 44 cm

Altura del tanque (HT) 1.42 m

Altura del agitador (W) 11 cm

Ancho de paleta giratoria (B) 11 cm

Altura del agitador del fondo del tanque (h) 44 cm

53

4.3.5. TANQUES DE SEDIMENTACIÓN 1 Y 2

Debido a la transformación de materia orgánica en tejido celular, esta al ser de un peso

específico, ligeramente superior al del agua, se lo elimina por sedimentación. En estos

tanques se sedimentan los flocs formados en el proceso de clarificación.

4.3.5.1. CÁLCULO DE DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DE LOS

SEDIMENTADORES

Los sedimentadores se diseñaron con un tiempo de retención mínimo de 4 horas, y así

obtener adecuadas eficiencias de remoción de DQO (Demanda Química de oxígeno),

DBO (Demanda Bioquímica de oxígeno) y sólidos suspendidos totales.

Datos: Caudal de diseño, Q= 0,073 m3/hora

Volumen del tanque:

Vol. tanque = Q diseño x t retención = 0,073 m3/hora x 4 horas = 0,292 m3 = 292 litros

Para dicho volumen se utilizará un tanque plástico de 300 litros.

FIGURA 20: TANQUE DE SEDIMENTACIÓN


Por medio de las válvulas de purgas que se encontraran en la parte inferior de los

sedimentadores, la producción de lodos se dirigirá hacia el tanque de recolección de

300 lt.

Purga de lodos

60 cm

54

lodos, el cual una vez lleno en su capacidad deberá vaciarse y dichos lodos deberán ser

transportados hacia el relleno sanitario para su disposición final.

4.3.6. TANQUE DE FILTRACIÓN 1: CON ARENA Y CARBÓN ACTIVADO

Este proceso sirve para la eliminación de material particulado que pasara del

sedimentador 1, en este tanque, también se eliminará materia fecal coliforme (filtro de

arena) y fenoles (filtro de carbón activado).

El agua residual proveniente del tanque sedimentador 1 entrará por la parte superior del

filtro de arena y carbón activado (flujo ascendente). Este filtro estará formado de arriba

hacia abajo inicialmente por una carga de agua de 40 cm, y posterior por una capa de

arena de 40 centímetros, quedando en el fondo una capa de carbón activado de 20

centímetros. Estos filtros con (arena y carbón activado) son más resistentes a los

cambios bruscos de carga y a la presencia de tóxicos e inhibidores.


Volumen del tanque:



FIGURA 21: TANQUE FILTRACIÓN 1


300 lt.

60 cm

55

4.3.6.1. CRITERIOS DE DISEÑO

Tipo de filtro: Tasa baja media


Tasa hidráulica de superficie del filtro de arena = 0,10 mm/seg = 0,36

m/hora.

Profundidad = 1 metro

Estos filtros no necesitarán recirculación.

No habrá flujo de aire a través de los filtros.

En el filtro de carbón activado y arena no se producirá ningún tipo de lodo, lo que

podría formarse es una lama verdosa en los primeros centímetros del filtro, pero ésta

deberá ser sacada por el operador mediante el uso de un rastrillo, y reemplazar en igual

proporción la altura del filtro sacada.

4.3.6.2. CÁLCULO DE DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DEL FILTRO

DE ARENA Y CARBÓN ACTIVADO

Carbón activado: se lo diseñó en base a la tasa óptima de filtración de 1 m/hora.

Q = 0,073 m3/hora, se tiene que el área superficial necesaria de filtración del filtro es

de:

0.073𝑚3

ℎ

1𝑚

ℎ

= 0,073 𝑚2

Se asume una profundidad del filtro de carbón activado de 0,2 m; se obtiene que el

diámetro del tanque del filtro necesario es:

𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜 = √(4 ∗ 𝑄)

𝜋= √

(4 ∗ 0.073)

𝜋= 0.3 𝑚.

El cual es menor al diámetro del tanque cilíndrico de 300 litros que es de 0,6 metros,

por lo que está correcta la selección de este tanque.

56

En el caso del filtro de arena se lo diseñó en base a la tasa óptima de filtración de 0,10

mm/seg = 0,36 m/hora. Como el Q entrante al filtro de percolación es de 0,073 m3/hora,

se tiene que el área superficial necesaria de filtración del filtro es de:

0.073

𝑚3

ℎ

0.36𝑚

ℎ

= 0.2 𝑚2

Asumiendo una profundidad del filtro de arena de 0,4 m, se obtiene que el diámetro del

tanque del filtro necesario es:

𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑎𝑛𝑞𝑢𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜 = √(4 ∗ 𝐴)

𝜋= √

(4 ∗ 0,2)

𝜋= 0,50 𝑚.



4.3.7. TANQUE DE FILTRACIÓN 2: CON CARBÓN ACTIVADO

Proceso que sirve para la reducción del DBO (Demanda Bioquímica de Oxígeno) y

DQO (Demanda Química de Oxígeno) a porcentajes superiores del 95 %, y así lograr

cumplir con los límites permisibles que se indican en la legislación ambiental vigente.

Además, la filtración con carbón activado reduce los niveles de color y fenoles.

Formado de arriba hacia abajo por una carga de agua de 40 centímetros y capa de

carbón activado de espesor de 50 centímetros.


Volumen del tanque:



57

FIGURA 22: TANQUE DE FILTRACIÓN 2


4.3.7.1. CRITERIOS DE DISEÑO

Tipo de filtro; Tasa media

Tasa hidráulica de superficie del filtro de carbón activado = 1 m/hora

Profundidad total del filtro de carbón activado = 0,5 metros

No habrá flujo de aire a través del filtro.

Es necesario indicar que en este filtro de carbón activado no se producirá

ningún tipo de lodo.

Este filtro debe ser cambiado cada 2 meses.

4.3.7.2. CÁLCULO DE DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DEL FILTRO

DE CARBÓN ACTIVADO

El filtro de carbón activado se lo diseñó en base a la tasa óptima de filtración de este

tipo de filtro que es de 1 m/hora (Chaudhary et al, 2003). Como el Q entrante a cada

filtro de percolación es de 0,072 m3/hora, se tiene que el área superficial necesaria de

filtración del filtro es:

0.073𝑚3

ℎ

1 𝑚

ℎ

= 0.073 𝑚2

Asumiendo una profundidad del filtro de carbón activado de 0,5 m, se obtiene que el

diámetro del tanque del filtro necesario es:

300 lt.

60 cm

58

𝑑𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜 = √(4 ∗ 𝐴)

𝜋= √

(4 ∗ 0,073)

𝜋= 0,30 𝑚.



4.3.8. PROCESO DE DESINFECCIÓN

El proceso de desinfección se lo realiza en el mismo tanque sedimentación 2 previo a su

entrada al tanque de filtración 2. Con esto, se obtiene un efluente con ausencia de

coliformes fecales, coliformes totales, y el cual cumple con la Normativa ambiental del

Texto Unificado de Legislación Ambiental Secundaria.

El cloro que se agrega al tanque de sedimentación es de 1 mg/l. La adición del cloro

será a través de una bomba dosificadora.

4.3.9. TANQUE DE LODOS

Los lodos se producen tanto en el tanque sedimentador 1 como en el sedimentador 2,

estos tanques poseen una válvula de purga en la parte inferior del cual mediante una

tubería de 1" de diámetro PVC se envían los lodos por gravedad hacia un tanque donde

se almacenan los mismos.

Cuando este tanque está lleno, los lodos son llevados por una empresa contratada para

disponer de los mismos. Se estima que un tratamiento usando químicos y oxígeno

removerá un 70% de los sólidos suspendidos totales.

QL= (C x Q efluente) / (10000 x CL) (l)

Donde:

QL = caudal medio de lodos producidos (m3/hora)

C = concentración de solidos suspendidos que se remueven (mg/l)

Q efluente = caudal medio efluente (m3/hora)

59

CL = concentración de lodos en la salida del sedimentador (%)

Para el caso de los lodos producidos en la fábrica de chocolates tienen los siguientes

datos:

Concentración de sólidos suspendidos totales afluente = 1045 mg/l (De

acuerdo al Estudio de Tratabilidad)

Concentración de sólidos suspendidos totales que se remueven en

tratamiento usando químicos = 0,85*1045 = 888,25 mg/l

Caudal medio efluente = 0,072 m3/hora

Concentración de lodos a la salida del sedimentador = 5 %

Reemplazando estos datos en la formula (l) se tiene:

𝑄𝐿 = (C ∗ 𝑄𝑒𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡𝑒)

(10000 ∗ 𝐶𝐿)=

(888.25 ∗ 0.073 𝑚3

ℎ)

(10000 ∗ 5)= 0.0013

𝑚3

ℎ

0.0013𝑚3

ℎ∗ 8

ℎ

𝑑í𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜= 0.0104

𝑚3

𝑑í𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜∗ 20

𝑑𝑖𝑎𝑠

𝑚𝑒𝑠= 0.208

𝑚3

𝑚𝑒𝑠

= 208 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 𝑙𝑜𝑑𝑜

𝑚𝑒𝑠

Por lo tanto, se implementará un tanque de 300 litros para tener una disposición de

lodos aproximada por dos meses de trabajo de la planta de tratamiento.

FIGURA 23: TANQUE DE LODOS


300 lt. 300 lt

60

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES:

La caracterización de las aguas residuales de la industria estudiada reportan que

indicadores como pH, Sólidos Suspendidos Totales, DQO y DBO, están por

encima de los valores máximos permisibles de la normativa ecuatoriana lo que

indica que la misma es una fuente contaminante al medio.

De acuerdo a los resultados obtenidos de la prueba de jarra, la dosis óptima del

compuesto coagulante (Policloruro de Aluminio) que se debería administrar

durante el tratamiento del efluente es de 300 mg/l y del auxiliar de coagulación

(Poliacrilamida) es de 1.5 mg/l.

El sistema de tratamiento de aguas residuales propuesto para la empresa

chocolatera se trata de un conjunto de unidades de tratamiento

(homogenización, clarificación, sedimentación, filtración), procesos químicos y

operaciones físicas, que actúan conjuntamente, para poder obtener una

disminución de la concentración de los parámetros de pH, DBO, DQO y SST,

y así mantenerlos dentro o por debajo de los límites máximos permisibles

establecidos por la legislación ambiental vigente.

61

RECOMENDACIONES

Se recomienda a la fábrica elaboradora de chocolate de exportación

implementar la planta de tratamiento de las aguas residuales propuesta en el

presente proyecto de titulación, la misma que no sólo ayudará a mantener los

parámetros fisco-químico por debajo de los límites máximos permisibles para

cumplir la norma vigente, sino que también se estará aportando con el cuidado

del recurso hídrico, evitando que estos cada vez se sigan contaminando más.

Cualquier que sea el sistema de depuración de las descargas líquidas que opte

la empresa chocolatera, es importante que se considere los aspectos técnicos y

económicos, que son fundamentales durante la implementación.

Se recomienda que una vez implementada la planta de tratamientos, se realice

el mantenimiento y limpieza de los filtros, dosificadores, y los demás equipos

del sistema para asegurar la calidad del agua que va a ser vertida en el

alcantarillado público.

Una vez que la planta entre en funcionamiento continuo, realizar la

caracterización de los lodos para su disposición final.

62

BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA

1. Manual de depuración de aguas residuales urbanas, ALIANZA POR EL AGUA.

file:///F:/tesis/BIBLIOGRAFIA%20CONSULTADA/MANUAL%20DE%20DE

PURACIÓN%20DE%20AGUAS%20RESIDUALES%20URBANAS.pdf

2. Métodos Analíticos para aguas residuales, Jesús Fernández y María Dolores

Curt; file:///F:/tesis/Capitulos%20Anexos1.pdf

3. Caracterización y tratamiento de aguas residuales, Almicar Muñoz Cruz;

file:///F:/tesis/Caracterizacion%20y%20tratamiento%20de%20aguas%20residua

les.pdf

4. Características de las aguas residuales; file:///F:/tesis/Caracteristicas.PDF

5. Propuesta de una planta de tratamiento de aguas residuales de una empresa

envasadora de leche del Cantón Rumiñahui, para que cumpla con la Norma

Técnica Ambiental (T.U.L.A.S); Mayra Gabriela Buenaño Dávalos;

file:///F:/tesis/CD-6234.pdf

6. Estudio EDAR, Guía de buenas prácticas preventivas en estación depuradoras de

aguas residuales, Dirección de Seguridad e Higiene ASEPEYO;

file:///F:/tesis/HAQ0905035%20Monografia%20EDAR%20completa.pdf

7. Procedimiento de muestreo, análisis y reporte de calidad de las aguas residuales,

CONAGUA; file:///F:/tesis/Procedimiento_Muestreo.pdf

8. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES; file:///F:/tesis/tratamiento-de-

aguas-residuales.pdf

9. Tratamientos avanzados de aguas residuales industriales, Antonio Rodríguez

Fernández-Alba, Pedro Letón García, Roberto Rosal García, Miriam Dorado

Valiño, Susana Villar Fernández, Juana, M. Sanz García;

file:///F:/tesis/VT2_Tratamientos_avanzados_de_aguas_residuales_industriales.

pdf

10. AGUAS RESIDUALES. COMPOSICIÓN, M. ESPIGARES GARCÍA y J. A.

PÉREZ LÓPEZ; file:///F:/Aguas_Residuales_composicion.pdf

11. Características y tratamientos de las aguas residuales industriales por sectores:

agrícolas y alimentarias II. Instalaciones bodegueras, bebidas alcohólicas y

elaboración de azúcar de remolacha, Escuela Organización Industrial. Sevilla.

Abril 2008; file:///F:/componente48096.pdf

63

12. CONSTITUCIÓN DEL ECUADOR;

file:///F:/constitucion_de_bolsillo_final.pdf

13. Diseño, construcción y puesta en marcha de un modelo de un modelo de

tratamiento para las aguas residuales generadas en producción de panela,

LIZETH DAYANA PINZON HERNANDEZ, OSCAR FABIAN ALMEIDA

BUITRAGO; file:///F:/diseno-construccion-y-puesta-en-marcha-de-un-modelo-

de-tratamiento-para-las-aguas-residuales-generadas-en-la-producc%20-

%20copia.pdf

14. Diseño de una planta de tratamiento de agua residual para el municipio de san

marcos-departamento de sucre, DAVID ALEJANDRO HERNÁNDEZ

TORRES Y JHOAN SEBASTIÁN SÁNCHEZ CUERVO;

file:///F:/Diseño%20de%20una%20planta%20de%20tratamiento.pdf

15. Aguilar, L. (2006):“Que es la contaminación ambiental”. Online). (Diciembre,

2008); http://contaminacion-ambiente.blogspot.com/

16. FÁBRICA DE CHOCOLATE Y SU CENTRO DE ACOPIO DE CACAO

LATIALI S.A.” EN SUS FASES DE CONSTRUCCIÓN, OPERACIÓN Y

MANTENIMIENTO DE LA EMPRESA LATINO AMERICANA DE

ALIMENTOS ECUADOR S.A, file:///F:/EIA-Fabrica-de-Chocolates-y-Centro-

de-Acopio-LATIALI-S.A.pdf

17. Barros, M. (2006). Demanda Bioquímica de Oxigeno y la relación con la DQO.

Chile (Enero 2009).

18. Ingeniería de aguas residuales, De Wiki libros, la colección de libros de texto de

contenido libre;

file:///F:/Ingeniería_de_aguas_residuales%252FVersión_para_imprimir%20(1).p

df

19. Manual de diseño para plantas de tratamiento de aguas residuales alimenticias,

LESLY DA CÁMARA, MARIO HERMANDEZ Y LUISELENA PAZ;

file:///F:/Mandisplatraaguresaliar.pdf

20. TEXTO UNIFICADO LEGISLACION SECUNDARIA, MEDIO AMBIENTE,

file:///F:/TEXTO_UNIFICADO_LEGISLACION_SECUNDARIA_i.pdf

21. Ramalho, RS. “Tratamiento de aguas residuales”. Editorial Reverté S.A.1991.

http://contaminacion-ambiente.blogspot.com/

64

22. Rodríguez (1999) .Aguas residuales, origen características y tratamientos.

(online)(Nov,2008)disponibleenhttp://www.cge.udg.mx/revistaudg/rug14/dossie

r1.html

23. TEJERO I, SUAREZ J, JACOME A, TEMPRANO J. Introducción a la

Ingeniería Sanitaria y Ambiental, volumen 1, 2001.

24. Reynolds, T.D. Unit Operations and Processes in Environmental Engineering.

Brooks Cole Engineering Division, Monterrey, California (1982).

25. Huisman L., Wood W.E. Slow sand filtration rates. World Health Organization,

Geneva (1974).

26. Chaudhary D., Vigneswaran S., Ngo H.H., Shim W.G., Moon H. Granular

activated carbon (GAC) biofilter for low strength wastewater

treatment.Environmental Engineering Research, Vol. 8 No.4, pp. 184-192.

(2003).

27. Munyori G., Oguntimein G. Studies on filtration of fermentation wastewater

using sand-carbon filter. (2009). Veenstra S. Wastewater treatment.

International Institute for Infraestructural, Hydraulic and Environmental

Engineering. (2000).

28. Operación de Plantas Convencionales y de Tecnología Apropiada Autora: Ing.

Lidia Canepa de Vargas

29. ESTUDIO DE TRATABILIDADPARAEL DISEÑO DE UNA PLANTADE

TRATAMIENTO DEAGUAS RESIDUALES EN UN INDUSTRIA

ALIMENTICIA, RAFAEL NORBERTO CALLE Y CHUMO WALTER

LORENZORODAS SOTO.

http://www.cge.udg.mx/revistaudg/rug14/dossier1.html


BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA

1. Manual de depuración de aguas residuales urbanas, ALIANZA POR EL AGUA.

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2. Métodos Analíticos para aguas residuales, Jesús Fernández y María Dolores Curt;

file:///F:/tesis/Capitulos%20Anexos1.pdf

3. Caracterización y tratamiento de aguas residuales, Almicar Muñoz Cruz;

file:///F:/tesis/Caracterizacion%20y%20tratamiento%20de%20aguas%20residua

les.pdf

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5. Propuesta de una planta de tratamiento de aguas residuales de una empresa

envasadora de leche del Cantón Rumiñahui, para que cumpla con la Norma

Técnica Ambiental (T.U.L.A.S); Mayra Gabriela Buenaño Dávalos;

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6. Estudio EDAR, Guía de buenas prácticas preventivas en estación depuradoras de

aguas residuales, Dirección de Seguridad e Higiene ASEPEYO;

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7. Procedimiento de muestreo, análisis y reporte de calidad de las aguas residuales,

CONAGUA; file:///F:/tesis/Procedimiento_Muestreo.pdf

8. TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES; file:///F:/tesis/tratamiento-de-

aguas-residuales.pdf

9. Tratamientos avanzados de aguas residuales industriales, Antonio Rodríguez

Fernández-Alba, Pedro Letón García, Roberto Rosal García, Miriam Dorado

Valiño, Susana Villar Fernández, Juana, M. Sanz García;

file:///F:/tesis/VT2_Tratamientos_avanzados_de_aguas_residuales_industriales.

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10. AGUAS RESIDUALES. COMPOSICIÓN, M. ESPIGARES GARCÍA y J. A.

PÉREZ LÓPEZ; file:///F:/Aguas_Residuales_composicion.pdf

11. Características y tratamientos de las aguas residuales industriales por sectores:

agrícolas y alimentarias II. Instalaciones bodegueras, bebidas alcohólicas y

elaboración de azúcar de remolacha, Escuela Organización Industrial. Sevilla.

Abril 2008; file:///F:/componente48096.pdf

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13. Diseño, construcción y puesta en marcha de un modelo de un modelo de

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DAYANA PINZON HERNANDEZ, OSCAR FABIAN ALMEIDA

BUITRAGO; file:///F:/diseno-construccion-y-puesta-en-marcha-de-un-modelo-

de-tratamiento-para-las-aguas-residuales-generadas-en-la-producc%20-

%20copia.pdf

14. Diseño de una planta de tratamiento de agua residual para el municipio de san

marcos-departamento de sucre, DAVID ALEJANDRO HERNÁNDEZ TORRES

Y JHOAN SEBASTIÁN SÁNCHEZ CUERVO;

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2008); http://contaminacion-ambiente.blogspot.com/

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LATIALI S.A.” EN SUS FASES DE CONSTRUCCIÓN, OPERACIÓN Y

MANTENIMIENTO DE LA EMPRESA LATINO AMERICANA DE

ALIMENTOS ECUADOR S.A, file:///F:/EIA-Fabrica-de-Chocolates-y-Centro-

de-Acopio-LATIALI-S.A.pdf

17. Barros, M. (2006). Demanda Bioquímica de Oxigeno y la relación con la DQO.

Chile (Enero 2009).

18. Ingeniería de aguas residuales, De Wiki libros, la colección de libros de texto de

contenido libre;

file:///F:/Ingeniería_de_aguas_residuales%252FVersión_para_imprimir%20(1).p

df

19. Manual de diseño para plantas de tratamiento de aguas residuales alimenticias,

LESLY DA CÁMARA, MARIO HERMANDEZ Y LUISELENA PAZ;

file:///F:/Mandisplatraaguresaliar.pdf

20. TEXTO UNIFICADO LEGISLACION SECUNDARIA, MEDIO AMBIENTE,

file:///F:/TEXTO_UNIFICADO_LEGISLACION_SECUNDARIA_i.pdf

21. Ramalho, RS. “Tratamiento de aguas residuales”. Editorial Reverté S.A.1991.

http://contaminacion-ambiente.blogspot.com/

22. Rodríguez (1999) .Aguas residuales, origen características y tratamientos.

(online)(Nov,2008)disponibleenhttp://www.cge.udg.mx/revistaudg/rug1

4/dossier1.html

23. TEJERO I, SUAREZ J, JACOME A, TEMPRANO J. Introducción a la

Ingeniería Sanitaria y Ambiental, volumen 1, 2001.

24. Reynolds, T.D. Unit Operations and Processes in Environmental Engineering.

Brooks Cole Engineering Division, Monterrey, California (1982).

25. Huisman L., Wood W.E. Slow sand filtration rates. World Health Organization,

Geneva (1974).

26. Chaudhary D., Vigneswaran S., Ngo H.H., Shim W.G., Moon H. Granular

activated carbon (GAC) biofilter for low strength wastewater

treatment.Environmental Engineering Research, Vol. 8 No.4, pp. 184-192.

(2003).

27. Munyori G., Oguntimein G. Studies on filtration of fermentation wastewater

using sand-carbon filter. (2009). Veenstra S. Wastewater treatment. International

Institute for Infraestructural, Hydraulic and Environmental Engineering. (2000).

28. Operación de Plantas Convencionales y de Tecnología Apropiada Autora: Ing.

Lidia Canepa de Vargas

29. ESTUDIO DE TRATABILIDADPARAEL DISEÑO DE UNAPLANTADE

TRATAMIENTO DEAGUAS RESIDUALES EN UN INDUSTRIA

ALIMENTICIA, RAFAEL NORBERTO CALLE Y CHUMO WALTER

LORENZORODAS SOTO.



ANEXOS

ANEXO 1

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS, QUÍMICAS Y BIOLÓGICAS DEL AGUA

RESIDUAL Y SU PROCEDENCIA

Características Procedencia

Propiedades físicas

Color Aguas residuales domésticas e industriales, degradación

natural de materia orgánica

Olor Agua residual en descomposición, residuos industriales

Sólidos Agua de suministro, aguas residuales domésticas e

industriales, erosión del suelo, infiltración y conexiones

incontroladas

Temperatura Aguas residuales domésticas e industriales

Constituyentes

químicos:

Orgánicos

Carbohidratos Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales

Grasas animales,

aceites

Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales y

grasa

Pesticidas Residuos agrícolas

Fenoles Vertidos industriales

Proteínas Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales

Contaminantes

prioritarios

Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales

Agentes tensoactivos Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales

Compuestos orgánicos

volátiles


Otros Degradación natural de materia orgánica

Inorgánicos:

Alcalinidad Aguas residuales domésticas, agua de suministro,

infiltración de agua subterránea

Cloruros Aguas residuales domésticas, agua de suministro,

infiltración de agua subterránea

Metales pesados Vertidos industriales

Nitrógeno Residuos agrícolas y aguas residuales domésticas

pH Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales

Fósforo Aguas residuales domésticas, industriales y comerciales;

aguas de Escorrentía

Contaminantes

prioritarios


Azufre Agua de suministro; aguas residuales domésticas,

comerciales e industriales

Gases:

Sulfuro de hidrógeno Descomposición de residuos domésticos

Metano Descomposición de residuos domésticos

Oxígeno Agua de suministro; infiltración de agua superficial

Constituyentes

biológicos:

Animales Cursos de agua y plantas de tratamiento

Plantas Cursos de agua y plantas de tratamiento

Protistas: Eubacterias Aguas residuales domésticas, infiltración de

agua superficial, plantas de tratamiento Arqueobacterias

Aguas residuales domésticas, infiltración de agua

superficial, plantas de tratamiento

Virus Aguas residuales domésticas

Fuente: http://cidta.usal.es/cursos/ETAP/modulos/libros/Caracteristicas.PDF

http://cidta.usal.es/cursos/ETAP/modulos/libros/Caracteristicas.PDF

ANEXO 2

CONTAMINANTES DE IMPORTANCIA EN EL TRATAMIENTO DEL AGUA

RESIDUAL

Fuente: http://cidta.usal.es/cursos/ETAP/modulos/libros/Caracteristicas.PDF

Contaminantes Razón de la importancia

Sólidos en suspensión Estos dan lugar al crecimiento de fango y condiciones anaerobias

cuando el efluente residual es vertido sin tratar al medio acuático.

Materia orgánica

biodegradable

Compuesta principalmente por proteínas, carbohidratos, grasas

animales, la materia orgánica biodegradable se mide, en la mayoría

de las ocasiones, en función de la DBO (demanda bioquímica de

oxigeno) y de la DQO (demanda química de oxigeno). Si son

vertidas al hábitat sin tratar su equilibrio biológico puede conducir

a la debilidad de los recursos naturales y a la aparición de

situaciones sépticas.

Patógenos Pueden transmitirse enfermedades contagiosas por medio de los

organismos patógenos presentes en el agua residual.

Nutrientes Tanto el nitrógeno como el fósforo y carbono, son alimentos

principales para su crecimiento. Cuando se los desecha el medio

ambiente, estos sustentos permiten el crecimiento de vida acuática

no esperada. Cuando se desechan al terreno en cantidades

excesiva, también pueden provocar la contaminación del agua

subterránea.

Contaminantes

prioritarios

Compuestos orgánicos o inorgánicos caracterizados por su

carcinogenicidad, mutagenicidad, teratogenicidad o toxicidad

aguada conocida o sospechada.

Materia orgánica

refractaria

Tiende a soportar métodos convencionales de tratamiento.

Ejemplos típicos son los agentes tensoactivos, los fenoles y los

pesticidas agrícolas.

Metales pesados Los metales pesados son frecuentemente agregados al efluente

residual para ciertos procesos industriales y comerciales.

Sólidos orgánicos

disueltos

Los constituyentes inorgánicos tales como el calcio, sodio y los

sulfatos se añaden al agua de abastecimiento dependiendo de su

uso, los cuales deben ser eliminados si se pretende reutilizar el

efluente.

http://cidta.usal.es/cursos/ETAP/modulos/libros/Caracteristicas.PDF

ANEXO 3

TEST DE JARRAS

PROCEDIMIENTO:

1. Colocar 1000 ml de muestra (agua residual) en vaso de precipitación.

2. Encender agitador a 30 rpm (velocidad establecida).

3. Añadir las dosis de policloruro de aluminio (coagulante).

4. Mantener agitación constante durante 1 min.

5. Añadir dosis de poliacrilamida (auxiliar de floculación).

6. Agitar durante un periodo de agitación.

7. Observar y anotar resultados.

ANEXO 4

POLÍMERO POLICLORURO DE ALUMINIO (PAC)

CARACTERÍSTICAS

El coagulante a usarse es el Polímero Policloruro de Aluminio de uso industrial para la

remoción de los sólidos suspendidos de las aguas residuales industriales.

La dosis óptima a aplicarse en el proceso de clarificación se la determina mediante la

prueba de jarras, con un valor de 300 mg/litro.

El Policloruro de aluminio (sólido), posee las siguientes características:

Caraceristicas del PAC

Fuente: DICONSA Ingeniería del agua

ANEXO 5

Hoja de seguridad del Policloruro de Aluminio (PAC)

ANEXO 6

Hoja de seguridad del Polímero Poliacrilamida

ANEXO 7

Acta para toma de muestras de del agua residual

Dirección: ______________________________

Muestra N°: _________________

Fecha:

Sitio de toma:

Departamento: __________________

Bolsa HieloSuministrado Otro

Nombre:

Cargo:

En proceso

DATOS DE LA MUESTRA

Finca/Vereda: __________________

__________________

__________________

_______________________________________________________

DATOS DE QUIEN TOMÓ LA MUESTRA

Firma

DATOS DE RECEPCIÓN DE LA MUESTRA EN EL LABORATORIO

______________________________________

Solicitante:______________________________ Teléfono:___________________

Ciudad: ___________________

ACTA DE TOMA DE

MUESTRA DE AGUA

LABORATORIO DE

SUELOS, AGUAS Y

FOLIARES

DATOS DEL SOLICITANTE

__________________

Cód. de muestra: ______________________

Hora de toma: ______________________

Municipio: ______________________

Teléfono:

Correo:

_________________

_________________

___________________________

___________________________

TIPO DE MUESTRA

Consumo humano

Residual

Riego

Otro:

TIPO DE ENVASETIPO DE MUESTRA Tratada Sin tratar

Análisis Microbiológicos: recipientes estériles con inhibidor de cloro (300 ml).

Análisis Fisicoquímicos:

1. Aguas Residuales: recipientes color ámbar de vidrio (500 ml) y recipientes plásticos (2 l)

2. Agua Potable: recipientes plásticos herméticos (2 l)

*Preferiblemente que sean los suministrados por el laboratorio.

Nombre/Cargo

_________________________________________

_______________________________________

Firma

CARACTERÍSTICAS DE LOS RECIPIENTES PARA LOS DIFERENTES TIPOS DE ANÁLISIS

_____ ____ ____ AAAA MM DD Hora

____:____

ANEXO 8

DETERMINACIÓN DE pH

Capacidad que tiene el electrodo de vidrio cuando se lo somete a soluciones de diferente

actividad iónica (H+). La potencia que procede del electrodo de vidrio (fuerza

electromotriz) varía linealmente con el pH del medio. Hay que tener en cuenta la

temperatura de la muestra ya que esta fuerza electromotriz afecta al valor del pH.

Reactivos

Disoluciones estándar de pH (tampones 7, 4 y 9) para la calibración del equipo (pH-

metro).

Procedimiento:

Calibrar el electrodo con disoluciones patrón (tampones) de pH conocido.

Colocar la muestra, en la que se ha introducido una varilla agitadora teflonada

(imán), en un agitador magnético, y agitar.

Leer el valor del pH cuando la lectura se estabilice en pH-metro con

compensación de temperatura.

(file:///F:/tesis/Capitulos%20Anexos1.pdf)

SÓLIDOS TOTALES EN SUSPENSIÓN

Se filtra una muestra previamente homogeneizada, mediante un filtro estándar de fibra

de vidrio (Whatman 934-AH; tamaño de retención de partículas de 1.5 µm), previamente

tarado en seco. El residuo retenido en el mismo se seca a peso constante a 103 - 105º C.

El aumento de peso de filtro representa los sólidos totales en suspensión.

Procedimiento

Tarar individualmente en placas de vidrio los filtros estándar necesarios y anotar

el peso inicial seco, determinado a 103-105ºC.

Filtrar un volumen definido de muestra homogeneizada a través de un filtro

tarado, con una bomba de vacío.

Secar en la estufa a 103- 105º C hasta peso constante.

CÁLCULOS:

𝑺ó𝒍𝒊𝒅𝒐𝒔 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍𝒆𝒔 = ((𝑨 − 𝑩) ∗ 𝟏𝟎𝟎𝟎)

𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒅𝒆 𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 (𝒎𝒍) (

𝒎𝒈

𝒍)

Donde:

A: peso de residuo seco + filtro (mg)

B: tara del filtro (mg)


SÓLIDOS SEDIMENTABLES

Procedimiento

Llenar un cono de Imhoff con la muestra bien homogeneizada, hasta la marca

de 1 litro.

Dejar sedimentar durante 45 min., remover suavemente las paredes del cono con

una varilla o mediante rotación.

Mantener en reposo al durante 15 min.

Registrar el volumen de sólidos sedimentados en la parte inferior del cono.

El registro se expresa en ml de partículas sedimentadas por litro de muestra.


3.7.4 DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO EN AGUAS RESIDUALES (DQO)

Cantidad de oxígeno consumido por las materias existentes en el agua, que son oxidables

en condiciones operatorias definidas.

Es una estimación de las materias oxidables presentes en el agua, ya sean orgánicas o

inorgánicas. Se realiza rápidamente después de la toma de muestras y asi evitar la

oxidación natural.

Principio del método del dicromato potásico

Muchas materias contenidas en el agua se oxidan con un exceso de dicromato potásico,

en medio ácido y en presencia de sulfato de plata y de sulfato de mercurio. El exceso de

dicromato potásico se valora con sulfato de hierro y amonio.

Reactivos

SULFATO DE MERCURIO (Hg2SO4), evita interrupciones de los haluros.

DICROMATO POTÁSICO (K2Cr2O7) 0,25 N: Disolver 12,2588 g de

K2Cr2O7 previamente secado durante 24 horas en la estufa a 105º C, en 1 litro

de agua destilada.

SULFATO DE PLATA EN ÁCIDO SULFÚRICO: Disolver 5 g de Ag2SO4

en 540 ml de ácido sulfúrico (H2SO4) concentrado (densidad 1.84).

SOLUCIÓN DE SULFATO DE HIERRO Y AMONIO 0,25 N (NH4)2Fe

(SO4)2 x 6H2O o SAL DE MOHR: Disolver 98,04 g de (NH4)2Fe (SO4)2 x

6H2O en agua destilada. Añadir 20 ml de H2SO4 concentrado, enfriar y enrasar

a 1 litro con agua destilada. Estandarizar la solución diariamente, para poder

determinar su normalidad, frente a la solución de K2Cr2O7 0.25N.

INDICADOR DE DQO O SOLUCIÓN DE FERROÍNA: Disolver 1,485 g de

1,10 fenantrolina (C12H8N2 x H2O) y 0,695 g de sulfato de hierro hepta-hidrato

en agua destilada, y llevar a volumen de 100 ml.

VALORACIÓN DE LA SAL DE MOHR: Diluir en un matraz Erlenmeyer de

100 ml, 10 ml de K2Cr2O7 0,25 N con agua destilada, hasta aproximadamente

100 ml. Se añade 30 ml de ácido sulfúrico concentrado y se enfría. Añadir unas

5 gotas del indicador ferroína, se valora hasta viraje a rojo violáceo con sal de

MOHR.

Cálculos:

𝑓 = [𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝐶𝑟2𝑂7𝐾2 0.25 𝑁 𝑢𝑡𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 ∗ 0.25]

𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑀𝑂𝐻𝑅 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 (𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛)

Procedimiento

Encender la placa calefactora.

Pesar 0,44 g de HgSO4 en matraz para reflujo de 100 ml. Cantidad propuesta de

HgSO4 suficiente para eliminar las posibles interferencias por Cloro en la

muestra.

Colocar bolitas de vidrio en el matraz para ayudar a la ebullición.

Añadir 20 ml de muestra.

Añadir 30 ml de solución de sulfato de plata en ácido sulfúrico, con pipeta de

vertido, mezclar bien para disolver el HgSO4, y enfriar.

Añadir 12,5 ml de dicromato potásico 0,25 N y mezclar bien.

Disponer el elemento refrigerante (condensador del reflujo) sobre el matraz, y

someter a reflujo durante 2 horas

Enfriar; lavar con agua destilada el condensador del reflujo, y separar el matraz

del refrigerante.

Diluir la muestra oxidada hasta 75 ml con agua destilada y enfriar hasta

temperatura ambiente.

Añadir 5 gotas de indicador ferroína.

Valorar el exceso de dicromato con la sal de MOHR. Cuando el color varía

bruscamente de azul verdoso a pardo rojizo se toma el punto final de análisis.

Método eficaz para muestras de DQO entre 50 y 800 mg/l. Para niveles

superiores diluir el agua problema y para contenidos menores aplicar otro

método.

Cálculos:

𝑫𝑸𝑶 (𝒎𝒈 𝒐𝒙í𝒈𝒆𝒏𝒐

𝒍𝒊𝒕𝒓𝒐) =

[(𝑨 − 𝑩) ∗ 𝑵 ∗ 𝟖𝟎𝟎𝟎]

𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒆𝒏 𝒅𝒆 𝒎𝒖𝒆𝒔𝒕𝒓𝒂 (𝒎𝒍)

A= ml de sal de MOHR gastado en el blanco.

B= ml de sal de MOHR gastado en la muestra.

N= Normalidad de la sal de MOHR


DEMANDA BIOLÓGICA DE OXÍGENO EN AGUAS RESIDUALES (DBO5)

Establece los requerimientos relativos de oxígeno de aguas residuales, efluentes y aguas

contaminadas, para su degradación biológica. Expresa el grado de contaminación de un

agua residual por materia orgánica degradable por oxidación biológica.

Principios del proceso

La flora bacteriana que está presente en el efluente, después de un tiempo, degrada la

materia orgánica; si una cantidad de esta agua la introducimos en un recipiente y la

cerramos herméticamente, creamos un sistema que contiene la muestra a analizar, con

flora bacteriana y aire, conteniendo un 21% de oxígeno.

Luego de un tiempo los microorganismos consumen parte o todo el oxígeno presente en

la muestra (sistema) degradando la materia orgánica y liberando anhídrido carbónico

gaseoso.

Si se inhibe la nitrificación y retira de la muestra el CO2 gaseoso producido, se produce

un descenso de la presión parcial del oxígeno, por el consumo de oxígeno en la oxidación

biológica de la materia orgánica.

La determinación de DBO se realiza con un periodo de incubación de cinco días (DBO5)

en biómetros diseñados a tal efecto (WTW- Oxitop). Estos estarán dotados de tapones

con dispositivos de lectura de la presión parcial de los frascos. La absorción del CO2

gaseoso producido se realizara por reacción con OHNa, que ha de disponerse al

comienzo del ensayo en una cápsula diseñada a tal efecto, en el sistema.

Reactivos

DISOLUCIÓN DE ALLILTIOUREA: Disolver 5 g de alliltiourea reactivo en un

litro de agua destilada. Esta se utilizará como inhibidor de la nitrificación.

SOSA CÁUSTICA (OHNA) EN PERLAS.

Procedimiento

Introducir una varilla agitadora (imán) en el interior del biómetro.

Añadir el inhibidor de la nitrificación, proporción equivalente a 20 gotas de la

disolución de alliltiourea por litro de muestra.

Poner dos perlitas de OHNa en la cápsula diseñada a tal efecto.

Añadir un volumen de muestra determinado en el biómetro. El volumen a utilizar

depende del rango de DBO esperado, y está especificado en las instrucciones de

uso del biómetro.

Colocar la cápsula conteniendo OHNa sobre la parte superior del biómetro, una

vez que la muestra esté estable y no se observen burbujas de aire.

Cerrar el biómetro con el correspondiente tapón-registrador, poner la lectura a

cero.

Introducir el biómetro en cámara a 25ºC y encender el agitador magnético.

Mantener agitación suave constante durante todo el ensayo.

Realizar la lectura a los cinco días, como indica procedimiento de lectura de la

casa fabricante del biómetro. La DBO5, expresada en mg de O2 por litro de

muestra final del agua analizada, será la lectura obtenida en el biómetro

multiplicada por el factor de dilución del ensayo. Correspondencia: factor de

dilución a volumen de muestra introducido en el biómetro se indica en las

instrucciones de uso del biómetro.


Documents

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUILrepositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/33143/1/401-1310...Katherine Zalamea, Msc., por su acertada labor como directora de tesis. En especial al Ing. Carlos