universidad de san carlos de guatemala - … · tubería obra de ingeniería hidráulica por medio...
Post on 05-Oct-2018
216 Views
Preview:
TRANSCRIPT
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA REGIONAL DE INGENIERÍA SANITARIA Y RECURSOS
HIDRÁULICOS -ERIS-
“EVALUACIÓN DEL PROCESO COAGULACIÓN-FLOCULACIÒN EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES DE UNA EMPRESA MANUFACTURERA DE JABONES, DETERGENTES,
DENTÍFRICOS Y DESINFECTANTES”
ESTUDIO ESPECIAL
ING. MIRNA CONCEPCIÓN GÓMEZ CADENAS
Guatemala, julio de 2002.
INTER CÆ
TER
AS
OR
BIS
CONSPICUA CAROLINA AC
AD
EM
IA C
OACTEMALENSIS
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES___________________________________________ I
Figuras_____________________________________________________________ I
Tablas ____________________________________________________________ II
Gráficas ___________________________________________________________IV
GLOSARIO___________________________________________________________VI
RESUMEN ___________________________________________________________ X
INTRODUCCIÓN ____________________________________________________XII
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA__________________________________ XIV
HIPÓTESIS _________________________________________________________ XV
OBJETIVOS_________________________________________________________ XV
LIMITACIONES ____________________________________________________ XVI
1. ANTECEDENTES__________________________________________________1
1.1 Reseña Histórica ________________________________________________1
1.2 Investigación sobre la dosis óptima de reactivos _______________________2
2. DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO ___________________4
3. MARCO TEÓRICO ________________________________________________10
3.1 Coagulación-Floculación ________________________________________10
3.1.1 Cinética o etapas de la coagulación ________________________________10
3.1.2 Mecanismos de coagulación predominantes_________________________11
a) Coagulación por adsorción_________________________________________12
b) Coagulación por barrido __________________________________________12
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
3.2 Mezcla rápida _________________________________________________13
3.2.1 Mezcla rápida y mecanismos de la coagulación______________________13
3.3 Parámetros Operacionales________________________________________15
3.3.1 Gradiente de velocidad _________________________________________15
3.3.2 Intensidad y tiempo de mezcla ___________________________________16
4. METODOLOGÍA__________________________________________________18
4.1 Universo de Trabajo ____________________________________________18
4.2 Puntos de Muestreo _____________________________________________18
4.3 Metodología de Análisis _________________________________________18
5. CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES EN
ESTUDIO ____________________________________________________________21
5.1 Caudal de entrada a la planta de tratamiento (QENTRA) _______________22
5.2 Caudal de tratamiento ___________________________________________23
5.3 Potencial hidrógeno (pH) ________________________________________25
5.4 Temperatura __________________________________________________25
5.5 Ingrediente Activo ______________________________________________27
6. RESULTADOS____________________________________________________29
7. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS ______________________________34
8. CONCLUSIONES _________________________________________________39
9. RECOMENDACIONES ____________________________________________40
10. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS _______________________________42
11. ANEXOS_______________________________________________________43
A. Propuesta CONAMA para la descarga de aguas residuales industriales ____44
B. Determinación del caudal de ingreso QENTRA_________________________45
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
C. Procedimiento para determinar los parámetros operacionales a través de la
prueba de jarras. _____________________________________________________49
D. Resultados de la Prueba de Jarras del presente estudio.___________________51
E. Determinación de la Ecuación de Gradiente en función del Tiempo._______71
F. Evaluación de los gradientes de velocidad . __________________________73
G. Gradientes de velocidad que actualmente se utilizan en la planta de tratamiento
en estudio. __________________________________________________________75
H. Tiempo de retención actuales en las unidades de mezcla y floculación de la
planta de tratamiento en estudio._________________________________________77
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
I
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Figuras
1 Trampa de grasas _________________________________________________ 4
2 Tanque de homogenización _________________________________________ 5
3 Bomba dosificadora de ácido sulfúrico ________________________________ 6
4 Unidades de mezcla de reactivos y floculación __________________________ 7
5 Tanque sedimentador (Clarificador) __________________________________ 8
6 Tanque de almacenamiento de lodos __________________________________ 9
7 Filtro prensa _____________________________________________________ 9
8 Esquema del tratamiento de aguas residuales en estudio __________________ 10
9 Multiagitador Phipps & Bird para la prueba de jarras _____________________ 21
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
II
Tablas
1
Caudal que ingresa (QENTRA) a la planta de tratamiento en estudio
(Año 1999)______________________________________________________
2
2 Caracterización fisicoquímica de la aguas residuales industriales (Año 1999)__ 3
3 Dosificación de recomendada para el tratamiento por precipitación química __ 3
4 Caracterización. Análisis estadístico de los datos________________________ 22
5 Análisis de frecuencia del Caudal que ingresa (QENTRA) a la planta de
tratamiento (2001-2002)____________________________________________
23
6 Análisis de frecuencia del caudal de tratamiento_________________________ 25
7 Análisis de frecuencia del potencial hidrógeno (pH)______________________ 26
8 Análisis de frecuencia de la temperatura_______________________________ 27
9 Análisis de frecuencia del ingrediente activo____________________________ 29
10 Calidad del agua residual utilizada en las pruebas de jarras________________ 30
11 Valores mínimos obtenidos en las pruebas de jarras______________________ 30
12
Dosificación utilizada en la prueba de jarras para la evaluación de los
gradientes óptimos________________________________________________
32
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
III
13 Alternativa 1. Tiempo de retención dividido en períodos de 4 min__________ 33
14 Porcentajes de remoción utilizando Alternativa 1________________________ 33
15 Alternativa 2. Tiempo de retención dividido en períodos de 6 min__________ 33
16 Porcentajes de remoción utilizando Alternativa 2________________________ 33
17 Alternativa 3. Tiempo de retención de 12 min__________________________ 34
18 Porcentajes de remoción utilizando Alternativa 3________________________ 34
19 Variables operacionales utilizadas en la planta de tratamiento en estudio______ 34
20 Limites máximos permisibles recomendados por CONAMA para una empresa
manufacturera de jabones y detergentes________________________________
46
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
IV
Gráficas
1 Curva de frecuencia del caudal que ingresa a la planta de tratamiento
(QENTRA)_____________________________________________________
24
2 Curva de frecuencia del caudal de tratamiento_________________________ 25
3 Curva de frecuencia del potencial hidrógeno (pH)______________________ 27
4 Curva de frecuencia de temperatura__________________________________ 28
5 Curva de frecuencia del ingrediente activo____________________________ 29
6 Valores mínimos obtenidos en cada una de las pruebas de jarras___________ 32
7 Ecuación Gradiente de velocidad versus tiempo de retención______________ 32
8 Color aparente residual versus tiempo de floculación. Prueba de Jarras 1____ 54
9 Color aparente residual versus gradiente de velocidad. Prueba de Jarras 1___ 54
10 Color aparente residual versus tiempo de floculación. Prueba de Jarras 2____ 56
11 Color aparente residual versus gradiente de velocidad. Prueba de Jarras 2___ 56
12 Color aparente residual versus tiempo de floculación. Prueba de Jarras 3____ 58
13 Color aparente residual versus gradiente de velocidad. Prueba de Jarras 3___ 58
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
V
14 Color aparente residual versus tiempo de floculación. Prueba de Jarras 4____ 60
15 Color aparente residual versus gradiente de velocidad. Prueba de Jarras 4___ 60
16 Color aparente residual versus tiempo de floculación. Prueba de Jarras 5 ___ 62
17 Color aparente residual versus gradiente de velocidad. Prueba de Jarras 5___ 62
18 Color aparente residual versus tiempo de floculación. Prueba de Jarras 6 ___ 64
19 Color aparente residual versus gradiente de velocidad. Prueba de Jarras 6___ 64
20 Color aparente residual versus tiempo de floculación. Prueba de Jarras 7____ 66
21 Color aparente residual versus gradiente de velocidad. Prueba de Jarras 7___ 66
22 Color aparente residual versus tiempo de floculación. Prueba de Jarras 8____ 68
23 Color aparente residual versus gradiente de velocidad. Prueba de Jarras 8___ 68
24 Color aparente residual versus tiempo de floculación. Prueba de Jarras 9____ 70
25 Color aparente residual versus gradiente de velocidad. Prueba de Jarras 9___ 70
26 Color aparente residual versus tiempo de floculación. Prueba de Jarras 10___ 72
27 Color aparente residual versus gradiente de velocidad. Prueba de Jarras 10 __ 72
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
VI
GLOSARIO
Afluente Se llama así al caudal de aguas residuales que ingresa a la planta
de tratamiento.
Aguas negras Aguas residuales cuyas características son mayoritariamente
orgánicas (desechos sanitarios, cafeterías, etc.).
Agua residual Es el líquido resultante de cualquier uso, proceso y operaciones de
tipo agropecuario, doméstico o industrial.
Análisis físico Pruebas físicas que miden y registran aquellas propiedades que
pueden ser observadas por los sentidos.
Análisis químico Pruebas químicas que determinan las cantidades de materia
orgánica e inorgánica presentes en el agua, que afecta su calidad y
proporciona datos acerca de contaminaciones o muestra
variaciones ocasionadas por un tratamiento.
Concentración Medida de la cantidad de materia en una unidad de volumen o
masa.
Descarga Acción de depositar un vertido en un cuerpo receptor.
DBO5 Cantidad de oxígeno necesaria para la oxidación de sustancias
orgánicas biodegradables presentes en el agua a los cinco días.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
VII
DQO La demanda química de oxígeno necesario para estabilizar
químicamente sustancias de origen orgánico e inorgánico
presentes en el agua.
Desechos
industriales
Aguas residuales provenientes de procesos industriales, lavados o
enfriamiento.
Efluente Se refiere al caudal de agua que sale de la planta de tratamiento.
Industria Se considera la instalación industrial y sus anexos y
dependencias, ya sean cubiertos o descubiertos, que se dediquen a
la manipulación, elaboración o transformación de productos
naturales o artificiales, mediante tratamiento físico, químico,
biológico y otros, utilizando o no maquinaria, ubicados en áreas
rurales y urbanas.
Ingrediente activo La empresa en estudio se refiere de esta manera a los surfactantes
aniónicos utilizadas en la fabricación de jabones y detergentes.
Lixiviado Desecho líquido resultante de un proceso de filtración.
LMP Límite máximo permisible. Promedio diario, los valores, rangos
y concentraciones máximo de los parámetros que debe cumplir
el responsable de permisible descarga, en funcion del análisis de
una muestra compuesta de las aguas residuales provenientes de
esta industria.
Materia flotante Materia que permanecen temporal o permanentemente en la
superficie del cuerpo de agua, limitando su uso.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
VIII
Método Procedimientos recomendados para el análisis de cualquier
parámetro ( físico, químico, bacteriológico, etc.).
Muestra
compuesta
La que resulta de mezclar varias muestras simples. Debe ser
proporcional al caudal descargado en el momento de la captación
de la muestra.
Parámetro Es aquella característica que puede ser sometida a medición.
pH Potencial hidrógeno, se define como el logaritmo inverso de la
concentración de iones hidrógeno y mide la intensidad de la
reacción alcalina del agua.
Sólidos totales Cantidad de materia sólida que permanece como residuo,
posterior a la evaporación total del agua.
Sólidos disueltos
totales
Sólidos disueltos totales. Se componen de moléculas orgánicas e
inorgánicas e iones que se encuentran presentes en solución
verdadera en el agua.
Sólidos en
suspensión
Son aquellos cuyo diámetro mínimo es aproximadamente una
micra.
Sólidos
sedimentables
Materia que se deposita en el fondo de un cuerpo de agua o
unidad de tratamiento por acción de la gravedad.
Tanque de
almacenamiento
Es una estructura hidráulica utilizada para el acopio de agua.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
IX
Tratamiento de
aguas residuales
Es cualquier proceso físico, químico o biológico, definido para
depurar las condiciones de las aguas residuales a través de
procesos unitario preliminares, primarios, secundarios, o
avanzados, a fin de cumplir normas establecidas.
Tubería Obra de ingeniería hidráulica por medio de la cual se transporta el
agua entre dos puntos geográficos distantes (distancia > 1 Km).
Vertido Efluente o descarga proveniente de un establecimiento comercial,
agropecuario, industrial, planta de tratamiento, etc.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
X
ABSTRACT
The main objective of the present study is to determine the operational
parameters (velocity gradient and the retention time) of the industrial wastewater
of a company manufacturer of detergents, toothpastes, soaps and disinfectants
through the Jar Test still when the quantity and quality of the same ones is not
constant.
To carry out the determination of the operational parameters, ten samples
of industrial wastewater they were captured in different dates and the velocity
gradients and the retention times were determined through the Jar Test
recommended by the Pan-American Center of Sanitary Engineering (CEPIS),
using the apparent color as comparison variable.
According to the obtained results, the optimum time of flocculation is
12 minutes and the velocity gradient of flocculation is 60 s-1 (when a single
flocculation unit is used).
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
XI
RESUMEN
En el presente estudio especial se llevó a cabo la evaluación de los
parámetros operacionales (tiempo de retención y gradiente de velocidad) del
proceso coagulación-floculación de una planta de tratamiento de aguas residuales
industriales provenientes de una empresa manufacturera de jabones, detergentes,
dentífricos y desinfectantes.
Para llevar a cabo la evaluación se captaron diez muestras de aguas
residuales industriales en diferentes fechas y se determinaron los gradientes de
velocidad y los tiempos de retención por medio de la Prueba de Jarras
recomendada por el Centro Panamericano de Ingeniería Sanitaria (CEPIS),
utilizando el color aparente como variable de comparación.
De acuerdo a los resultados obtenidos, el tiempo de floculación utilizado
actualmente en la planta de tratamiento en estudio es 1.3 minutos y se encuentra
por debajo del determinado con las pruebas de jarras (12.9 minutos). De igual
manera, el gradiente de velocidad de la unidad de floculación utilizado en la
actualidad es 2 s-1 mientras que el determinado por las pruebas de jarras es 60 s-1
(cuando se utiliza una sola unidad de floculación).
Con la evaluación de los parámetros operacionales obtenidos a partir de
los resultados del presente estudio pudo comprobarse la hipótesis que asegura que
es factible determinar el tiempo de retención y los gradientes de velocidad de las
aguas residuales de la empresa en estudio aún cuando la calidad de las mismas no
es constante.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
XII
INTRODUCCIÓN
En la actualidad, las exigencias del comercio internacional hacen que las
empresas transnacionales y las empresas nacionales que buscan certificase para competir
cumplan con las exigencias para la descarga controlada de sus aguas residuales
domésticas y/o industriales. Lo anterior ha generado un creciente interés en la
investigación de procesos físicos, químicos, microbiológicos o combinaciones de estos,
que garanticen que las aguas residuales generadas por los diferentes procesos
industriales alcancen, luego de ser tratadas, las concentraciones estipuladas en las
regulaciones internas de la empresa y/o las regulaciones gubernamentales.
En 1996 la Comisión Nacional del Medio Ambiente, CONAMA, (actualmente
Ministerio de Medio Ambiente) dio a conocer la primera propuesta para alcanzar
gradualmente los Límites Máximos Permisibles para la descarga de Agua Residuales
provenientes de los diferentes procesos de manufactura. Dicha propuesta se encuentra
aún pendiente de aprobación para sustituir al Decreto 60-89.
Para cumplir con las exigencias internas y gubernamentales en la primera etapa,
la empresa en estudio inició en 1998 un programa para optimizar gradualmente su
tratamiento fisicoquímico de aguas residuales industriales. Dentro de este programa se
encuentra el presente estudio especial cuyo objetivo es evaluar los parámetros de diseño
del proceso coagulación floculación del tratamiento.
El capítulo 1 incluye una reseña histórica y los resultados de un estudio previo
realizado a la planta de tratamiento, el cual tuvo como objetivo principal determinar la
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
XIII
dosificación óptima de reactivos en la precipitación química1. Es por ello que en el
presente estudio no se profundiza el tema de la dosificación óptima.
En el capítulo 2 se hace una breve descripción de la planta de tratamiento. En el
Capítulo 3 se recopila la información bibliográfica que muestra la importancia de los
parámetros de diseño de las unidades de mezcla, coagulación y sedimentación para
garantizar la máxima eficiencia en la precipitación química. El Capítulo 4 corresponde a
la Metodología utilizada en la evaluación y en los capítulos restantes se dan a conocer
los resultados y conclusiones de la evaluación y las recomendaciones pertinentes.
1 Referencia bibliográfica 4.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
XIV
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La planta de tratamiento en estudio reúne las unidades necesarias para llevar a
cabo el tratamiento de las aguas residuales provenientes de los diferentes procesos de
manufactura a través de la precipitación química de los sólidos suspendidos utilizando
sulfato de aluminio como coagulante, cal como modificador de pH y polímero aniónico
como auxiliar de coagulación. Fue instalada en 1978 y su diseño se determinó en base a
la calidad de las aguas residuales descargadas en ese momento por la manufactura de
detergentes y crema dental. Para 1996, ya se habían incorporado los procesos de
saponificación, elaboración de jabones, detergentes líquidos, desinfectantes, cepillos y
recipientes plásticos. Esto dio como resultado el incremento del caudal a tratar y la
modificación de la calidad de las aguas residuales, causando la reducción en la efic iencia
del tratamiento.
Durante el período 1997-2000 se realizó un estudio para determinar la
dosificación óptima de reactivos. Como resultado se incrementaron la efectividad de
los sólidos sedimentables, sólidos suspendidos, nitratos y fosfatos. A pesar de las
modificaciones, actualmente existen puntos muertos en la unidad de floculación,
conglomerados en la superficie del tanque clarificador y flóculos sin sedimetar en el
efluente final.
En la precipitación química, el grado de clarificación resultante depende tanto de
la dosificación de productos químicos que se adicionan como de los parámetros
operacionales (gradientes de velocidad y tiempos de retención). El manual de
operación de la planta de tratamiento en estudio no incluye los gradientes de velocidad y
por ello los gradientes utilizados en la planta de tratamiento fueron adoptados
empíricamente.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
XV
HIPÓTESIS
Es factible determinar los parámetros operacionales (gradiente de velocidad y los
tiempo de retención) de las aguas residuales de una empresa manufacturera de
detergentes, dentífricos, jabones y desinfectantes a través de la prueba de jarras aún
cuando la cantidad y calidad de las aguas residuales industriales en estudio no sean
constantes.
OBJETIVOS
• General
Evaluar los parámetros operacionales del proceso Coagulación-Floculación de la
planta de tratamiento de aguas residuales industriales de una empresa manufacturera de
jabones, detergentes, dentífricos y desinfectantes.
• Específicos
1. Realizar la caracterización de las aguas residuales industriales en estudio.
2. Determinar los gradientes de velocidad y tiempos de retención óptimos para el
tratamiento de las aguas residuales industriales en estudio a través de la
Prueba de Jarras.
3. Comparar los gradientes de velocidad y los tiempos de retención utilizados
actualmente en la Planta de Tratamiento con los determinados por medio de la
Prueba de Jarras.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
XVI
LIMITACIONES
La calidad de las aguas residuales descargadas por una industria está en función
de los procesos que se llevan a cabo dentro de la misma, por tal motivo, los resultados de
la presente evaluación son válidos únicamente para la empresa en estudio.
El tamaño de la empresa en estudio y la diversidad de procesos de manufactura
que en ella se llevan a cabo hacen que las características de sus aguas residuales
industriales sean muy variables. Debido a esto, sólo se eligieron las muestras más
representativas en función de la frecuencia del potencial hidrógeno (pH).
La evaluación se realiza a nivel de Laboratorio ya que no se cuenta con una
planta piloto. La prueba de jarras es una técnica de laboratorio utilizada en las plantas
de tratamiento de agua para determinar la dosificación de reactivos adecuada en la
precipitación química. Este ensayo intenta simular las condiciones en las cuales coagula
el agua en la planta de tratamiento, sin embargo, dado el pequeño volumen (1 ó 2 litros)
que los vasos de precipitado contienen en comparación con el gran volumen de los
tanques de floculación reales, la prueba de jarrras constituye una pobre reproducción del
proceso que se efectúa en el prototipo. No obstante, esta prueba sigue siendo el mejor
método que hasta ahora se ha desarrollado para tales propósitos.
La velocidad máxima alcanzada por el multiagitador (equipo utilizado en la
Prueba de Jarras) cuando se utilizan jarras de 1 litro es de 100 rpm que corresponde a un
gradiente de velocidad de 180 s-1 .
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
1
1. ANTECEDENTES
1.1 Reseña Histórica
La empresa en estudio divide sus aguas residuales en dos clases para su
tratamiento: a) aguas residuales domésticas que provienen de la cafetería y servicios
sanitarios y b) aguas residuales industriales que provienen de los procesos de
manufactura de productos, del agua utilizada en la limpieza del equipo e instalaciones y
de una porción del agua utilizada para enfriamiento. Las aguas residuales industriales
generadas por las plantas de jabones, detergentes, dentífricos y desinfectantes son
recolectadas en la red diseñada para tal propósito y conducidas por medio de una tubería
principal a la planta de tratamiento de aguas residuales industriales.
La planta de tratamiento de desechos industriales fue adquirida a una firma
estadounidense y pertenece a las llamadas plantas “paquete”, funciona desde 1978 y
reúne las unidades necesarias para el tratamiento de aguas residuales industriales por
medio de un proceso de precipitación química. Fue diseñada para tratar un caudal de 20
gal/min (1.26 L/seg) utilizando sulfato de aluminio como coagulante y cal como
modificador de pH. En un principio, las aguas residuales industriales tratadas por la
planta de tratamiento eran generadas por los procesos de fabricación de detergentes y
dentífricos, sin embargo, el crecimiento en la producción y la implementación de nuevos
procesos (saponificación, fabricación de jabones, fabricación de detergentes líquidos y
desinfectantes) modificaron su calidad.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
2
1.2 Investigación sobre la dosis óptima de reactivos
Los cambios en la calidad del afluente disminuyeron la eficiencia del tratamiento
y por ello como parte del programa de optimización antes mencionado, durante el
período 1997 a 2000 se realizó un estudio para caracterizar las aguas residuales
industriales y determinar la dosificación óptima de reactivos utilizados en la
precipitación química. Los resultados de la caracterización se resumen en las Tablas 1 y
2 que se muestran al final de esta sección. Como resultado de la caracterización y de las
pruebas para determinar la dosis óptima de reactivos (Tabla 3), fueron adicionadas dos
etapas al proceso de la precipitación química: modificación de pH con ácido sulfúrico y
adición de un polímero aniónico como auxiliar de coagulación. La efectividad del
tratamiento aumentó para los sólidos sedimentables de 24% a 69%, sólidos suspendidos
de 53% a 100%, nitratos de 37% a 100%, fosfatos de 86% a 100% y pH de 24% a 100%.
Sin embargo, durante la realización de dicho estudio se observaron puntos muertos en
los compartimentos de mezcla de reactivos, presencia de conglomerados en la superficie
del tanque clarificador y además flóculos en el efluente final. Además, los sólidos
sedimentables en el efluente son flóculos producto del tratamiento que deberían quedar
retenidos en el tanque clarificador. De allí la necesidad de llevar a cabo la evaluación de
los parámetros de diseño del proceso de tratamiento.
Tabla 1. Caudal que ingresa (QENTRA) a la planta de tratamiento en estudio (año 1999).
Fuente: Referencia bibliográfica 4, pág. 41
Año QENTRA PROMEDIO
(gal/min)
DESVIACIÓN ESTÁNDAR
(gal/min)
1998 18.47 5.53
1999 19.66 6.21
2000 18.85 5.06
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
3
Tabla 2. Caracterización fisicoquímica de las aguas residuales industriales ( año 1999).
Parámetro Unidades Total Datos Promedio Desviación
Estándar Valor Máximo
Valor
Mínimo
Sólidos sedimentables mL/L 98 2 4 30 0
Sólidos suspendidos mg/L 134 1230 1509 6350 43
Nitratos mg/L 78 61 100 484 0
Fosfatos mg/L 78 104 124 610 1
PH Unid. PH 160 10 2 14 5
Ingrediente activo mg/L 136 306 488 3202 0
Grasas y aceites mg/L 79 547 646 2916 2
DQO mg/L 120 6631 2386 12000 1600
DBO5 mg/L 73 512 293 1715 60
Fuente: Referencia bibliográfica 4, pag. 41.
Tabla 3. Dosificación recomendada para el tratamiento por precipitación química.
Características del afluente pH ajustado con ácido
sulfúrico
pH después del sulfato de
aluminio
pH después de
la cal
Polímero
(mg/L)
1. pH > 11
Sustancias tensoactivas: <500 mg/L
11
6
7
10
2. pH > 11
Sustancias tensoactivas: >500 mg/L
11
5.5
8
5 – 7
3. * pH < 11
Sustancias tensoactivas: < 500 mg/L
---
6.5 - 7
12
5 – 7
4. * pH < 11
Sustancias tensoactivas; > 500 mg/L
---
6
12
10
Fuente: Referencia bibliográfica 4, pag. 50. * Orden de adición de reactivos: Cal, sulfato de aluminio y polímero.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
4
2. DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO
La planta de tratamiento de desechos industriales en estudio abarca el
pretratamiento y tratamiento primario (Figura 8) y consta de las siguientes etapas:
a) Separación de grasas. Al final de la tubería principal de recolección desechos
industriales se encuentra una trampa de grasas con capacidad para 600 galones.
En ella los materiales menos densos (como la grasa) pasan a la parte superior y
son removidos manualmente por el operador de la planta de tratamiento con la
ayuda de un utensilio que consiste en un cedazo soportado en una estructura
metálica.
Figura 1. Trampa de grasas.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
5
b) Homogenización. El tanque de homogenización tiene una capacidad
aproximada de 46,000 galones y tiene como funciones lograr que el agua
residual a tratar posea características muy parecidas, proporcionar 24 horas para
mantenimiento o reparación de los equipos de la planta de tratamiento (si el
caudal descargado por las plantas es de 20 gal/min) y amortiguar caudales pico.
El tanque posee dos unidades de agitación tipo hélice, lo anterior no sólo evita la
sedimentación de sólidos, que en este caso disminuirían el volumen efectivo de
almacenamiento sino también, evita la descomposición anaeróbica de los sólidos
sedimentados (lodos).
Figura 2. Tanque de homogenización.
c) Ajuste de pH. En este paso, el pH de las aguas residuales se ajusta al pH óptimo
para lograr mejores resultados en la precipitación química. En este caso, el pH a
modificar es el que se encuentran por arriba de 10 unidades. Para ello, se inyecta
ácido sulfúrico grado industrial en la tubería que conduce las aguas residuales
por medio de una bomba dosificadora (Figura 3).
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
6
Figura 3. Bomba dosificadora de ácido sulfúrico.
d) Precipitación química. Se lleva a cabo en dos compartimentos (Figura 4)
provistos de agitación mecánica en donde son mezclados el sulfato de aluminio,
la cal y un polímero aniónico, que son los reactivos utilizados en el tratamiento.
La concentración de la solución de sulfato de aluminio utilizada es del 8% según,
la solución de cal se prepara al 1.32% y la solución del polímero aniónico al
0.125%. El tiempo de retención en los compartimentos es de 1 minuto cuando
el caudal de tratamiento es de 20 galones por minuto.
Figura 4. Compartimentos para la mezcla de reactivos.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
7
e) Clarificación. Después de la coagulación el caudal tratado es trasladado al
tanque clarificador, el cual tiene una capacidad de 7,200 galones (Figura 5) y un
tiempo de retención de 6 horas cuando el caudal de tratamiento es de 20 galones
por minuto. En él se lleva a cabo la sedimentación de los flóculos producto de la
precipitación química. El efluente clarificado se une al efluente resultante del
tratamiento de aguas residuales domésticas y posteriormente son descargados al
drenaje municipal.
Figura 5. Tanque de sedimentación (clarificador).
f) Filtración de lodos. Los lodos formados por el material precipitado son
almacenados en un tanque elevado con capacidad para 7,000 galones (Figura 6) y
de allí pasan al filtro prensa. En esta etapa los lodos almacenados son trasladados
a un filtro prensa (Figura 7) para su deshidratación. El tiempo necesario para
lograr la mayor deshidratación es de 4 horas que unidas a las dos horas utilizadas
para el llenado del filtro y la limpieza de las placas hacen un total de 6 horas
(mínimo) por cada filtración.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
8
Figura 6. Tanque de almacenamiento de lodos.
Figura 7. Filtro Prensa
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
9
Figura 8. Esquema del tratamiento de aguas residuales industriales en estudio.
Esquema del proceso de la planta de tratamiento en estudio. Áreas de manufactura QENTRA Trampa de grasas Lodos Botadero controlado
Lixiviados
AFLUENTE PTAR-I MF EFLUENTE PTAR -I Efluente PTAR-D
Efluente final
Colector Municipal
Ácido Sulfúrico
Sulfato de Aluminio
Cal
Polímero
Tanque
Homogenización
Tanque
Clarificador
Filtro Prensa
CU
QENTRA: Caudal de entrada MF: medidor de flujo CU: caja unificadora de caudales PTARD: planta de tratamiento de aguas residuales domésticas PTARI: planta de tratamiento de aguas residuales industriales
: bomba : agitador T.A.: tanque auxiliar
Tanque almacen. de lodos
T. A. T. A. T. A.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
10
3. MARCO TEÓRICO
3.1 Coagulación-Floculación2
El proceso de coagulación transforma las pequeñas partículas en grandes
aglomerados, de manera que se facilite la sedimentación. El proceso global de
coagulación incluye las etapas de desestabilización y floculación, que es la etapa de
transporte provocando el crecimiento de las partículas aglomeradas.
Las impurezas presentes en el agua en forma de partículas en estado coloidal,
tienen carga negativa, pero la dispersión coloidal (agua+coloides), no tienen una carga
eléctrica única. Las cargas originales de las partículas son equilibradas con las cargas de
la fase acuosa, resultando una doble capa eléctrica en cada interfase entre el sólido y el
agua. Las fuerzas de difusión y atracción electrostática dispersan la carga en el agua
alrededor de cada partícula, en una capa difusa. Las fuerzas eléctricas de repulsión y las
fuerzas de atracción de Van Der Waals interaccionan con las partículas en la solución
produciendo una barrera potencial que previene la aglomeración. Al proceso de vencer
la barrera de repulsión para permitir que ocurra la aglomeración se le denomina
desestabilización.
3.1.1 Cinética o etapas de la coagulación
La coagulación es un proceso que depende del tiempo. Stumm y O´Melia
identificaron varias etapas en la reacción.
2 Referencia bibliográfica 7, Manual III, Tomo I.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
11
1. Hidrólisis de los iones metálicos multivalentes y su consecuente polimerización
hasta llegar a especies hidrolíticas multinucleadas.
2. Adsorción de las especies hidrolíticas en la interfase de la solución sólida para lograr
la desestabilización del coloide.
3. Aglomeración de las partículas desestabilizadas mediante un puente entre las
partículas que involucra el transporte de éstas y las interacciones químicas.
4. Aglomeración de las partículas desestabilizadas mediante el transporte de las
mismas y las fuerzas de Van Der Waals.
5. Formación de los flóculos.
6. Precipitación del hidróxido metálico.
Algunos de estos pasos ocurren secuencialmente, otros coinciden parcialmente y otros
incluso pueden ocurrir simultáneamente. Se pueden asumir que los diferentes pasos de
la reacción pueden resultar controlables en un cierto porcentaje, bajo diferentes
condiciones químicas.
3.1.2 Mecanismos de coagulación predominantes
La coagulación mediante sales inorgánicas se produce predominantemente por
medio de dos mecanismos:
1. Adsorción de las especies hidrolíticas por el coloide, provocando la neutralización de
la carga, y
2. Coagulación de barrido en la que se producen las interacciones entre el coloide y el
hidróxido precipitado.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
12
a) Coagulación por adsorción
Cuando se agrega sulfato de aluminio o sales de hierro al agua en condiciones
especiales de dosis de coagulante y pH, se forman una serie de especies solubles
hidrolizadas.
En el caso del sulfato de aluminio, las especies hidrolizadas que se forman son:
Al3+, Al(OH)2+, Al8(OH)20
4+ y Al(OH)4, las cuales son tomadas a menudo para
representar todo el sistema.
Estas especies hidrolizadas se adhieren o forman complejos superficiales con los
grupos SILANOL (SiOH) y el coloide y lo desestabilizan, permitiendo la formación de
flóculos. Este mecanismo es denominado neutralización de carga (también se le llama
de desestabilización-absorción).
Cuando la cantidad de coloides presentes en el agua es grande, la distancia entre
ellos es pequeña, siendo por lo tanto mayor la fuerza de atracción y la energía requerida
para su desestabilización menor, así como el potencial zeta resultante.
b) Coagulación por barrido
Con dosis de alúmina suficientemente altas se forma un precipitado de hidróxido
de aluminio que físicamente barre de la suspensión a las partículas coloidales, por lo que
se denomina coagulación de barrido. De lo precedente, es evidente que la coagulación
de las partículas coloidales en el tratamiento del agua es en su mayor parte controlada
por la química del hidróxido de aluminio y sus especies hidrolíticas precursoras.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
13
Este tipo de coagulación se presenta normalmente cuando el agua es clara y el
porcentaje de partículas coloidales es pequeño. En este caso las partículas son
entrampadas al producirse una sobresaturación de precipitado de sulfato de aluminio.
Debido a que la distancia entre las partículas es mayor, las fuerzas de atracción
son menores y se requiere de mayor cantidad de coagulante y energía para
desestabilizarlas, aumentando el potencial zeta y el tiempo de reacción que puede ser de
hasta 7 segundos.
3.2 Mezcla rápida
Se denomina así a las condiciones de intensidad de agitación y tiempo de
retención que debe reunir la masa de agua en el momento en que se dosifica el
coagulante, con la finalidad de que las reacciones de coagulación se den en las
condiciones óptima que correspondan al mecanismo de coagulación predominante.
Sabemos que la desestabilización de las partículas se leva a cabo principalmente
mediante dos mecanismos: adsorción o neutralización de las cargas y barrido.
Investigaciones realizadas han demostrado que las condiciones de la mezcla rápida son
importantes para optimizar el primer mecanismo mientras que para la coagulación de
barrido son indiferentes.
3.2.1 Mezcla rápida y mecanismos de la coagulación
En la coagulación por adsorción, las reacciones que preceden a la neutralización de
la carga con aluminio, son extremadamente rápidas y ocurren en milésimos de segundos
cuando no hay formación de polímeros hidrolíticos de Al(III), y en un segundo cuando
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
14
éstos se forman. En cambio, la formación del precipitado de hidróxido de aluminio
antes de la coagulación de barrido es lenta y se produce en un rango de 1 a 7 segundos.
Debido a la naturaleza de las reacciones involucradas en cada uno de estos
modelos de coagulación, se deduce que para que ocurra la neutralización de la carga es
imperativo que los coagulantes sean difundidos en las masas de agua, tan rápido como
sea posible (menos de 0.1 seg), para que los productos que se desarrollan entre 0.01 y 1
segundo, produzcan la desestabilización del coloide. Por el contrario, para la
coagulación de barrido, la formación del hidróxido se produce en un rango de 1 a 7
segundos, por lo que es evidente que no es de crucial importancia disponer de tiempos
de dispersión muy cortos, o de altas intensidades de mezcla.
a) Mezcla rápida para coagulación de barrido
En este mecanismo de coagulación, las interacciones se producen entre los
coloides del agua y la voluminosa formación de precipitado de hidróxido de hierro o
aluminio.
En la práctica del tratamiento de agua, en condiciones de coagulación de barrido,
el agua es sobresaturada en 3 ó 4 órdenes de magnitud y el hidróxido precipita con
mucha rapidez. En estas circunstancias son considerablemente más importantes las
condiciones químicas para lograr una buena precipitación y subsecuente floculación de
las partículas, que las interacciones de transporte entre el coloide y los productos
hidrolíticos durante la desestabilización. Por consiguientes, en este caso son importantes
los aspectos químicos de la etapa de desestabilización y los de transporte en la etapa de
floculación. Amirtharajah y Mills señalaron que cuando predomina la coagulación de
barrido, las condiciones de mezcla rápida no afectan los resultados obtenidos.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
15
Estos conceptos concuerdan con el estudio de Letterman et al., que señala que la
etapa de floculación es más importante que la sola desestabilización en condiciones
químicas de coagulación de barrido. Ellos indicaron que las etapas iniciales de la
floculación están influenciadas por las operaciones de mezcla rápida y encontraron un
período óptimo de mezcla rápida sustancialmente mayor que el período necesario para la
precipitación de aluminio (1-7 seg).
3.3 Parámetros Operacionales
Los parámetros operacionales de la mezcla rápida son la intensidad de agitación
que se impartirá al agua para dispersar al coagulante, el cual se evalúa mediante el
gradiente de velocidad, y el tiempo durante el cual debe aplicarse esta agitación al agua.
La magnitud de estos parámetros dependerá del tipo de coagulación que se va a llevar a
cabo: coagulación por adsorción o coagulación por barrido.
3.3.1 Gradiente de velocidad
El gradiente medio de velocidad, comúnmente indicado por la letra G, puede ser
fácilmente calculado por la ecuación de Camp y Stein:
G = √ P/µ∀
Donde:
µ = coeficiente de viscosidad dinámica
P/∀ = potencia disipada por unidad de volumen
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
16
La intensidad de agitación es importante sólo cuando el mecanismo
predominante es el de adsorción o neutralización de carga. Cuando el mecanismo
predominante es el de barrido, este parámetro es indiferente, debiendo limitarse a
producir una distribución homogénea del coagulante en la masa de agua.
En los casos en que el mecanismo predominante sea el de adsorción, los
gradientes de velocidad (G) recomendados varían entre 700 a 1000 s-1 y de 3000 a 5000
s-1 para coagulantes inorgánicos, dependiendo del tipo de mezclador.
3.3.2 Intensidad y tiempo de mezcla
La adecuación de estos parámetros es de especial importanc ia cuando el
mecanismo de coagulación predominante es el de adsorción o neutralización de carga.
En este caso, el coagulante debe dispersarse en forma instantánea en toda la masa de
agua antes de que la hidrólisis del coagulante se complete, sobre todo cuando se emplean
coagulantes inorgánicos como las sales de aluminio (III) o de hierro (III). Por lo que si
la unidad de mezcla no produce un gradiente de velocidad apropiado en un tiempo de
retención instantáneo, no se habrá logrado una desestabilización completa.
Con coagulación de barrido en cambio, sólo es necesaria una dispersión
homogénea, los tiempos de retención pueden ser mayores (1 a 7 segundos) y el gradiente
de velocidad no influye en la eficiencia como se ha podido constatar en resultados
experimentales.
Adicionalmente, gradientes de velocidad mayores de 1000 s-1 y menores de 3000
s-1 afectan negativamente el proceso produciendo una tasa de desestabilización mínima.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
17
En la coagulación con polímeros, gradientes superiores a 800 s-1 rompen las
cadenas poliméricas reduciendo la eficiencia.
Por otro lado, gradientes de velocidad exageradamente altos (<5000 s-1) traen
como consecuencia un fuerte retardo en el tiempo de formación del flóculo.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
18
4. METODOLOGÍA
4.1 Universo de Trabajo
El Universo de trabajo está conformado por la planta de tratamiento de aguas
residuales industriales de una empresa manufacturera de jabones, detergentes,
dentífricos y desinfectantes.
4.2 Puntos de Muestreo
Las muestras analizadas pertenecen al afluente de la planta de tratamiento en
estudio y fueron captadas en la válvula de muestreo ubicada en la tubería que sale del
tanque de homogenización
4.3 Metodología de Análisis
Se refiere a los procedimientos utilizados para el análisis fisicoquímico de las
aguas residuales en estudio.
4.3.1 Caudal de ingreso a la planta de tratamiento (QENTRA): Se realiza de
acuerdo al procedimiento descrito en el Anexo 1.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
19
4.3.2 Caudal de tratamiento: Se realiza a través de un medidor de flujo magnético
ubicado en la tubería que conduce el agua del tanque de homogenización a los
compartimentos para la mezcla rápida.
4.3.3 Potencial hidrógeno (pH): Las mediciones se realizan con un potenciómetro
marca HACH.
4.3.4 Temperatura: Se mide utilizando un termómetro electrónico marca HACH
4.3.5 Ingrediente Activo: Se denomina de esta manera a las sustancias tensoactivas
presentes en las aguas residuales en estudio. El método utilizado es el aprobado
por la empresa, el cual se basa en las sustancias que reaccionan al azul de
metileno.
4.3.6 Color aparente: Se mide por un método colorimétrico utilizando un
espectrofotómetro marca HACH DR/4000.
4.3.7 Demanda Química de Oxígeno: Se realiza por medio de una determinación
colorimétrica con un espectrofotómetro HACH DR/2010. El procedimiento
empleado es el HACH 8000 el cual es una adaptación del método colorimétrico
recomendado por Standard Methods for the examination of water and wastewater
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
20
4.3.8 Nitratos: Para su determinación se utiliza el método colorimétrico de reducción
con cadmio empleando un espectrofotómetro HACH DR/4000. Dicho método
corresponde al HACH 8039
4.3.9 Fosfatos: Se utiliza el método HACH 8048 conocido como el método del ácido
ascórbico. El procedimiento es equivalente al método USEPA 365.2 y al
Standard Method 4500-P-E for wastewater. Para las mediciones se utilizó un
espectrofotómetro HACH DR/4000.
4.3.10 Prueba de Jarras: Se realiza de acuerdo al procedimiento recomendado por el
CEPIS (ANEXO 4).
Figura 9. Multiagitador Phipps & Bird para Prueba de Jarras.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
21
5. CARACTERIZACIÓN DE LAS AGUAS RESIDUALES
INDUSTRIALES EN ESTUDIO
Como es bien sabido, uno de los pasos más importantes dentro de la
investigación de un proceso de tratamiento, es la caracterización del afluente a tratar, es
decir conocer la cantidad y la calidad de las aguas residuales a tratar. Para el presente
estudio es necesario actualizar la información sobre los mismos y por ello se utilizará la
información obtenida durante el año 2001 y los primeros cuatro meses de 2002. Para los
objetivos que persigue el presente estudio, la caracterización de las aguas residuales
industriales se realizará a partir de las variables de control medidas en la planta de
tratamiento en estudio: Caudal de entrada (QENTRA), Caudal de tratamiento,
potencial hidrógeno (pH), temperatura (grados Celsius) e Ingrediente Activo (mg/L).
La medición de las variables de control se realiza cada dos horas y con esto se ha podido
observar que la calidad del afluente a tratar puede cambiar, incluso drásticamente, en
dicho período, por ello, debe prestarse mucha atención a la misma para que la
dosificación de los reactivos utilizados en la precipitación química siga siendo la óptima.
Para el análisis estadístico se utiliza el promedio diario de las variables de control y los
resultados se resumen a continuación :
Tabla 4. Caracterización: Análisis estadístico de los datos.
QENTRA QTRATAMIENTOpH °C I.A. pH °C I.A. gal/min gal/min
NÚMERO DE DATOS N 416 416 416 416 416 416 416 416PROMEDIO X 10 31 358 8 30 64 23.0 27.8DESVIACIÓN ESTÁNDAR σ 2 3 313 1 3 84 6.2 4.3
VALOR MÁXIMO max 13 39 1888 12 37 944 41.5 40.0VALOR MÍNIMO min 4 20 0 6 21 0 5.7 17.4RANGO R 9 20 1888 6 16 944 35.9 22.6
No. CLASES DE GRUPOS K 10 10 10 10 10 10 9.7 9.7AMPLITUD DEL INTERVALO I 1 2 195 1 2 97 3.7 2.3
AFLUENTE EFLUENTE
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
22
5.1 Caudal de entrada a la planta de tratamiento (QENTRA)
Se refiere al volumen de aguas residuales por unidad de tiempo que ingresa al
tanque de homogenización de la planta de tratamiento. En el presente estudio se expresa
como galones por minuto (gal/min) y se calcula de acuerdo al procedimiento descrito en
el Anexo 1.
Los resultados del análisis de los datos de QENTRA se muestran en las Tablas 4,
5 y en la Gráfica 1.
Tabla 5: Análisis de frecuencia del caudal que ingresa (QENTRA) a la PTARI (2001-2002).
43.30 39.50 4 4 1.0% 41.4
39.50 35.70 8 12 1.9% 37.6
35.70 31.90 21 33 5.0% 33.8
31.90 28.10 45 78 10.8% 30.0
28.10 24.30 91 169 21.9% 26.2
24.30 20.50 103 272 24.8% 22.4
20.50 16.70 86 358 20.7% 18.6
16.70 12.90 38 396 9.1% 14.8
12.90 9.10 13 409 3.1% 11.0
9.10 5.30 7 416 1.7% 7.2
TOTAL 416 100.0%
65%
FRECUENCIAFRECUENCIA ACUMULADA
FRECUENCIA PORCENTUAL
MARCA CLASE (xi)
QENTRA arriba de 20 gal/min =
TABLA DE FRECUENCIA: QENTRA (CAUDAL QUE INGRESA A LA PTARI)
INTERVALO
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
23
Gráfica 1. Curva de frecuencia del caudal que ingresa a la planta (QENTRA)
5.2 Caudal de tratamiento
Se refiere al caudal de aguas residuales industriales que se trata en la planta de
tratamiento, se fija electrónicamente y se elige de acuerdo al caudal del afluente
(QENTRA). Se expresa en galones por minuto (gal/min) y se mide cada dos horas con
un medidor de flujo magnético.
El análisis estadístico de este parámetro se resume en la Tabla 6 y su
comportamiento puede observase en la Gráfica 2.
C U R V A D E F R E C U E N C I AC A U D A L Q U E I N G R E S A A L A P L A N T A D E T R A T A M I E N T O ( Q E N T R A )
0 . 0 %
5 . 0 %
1 0 . 0 %
1 5 . 0 %
2 0 . 0 %
2 5 . 0 %
3 0 . 0 %
0 . 0 5.0 1 0 . 0 15.0 20.0 25.0 3 0 . 0 35.0 4 0 . 0 45.0
Q E N T R A ( g a l / m i n )
FRE
CU
EN
CIA
PO
RC
EN
TUA
L
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
24
Tabla 6: Análisis de frecuencia del caudal de tratamiento.
Gráfica 2: Curva de frecuencia del caudal de tratamiento de la planta de tratamiento.
40.05 37.55 3 3 0.72% 38.80
37.55 35.05 3 6 0.72% 36.30
35.05 32.55 59 65 14.18% 33.80
32.55 30.05 24 89 5.77% 31.30
30.05 27.55 126 215 30.29% 28.80
27.55 25.05 35 250 8.41% 26.30
25.05 22.55 124 374 29.81% 23.80
22.55 20.05 24 398 5.77% 21.30
20.05 17.55 17 415 4.09% 18.80
17.55 15.05 1 416 0.24% 16.30
TOTAL 416 100.0%
96%Caudal tratamiento arriba de 20 gal/min =
TABLA DE FRECUENCIA: CAUDAL DE TRATAMIENTO
INTERVALO FRECUENCIA FRECUENCIA ACUMULADA
FRECUENCIA PORCENTUAL
MARCA CLASE (xi)
C U R V A D E F R E C U E N C I AC A U D A L D E T R A T A M I E N T O ( g a l / m i n )
0 . 0 0 %
5 . 0 0 %
1 0 . 0 0 %
1 5 . 0 0 %
2 0 . 0 0 %
2 5 . 0 0 %
3 0 . 0 0 %
3 5 . 0 0 %
1 0 . 0 0 1 5 . 0 0 2 0 . 0 0 2 5 . 0 0 3 0 . 0 0 3 5 . 0 0 4 0 . 0 0 4 5 . 0 0
C A U D A L D E T R A T A M I E N T O ( g a l / m i n )
FR
EC
UE
NC
IA P
OR
CE
NT
UA
L
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
25
5.3 Potencial hidrógeno (pH)
El término pH es una forma e expresar la concentración del ión hidrógeno, más
exactamente, la actividad del ión hidrógeno. En general, se usa para expresar la
intensidad de la condición ácida o alcalina de una solución, sin que esto quiera decir que
mida la acidez total o la alcalinidad total. Los resultados del análisis estadístico se
muestran en la Tabla 7 y Gráfica 3.
Tabla 7: Análisis de frecuencia del potencial hidrógeno (pH).
5.4 Temperatura
Los resultados del aná lisis estadístico se muestran en la Tabla 8 y Gráfica 4.
13.05 12.05 18 18 4.3% 12.6
12.05 11.05 96 114 23.1% 11.6
11.05 10.05 115 229 27.6% 10.6
10.05 9.05 65 294 15.6% 9.6
9.05 8.05 35 329 8.4% 8.6
8.05 7.05 21 350 5.0% 7.6
7.05 6.05 36 386 8.7% 6.6
6.05 5.05 26 412 6.3% 5.65.05 4.05 4 416 1.0% 4.6
TOTAL 416 100.0%
TABLA DE FRECUENCIA: POTENCIAL HIDRÓGENO (AFLUENTE)
FRECUENCIA FRECUENCIA ACUMULADA
FRECUENCIA PORCENTUALINTERVALO
MARCA CLASE (xi)
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
26
Gráfica 3. Curva de frecuencia del potencial hidrógeno (pH).
Tabla 8: Análisis de frecuencia de la temperatura.
C U R V A D E F R E C U E N C I AP O T E N C I A L H I D R Ó G E N O ( p H ) E N E L A F L U E N T E
0 . 0 %
5 . 0 %
1 0 . 0 %
1 5 . 0 %
2 0 . 0 %
2 5 . 0 %
3 0 . 0 %
1 2 . 6 1 1 . 6 1 0 . 6 9 . 6 8 . 6 7 . 6 6.6 5.6 4 . 6
P O T E N C I A L H I D R Ó G E N O ( p H )
FR
EC
UE
NC
IA P
OR
CE
NT
UA
L
39.55 37.45 3 3 0.7% 38.5
37.45 35.35 7 10 1.7% 36.4
35.35 33.25 66 76 15.9% 34.333.25 31.15 140 216 33.7% 32.231.15 29.05 98 314 23.6% 30.1
29.05 26.95 72 386 17.3% 28.0
26.95 24.85 18 404 4.3% 25.924.85 22.75 5 409 1.2% 23.8
22.75 20.65 6 415 1.4% 21.720.65 18.55 1 416 0.2% 19.6
TOTAL 416 100.0%
TABLA DE FRECUENCIA: TEMPERATURA, °C (AFLUENTE)
INTERVALO FRECUENCIA FRECUENCIA ACUMULADA
FRECUENCIA PORCENTUAL
MARCA CLASE (xi)
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
27
Gráfica 4. Curva de frecuencia de la Temperatura.
5.5 Ingrediente Activo
En este caso, se relaciona con la presencia de surfactantes aniónicos utilizados
como materia prima en la elaboración de detergentes y jabones. Los detergentes son
sustancias usadas para limpieza; son compuestos de materiales orgánicos
superficialmente activos en soluciones acuosas. Las moléculas de los compuestos
superficialmente activos son grandes, un extremo
de la molécula es muy soluble en agua y el otro soluble en aceites; generalmente, se usan
como sales de sodio o de potasio. Los detergentes, en el agua, alteran su tensión
superficial y permiten la formación de burbujas estables de aire, gracias a su contenido
de agentes superficiales activos y surfactantes, sustancias que combinan en una sola
molécula un grupo fuertemente hidrofóbico con uno fuertemente hidrofílico.
C U R V A D E F R E C U E N C I AT E M P E R A T U R A ( ° C ) E N E L A F L U E N T E
0.0%
5.0%
10.0%
15.0%
20.0%
25.0%
30.0%
35.0%
40.0%
38.5 3 6 . 4 34.3 32.2 30.1 28.0 2 5 . 9 23.8 21.7 19.6
T E M P E R A T U R A ( ° C )
FR
EC
UE
NC
IA P
OR
CE
NT
UA
L
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
28
Tabla 9: Análisis de frecuencia del Ingrediente Activo (mg/L).
Gráfica 5. Curva de frecuencia del ingrediente activo.
1887.85 1683.85 4 0 1.0% 1786
1683.85 1479.85 2 2 0.5% 1582
1479.85 1275.85 2 4 0.5% 1378
1275.85 1071.85 4 8 1.0% 11741071.85 867.85 12 20 2.9% 970
867.85 663.85 31 51 7.5% 766
663.85 459.85 58 109 13.9% 562459.85 255.85 105 214 25.2% 358
255.85 51.85 164 378 39.4% 15451.85 0 34 412 8.2% 26
TOTAL 416 100.0%
TABLA DE FRECUENCIA: INGREDIENTE ACTIVO, mg/L (AFLUENTE)
INTERVALO FRECUENCIA FRECUENCIA ACUMULADA
FRECUENCIA PORCENTUAL
MARCA CLASE (xi)
0.0%
5.0%
10.0%
15.0%
20.0%
25.0%
30.0%
35.0%
40.0%
45.0%
1786 1582 1378 1174 970 766 562 358 154 26
INGREDIENTE ACTIVO (mg/L )
FRE
CU
EN
CIA
PO
RC
EN
TUA
L
CURVA DE FRECUENCIAINGREDIENTE ACTIVO (mg/L ) EN EL AFLUENTE
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
29
6. RESULTADOS
Tabla 10. Calidad del agua residual utilizada en las pruebas de jarras.
Tabla 11. Valores mínimos obtenidos en las pruebas de jarras (Ver detalles en gráficas del Anexo D)
Color aparente Turbiedad pH Temperatura Ingrediente ActivoUnid. Pt-Co UNT Unidades °C mg/L
1 1315 420 10.7 35 1402 1930 550 9.8 36 703 1550 490 10 35 834 1350 440 10 35 975 1500 580 9.5 35 1256 1800 500 8 31 97 2440 850 9.4 32 2808 2210 650 7.2 32 1709 2220 620 8.9 31 150
10 2215 600 7.7 30 140
NÚMERO DE DATOS N 10 10 10 10 10PROMEDIO X 1853 570 9 33 126DESVIACIÓN ESTÁNDAR σ 409 124 1 2 72VALOR MÁXIMO max 2440 850 11 36 280VALOR MÍNIMO min 1315 420 7 30 9
Muestra No.
Prueba No. Tiempo óptimo (min) 5 min 10 min 15 min 20 min
1 11.6 108 68 56 302 12.5 104 71 56 303 10.6 104 73 60 304 14.8 110 68 57 305 10.5 100 70 62 306 14.2 99 71 58 307 11.2 108 73 52 308 15 105 77 62 309 14.4 104 75 63 3010 14.2 118 77 62 30
Total datos 10 10 10 10 10Promedio 12.9 106 72 59 30Desviación estándar 1.81 5.44 3.30 3.58 0.00Valor máximo 15 118 77 63 30Valor mínimo 10.5 99 68 52 30
Gradiente óptimo (s-1)
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
30
Gráfica 6
Valores mínimos obtenidos en cada una de las pruebas de jarras
Gráfica 7
Ecuación Log Gradiente versus Log Tiempo
V A L O R E S M Í N I M O S D E C A D A U N A D E L A S P R U E B A S D E J A R R A S
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
7 0
8 0
9 0
1 0 0
1 1 0
1 2 0
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5
T I E M P O
GR
AD
IEN
TE
P r u e b a 1
P r u e b a 2
¨ P r u e b a 3
P r u e b a 4
P r u e b a 5
P r u e b a 6
P r u e b a 7
P r u e b a 8
P r u e b a 9
P r u e b a 1 0
C O R R E L A C I Ó N D E R E S U L T A D O SM É T O D O D E L O S M Í N I M O S C U A D R A D O S
LOG G versus LOG T
L o g G = - 0 . 8 1 8 0 L o g T + 2 . 6 3 6 4r 2 = 0 .86
1 . 4 0 0
1 . 5 0 0
1 . 6 0 0
1 . 7 0 0
1 . 8 0 0
1 . 9 0 0
2 . 0 0 0
2 . 1 0 0
2 . 2 0 0
0 . 6 0 0 0 .700 0 .800 0 .900 1 .000 1 .100 1 . 2 0 0 1 . 3 0 0 1 . 4 0 0
L O G T
LO
G G
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
31
6.1 Ecuación del Gradiente de velocidad de floculación en función del tiempo de
retención
G = (1671 / T ) 0.8180 (Ecuación I)
Donde:
G = gradiente de velocidad en s-1
T = tiempo de retención en minutos
6.2 Evaluación de los Gradientes de Velocidad obtenidos a partir de la
Ecuación I.
a. Equipo utilizado
Volumen de la jarra = 1 L
Paletas = 2.5 x 7.5 cm
Estatores = 1.5 x 3.0 cm
b. Dosificación.
Tabla 12. Dosificación utilizada en la prueba de jarras (evaluación de gradientes).
Concentración Dosis Mezcla rápida
% mg/L Tiempo (seg)
1. Cal 2 1600 0.15
2. Sulfato 8 2400 0.30
3. Polímero 0.125 10 0.15
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
32
c. Alternativa 1
Tabla 13. Tiempo de retención dividido en períodos de 4 min (Alternativa 1).
Tabla 14. Porcentajes de remoción utilizando Alternativa 1.
d. Alternativa 2
Tabla 15. Tiempo de retención dividido en 2 períodos de 6 min (Alternativa 2).
Tabla 16. Porcentajes de remoción utilizando Alternativa 2.
Tiempo de retención Gradiente de velocidad Velocidad (rpm)
4 140 658 80 45
12 60 35
Parámetro Unidades Calidad original Calidad final % Remoción
Color aparente Unid. Pt-Co 3000 22 99
Turbiedad UTN 800 9.5 99
DQO mg/L 9300 4950 47
Nitratos mg/L 270 140 48Fosfatos mg/L 57 0.6 99
Tiempo de retención Gradiente de velocidad Velocidad (rpm)
6 70 5012 60 35
Parámetro Unidades Calidad original Calidad final % Remoción
Color aparente Unid. Pt-Co 3000 21 99
Turbiedad UTN 800 9.4 99
DQO mg/L 9300 4950 47Nitratos mg/L 270 140 48
Fosfatos mg/L 57 0.6 99
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
33
e. Alternativa 3
Tabla 17. Período de retención de 12 min (Alternativa 3)
Tabla 18. Porcentaje de remoción utilizando Alternativa 3.
6.3 Tiempos de retención y gradientes de velocidad utilizadas actualmente en la
planta de tratamiento de aguas residuales (Detalles en el Anexo G).
Tabla 19. Variables operacionales utilizadas actualmente en la planta de tratamiento.
Tiempo de retención Gradiente de velocidad Velocidad (rpm)
12 60 35
Parámetro Unidades Calidad original Calidad final % Remoción
Color aparente Unid. Pt-Co 3000 18 99
Turbiedad UTN 800 8 99
DQO mg/L 9300 4750 49
Nitratos mg/L 270 140 48
Fosfatos mg/L 57 0.6 99
Unidad Tiempo de retención Gradiente de velocidad
Mezcla 2 minutos 200 s-1
Floculación 1.3 minutos 2 s-1
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
34
7. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
El objetivo general del presente estudio es evaluar los parámetros operacionales
del proceso Coagulación-Floculación de la planta de tratamiento de aguas residuales
industriales de una empresa manufacturera de jabones, detergentes, dentífricos y
desinfectantes. Para alcanzarlo fueron planteados tres objetivos específicos y los
resultados obtenidos se detallan a continuación:
1. Caracterización de las aguas residuales industriales en estudio.
Tal como se mencionara en el Capítulo 5, la caracterización de las aguas
residuales en estudio se realizó a través de las variables de control de la planta de
tratamiento: Caudal que ingresa a la planta de tratamiento (QENTRA), caudal de
tratamiento, pH, temperatura e ingrediente activo, las cuales son medidas por el operador
en turno cada 2 horas siguiendo los procedimientos aprobados por la Empresa. Para el
análisis estadístico se utilizó el promedio diario de cada variable de control durante el
período enero-diciembre de 2001 y enero-abril de 2002, haciendo un total de 416 datos.
El análisis estadístico comprende la elaboración de la tabla de frecuencia y la
curva de frecuencia porcentual de cada una de las variables de control. Con lo anterior
es posible observar el rango en el que la variable de control aparece un mayor número de
veces.
Para el caudal que ingresa a la planta de tratamiento (QENTRA) los resultados se
muestran en la Tabla 5 y Gráfica 1. De acuerdo a ellos el 65% de los datos analizados
sobrepasan los 20 gal/min, que es el caudal de diseño. El resto se encuentra distribuido
en porcentajes menores en los intervalos restantes. Para el caudal de tratamiento (Tabla
6, Gráfica 2) el 95% de los datos analizados sobrepasan el caudal de diseño (20
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
35
gal/min). Lo anterior repercute en el proceso de floculación y sedimentación ya que el
tiempo de retención disminuye al aumentar el caudal de tratamiento y esto podría ser la
causa de la presencia de flóculos en el efluente tratado.
En la Tabla 7 y Gráfica 3 se muestran los resultados obtenidos en el análisis
estadístico del potencial hidrógeno (pH): el 15.6% de los valores se encuentran entre 9 y
10 unidades, el 27.6% entre 10 y 11 unidades y el 23.1% entre 11 y 12 unidades. Esto
quiere decir, que el 66.3% de los datos se encuentran entre 9 y 12 unidades.
La temperatura (Tabla 8 y Gráfica 4 ) muestra que el 23.6% de los valores se
encuentran entre 29 y 31 °C, 33.7% entre 31 y 33 °C, y 15.9% entre 33 y 35 °C. Esto
indica que aproximadamente el 73.2% de los valores se encuentran por arriba de los
30 °C, que es el límite máximo recomendado por CONAMA (Tabla 20).
En la Tabla 9 y Gráfica 5 puede observarse que para el ingrediente activo, el
39.4% de los datos se encuentra entre 52 y 256 mg/L,
2. Gradientes de velocidad y tiempos de retención
Para alcanzar el presente objetivo específico, se propuso la realización de 10
pruebas de jarras. Se captaron muestras en diferentes fechas para analizar calidades
distintas del agua residual, tratando que la muestra fuera representativa de los intervalos
de mayor frecuencia. Se realizó de este modo debido a que la calidad del agua residual
en estudio no es constante y no sería posible (por lo menos para el presente estudio)
evaluar cada una de las combinaciones posibles entre estas 5 variables.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
36
Generalmente, la turbiedad es el parámetro con el que se evalúa la eficiencia del
ensayo, sin embargo, en dos pruebas de jarras previas pudo constatarse que para el
presente estudio el color aparente era el más adecuado debido a que registraba
diferencias aún cuando la turbiedad era la misma.
En el anexo D se muestran los resultados de cada una de las pruebas de jarras y
las gráficas “Color aparente residual versus tiempo de retención” y “Color aparente
versus gradiente de velocidad” correspondientes. El valor de color aparente residual
mínimo en la gráfica “Color aparente residual versus tiempo de retención” corresponde
al tiempo de retención recomendable para obtener una mayor remoción de color
aparente. Con la gráfica “Color aparente residual versus gradiente de velocidad” se
determina el color aparente residual menor para cada uno de los gradientes evaluados y
con ellos se construye la ecuación del gradiente de velocidad en función del tiempo que
permite calcular los gradientes de velocidad óptimos (Anexo E).
De acuerdo a los resultados obtenidos (Anexo E), el tiempo óptimo de retención
es 12.9 minutos y la ecuación es la siguiente:
G (s-1) = ( 1671 / T ) 0.8180 (Ecuación I)
Donde G es el gradiente de velocidad en s-1 y T es el tiempo en minutos. Esta ecuación
es válida para los rangos mostrados en la Tabla 10.
El coeficiente de correlación (r2) correspondiente es 0.86 y luego de revisar los
datos y el comportamiento de éstos, puede asumirse que la desviación de los datos se
debe a la calidad variable del agua residual en estudio.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
37
Para fines prácticos el tiempo de retención se aproximó a 12 minutos. Se
propusieron tres alternativas para la distribución de los períodos de retención y se
calcularon los gradientes de velocidad a partir de la Ecuación I. Para evaluarlos se llevó
a cabo una prueba de jarras utilizando dichos gradientes de velocidad. De acuerdo a los
resultados obtenidos (Tablas 13 a 18) la remoción es considerable y no existe una
diferencia significativa entre elegir 3, 2 ó 1 unidad de floculación. Sin embargo, es
necesario realizar más pruebas de jarras para confirmar la última observación.
3. Gradientes de velocidad y tiempos de retención de la planta en estudio
En el proceso actual, el agua residual es transportado por una tubería de 4 plg de
diámetro hacia la unidad de mezcla de reactivos. Dicha unidad tiene forma rectangular,
mide 0.60 m x 0.60 m x 0.90 m y el volumen efectivo es 0.24 m3. El tiempo de
retención es de 2.1 min cuando el caudal de tratamiento es 30 gal/min. Está provisto de
un agitador mecánico con velocidad de 860 rpm y el gradiente de velocidad es 200 s-1
(Ver Anexo G).
Para los ensayos de la prueba de jarras se utilizó el gradiente de velocidad
máxima que puede alcanzarse con el equipo (280 s-1) pudiendo observarse una buena
mezcla de reactivos. CEPIS recomienda3 que en los retromezcladores se utilicen
gradientes entre 500 y 1000 s-1. En la planta de tratamiento también se ha observado
una buena mezcla de reactivos cuando la velocidad del agitador es 860 rpm, el cual
corresponde a 200 s-1. Debido al tamaño de la unidad de mezcla no se recomienda
velocidades mayores a los 200 s-1 ya que arriba de éste las salpicaduras son
considerables.
3 Referencia bibliográfica 7. Manual VI, Tomo II, pág. 49.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
38
Luego de la mezcla rápida, el caudal tratado pasa a una segunda unidad donde se
lleva a cabo la etapa de floculación. Dicha unidad mide 0.45 m x 0.60 m x 0.80 m, su
volumen efectivo es 0.15 m3, está provisto de un agitador más pequeño que trabaja a una
velocidad de 185 rpm y el área de paletas es 0.0103 m2 . De acuerdo a los resultados
(Anexo G) el tiempo de retención es 1.3 min y el gradiente de velocidad correspondiente
es 2 s-1. Como puede observarse, la diferencia entre el tiempo de retención óptimo
obtenido en la prueba de jarras (12 minutos) y el utilizado actualmente (1.3 min) es muy
considerable, así también el gradiente de velocidad (2 s-1) está por debajo de los
recomendados por CEPIS (10 – 100 s-1 ). El gradiente no puede ser tan bajo que permita
la sedimentación de partículas floculentas ni tampoco tan alto que rompa los flóculos
formados 4 .
4 Referencia bibliográfica 7. Manual VI, Tomo II, pág. 55
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
39
8. CONCLUSIONES
1 Si es posible determinar los parámetros operacionales (tiempo de retención y
gradientes de velocidad) de las aguas residuales en estudio a través de la
Prueba de Jarras recomendada por el Centro Panamericana de Ingeniería
Sanitaria (CEPIS) aún cuando su calidad no sea constante.
2 El tiempo de retención actual de la unidad de floculación (1.3 minutos) es
menor que el determinado por medio de las Pruebas de Jarras (12.9 minutos).
3 El gradiente de velocidad actual de la unidad de floculación (2 s-1) es menor
que al determinado con las Pruebas de Jarras (60 s-1).
4 El caudal de tratamiento actual de la planta de tratamiento en estudio es
mayor que el caudal de diseño original (20 gal/min). Con al análisis
estadístico queda demostrado que el 95% del tiempo la planta ha operado por
arriba del caudal de diseño.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
40
9. RECOMENDACIONES
1 De acuerdo a los resultados, el 65% de los datos del caudal que ingresa a la
planta de tratamiento (QENTRA) sobrepasan el caudal de diseño
(20 gal/min), por ello, se recomienda realizar un estudio en cada planta de
manufactura para identificar, clasificar, reutilizar y minimizar las descargas
de aguas residuales hacia la planta de tratamiento.
2 Si después de minimizar las descargas de las plantas de manufactura hacia la
planta de tratamiento el caudal de ingreso (QENTRA) aún es mayor que el
caudal de diseño (20 gal/min) debe evaluarse la posibilidad de aumentar la
capacidad de la planta de tratamiento.
3 Se recomienda realizar un número mayor de pruebas de floculación para
estudiar la relación entre los porcentajes de remoción y la
compartimentalización de la unidad de floculación.
4 Para aumentar la eficiencia del proceso de floculación debe evaluarse la
ampliación de esta unidad y ajustar el gradiente de velocidad al determinado
por la Prueba de Jarras.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
41
5 De acuerdo al manual de la planta de tratamiento, el diseño original muestra
al tanque de sedimentación (tanque de clarificación) como una unidad de
floculación y no como una de sedimentación. Por ello, debe estudiarse el
cambio entre el funcionamiento actual y el funcionamiento original.
6 En la evaluación de los gradientes de velocidad de floculación pudo
observarse que el porcentaje de remoción de la demanda química de oxígeno
es aproximadamente 50%. De acuerdo a la información obtenida sobre el
tratamiento de aguas residuales a través de la precipitación química
(Referencia blibliográfica 6) el resultado es aceptable, sin embargo, no es
suficiente para alcanzar el límite máximo permisible recomendado por
CONAMA (Tabla 20). Por lo anterior, es necesario realizar un estudio que
permita conocer los avances en materia de tratamiento de aguas residuales
industriales y evaluar el tipo de tratamiento más recomendable para lograr
remociones más altas.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
42
10. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. BARRIOS, Roberto. Manual de operación de la planta de tratamiento de aguas
industriales. (Guatemala, agosto de 1984) pp. 1-30. 2. CONAMA (Comisión Nacional del Medio Ambiente). Propuesta de Modificación.
Reglamento de requisitos mínimos y sus límites máximos permisibles de contaminación para la descarga de aguas servidas. (Guatemala, octubre de 1996). pp. 1-25.
3. GTZ. Cooperación Técnica República Federal de Alemania. Manual de
Disposición de Aguas Residuales. Traducido de la versión en inglés de 1989 por el CEPIS. (Lima, 1991). pp. 90 – 96.
4. GÓMEZ CADENAS. Mirna Concepción. Optimización del tratamiento
fisicoquímico de desechos industriales en una empresa manufacturera de jabones, detergentes y desinfectantes. Tesis USAC, Guatemala, 2000.
5. HERNÁNDEZ MUÑOZ, Aurelio. Depuración de aguas residuales. (4ª. Edición,
España). pp. 355 – 395. 6. METCALF & Eddy. Ingeniería de agua residuales. Tratamiento, vertido y
reutilización. (3a. Edición; México: Editorial McGraw-Hill). pp. 243 – 272, 294 – 309, 345 – 352, 467 – 476.
7. PÉREZ CARRION, José / Lidia Cánepa de Vargas. Coagulación – Mezcla Rápida.
Submódulo CB 4.5.4. Versión preliminar abril 1981. Submódulo CB 4.5.5. Versión preliminar abril 1981. pp. 1 – 136.
8. ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. Calidad del Agua. (2ª. Edición; Colombia:
Editorial Alfaomega). pp. 95 – 315.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
44
A. Propuesta CONAMA para la descarga de aguas residuales industriales5
La propuesta emitida por la Comisión Nacional del Medio Ambiente
(CONAMA) para la descarga de aguas residuales contempla alcanzar gradualmente los
LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES en un período de nueve años a partir de su
aprobación. Dicho período esta dividido en etapas de tres años y cada una de ellas
contiene los límites máximos permisibles que deben alcanzarse con el tratamiento, los
cuales varían de acuerdo con la fuente generadora de las aguas residuales. La
caracterización del afluente de desechos industriales de la empresa en estudio la coloca
dentro de las empresas manufactureras de jabones y detergentes. A continuación se
listan los parámetros y sus límites máximos permisibles a alcanzar en cada una de las
tres etapas.
Tabla 20. Límites máximos permisibles recomendados por CONAMA.
Parámetro Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3
Sólidos sedimentables (ml/L) 10 5 1
Sólidos suspendidos (mg/L) 2400 1400 350
PH 6 – 9 6.5 – 9 6.5 – 85
DQO (mg/L) 2000 1000 500
DBO5 (mg/L) 1400 800 250
Sustancias Tensoactivas (mg/L) 20 10 5
Grasas y Aceites (mg/L) 300 150 75
5 Referencia bibliográfica 2.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
45
B. Determinación del caudal de ingreso QENTRA
Dimensiones del tanque de homogenización
VISTA PLANTA
LTG
ATG
A
L
VISTA PERFIL
H
HCE
LCE
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
46
Profundidad (H) = 102 plg (2.59 m)
Ancho (A) = 251.97 plg (6.4 m)
Largo (L) = 407.48 plg (10.35 m)
Ancho del muro interno (AMI) = 8.27 plg (0.21 m)
Largo trampa de grasas (LTG) = 39.37 plg (1 m)
Ancho trampa de grasas (ATG) = 39.37 plg (1 m)
Largo canal de entrada (LCE) = 359.84 plg (9.14 m)
Profundidad canal de entrada (HCE) = 54 plg (1.37 m)
Volumen efectivo del tanque (V) = VT – VMI
Donde
VT = Volumen total
VMI = Volumen muros internos (Trampa de grasas y Canal de entrada)
VT = L * A *H = 10,472,619.03 plg3
VMI = ((LTG+ATG)*AMI*H) + (LCE*HCE*AMI) = 227,117.69 plg3
V = VT – VMI = 10,245,501.34 plg3 (44357.64 gal, 167.89 m3)
Balance de agua
QE QS
De acuerdo a Ley de continuidad:
QE = QA + QS (Ecuación 1)
QA
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
47
Donde:
QE = caudal de entrada
QA = caudal acumulado
QS = caudal de salida
Con: Q = Volumen/tiempo
V = L * A * P
La ecuación 1 puede expresarse de la siguiente manera:
QE = L * A * P + QS (Ecuación 2)
t
Donde la relación L * A es constante e igual a 102,672.74 plg2 (66.24 m2) y la
profundidad P está dada por los niveles que se miden cada dos horas, es decir:
P = H2 – H1 (Ecuación 3)
Donde:
H1 = nivel del tanque de homogenización en el tiempo 1
H2 = nivel del tanque de homogenización en el tiempo 2
La ecuación 2 adquiere entonces la siguiente forma:
QE = L * A * (H2 – H1) + QS (Ecuación 4)
t
Para convertir el término L * A * (H2 – H1) a galones, se multiplica por la
constante 444.52
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
48
La ecuación final se expresa de la siguiente forma:
QE = 444.52 * (H2 – H1) + QS (Ecuación 5)
t
Donde
t = tiempo en minutos
H2, H1 = nivel de agua en el tanque de homogenización (pulgadas)
QE, QS = caudal de entrada y caudal de salida (galones por minuto)
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
49
C. Procedimiento para determinar los parámetros operacionales a través de la
prueba de jarras 6.
a. Propósito
El propósito de este ensayo es la determinación de los parámetros de floculación
"G" y "T", en función de las dosis de coagulantes, siguiendo el método de
Villegas y Letterman.
b. Equipos y materiales
ü Equipo de prueba de jarras, con 6 jarras de 1 litro.
ü Seis jeringas
ü B ekers de 100 mL
ü Sulfato de aluminio
ü Cal
ü Polímero aniónico
c. Procedimiento
I. Se toma la muestra de agua cruda y se determina el color aparente inicial
(Cao).
II. Se llenan 6 beakers de 1 L con el agua cruda a tratar.
III. Se pone a funcionar el multiagitador Phipps & Bird a 100 rpm (revoluciones
por minuto).
6 Referencia bibliográfica 7. Manual II: Criterios de selección, pág. 50.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
50
IV. Se aplican las dosis óptimas de cal, coagulante y polímero de acuerdo a las
dosificaciones determinadas con anterioridad.
V. A partir de la aplicación del sulfato de aluminio se realizará la mezcla rápida
durante 1 minuto.
VI. Al finalizar la mezcla rápida se inicia el proceso de floculación, para lo cual
se modifica la velocidad de acuerdo a los gradientes de velocidad
seleccionados. En este caso 220, 125, 70 y 30 s-1.
VII. Luego de floculada el agua por 5 minutos, se retira el primer vaso, se coloca
el tomador de muestras y se deja sedimentar por 10 minutos.
VIII. Los siguientes vasos se retiran en los tiempos que se indican:
Vaso 2 a los 10 min
Vaso 3 a los 15 minutos
Vaso 4 a los 20 minutos
IX. Se determina el color aparente residual (Ca) para cada muestra, se calcula la
eficiencia remocional:
Caf = caf/cao (Ecuación 6)
Donde caf es el color aparente del agua tratada, cao es el color aparente
inicial de la muestra y Caf el color aparente residual.
X. Se repite el ensayo incrementando el gradiente de acuerdo al intervalo
seleccionado.
XI. Se efectúa toda la prueba completa a cada una de las muestras seleccionadas.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
51
D. Resultados de la Prueba de Jarras del presente estudio.
1. INFORMACIÓN DE LA MUESTRA
1315 Unid. Pt-Co
420 NTU
10.7 Unid. pH
35 °C
140 mg/L
2. EQUIPO DE PRUEBA DE JARRAS 3. DOSIFICACIÓNConcentración Dosis Mezcla rápida
Volumen de jarras (L): 1 % mg/L Tiempo (seg)
Paletas (cm): 2.5 x 7.5 1. Cal 1.32 250 0.15
Estatores (cm): 1.5 x 3.0 2. Sulfato 8 2530 0.30
3. Polímero 0.125 4 0.15
4. TIEMPOS DE FLOCULACIÓN
Gradiente de
Velocidad velocidad (20ºC) 5 min 10 min 15 min 20 min
Corrida rpm s-1Ca Ca Ca Ca
1 80 200 47 82 95 121
2 60 125 37 56 54 65
3 40 70 34 26 26 70
4 20 30 32 27 50 75
5. SEDIMENTACIÓN
Tiempo de sedimentación: 10 min
Profundidad de la toma de muestra: 6 cm
Color aparente
Turbiedad
DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS DE FLOCULACIÓN
PRUEBA DE JARRAS No. 1
TIEMPOS DE FLOCULACIÓN
pH
Temperatura
Ingrediente activo
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
52
Gráfica 8. Color aparente residual vrs. Tiempo de floculación. Prueba de jarras 1.
Gráfica 9. Color aparente residual vrs. Gradiente de velocidad. Prueba de jarras 1.
P A R Á M E T R O S D E F L O C U L A C I Ó NP R U E B A D E J A R R A S N o . 1
C O L O R A P A R E N T E R E S I D U A L V R S . T I E M P O D E F L O C U L A C I Ó N
0 . 0 0 0
0 . 0 1 0
0 . 0 2 0
0 . 0 3 0
0 . 0 4 0
0 . 0 5 0
0 . 0 6 0
0 . 0 7 0
0 . 0 8 0
0 . 0 9 0
0 . 1 0 0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5
T I E M P O D E F L O C U L A C I Ó N ( m i n )
CO
LO
R A
PA
RE
NT
E R
ES
IDU
AL
(C
af/C
ao)
2 0 0 s - 11 2 5 s - 17 0 s - 13 0 s - 1
P A R Á M E T R O S D E F L O C U L A C I Ó NP R U E B A D E J A R R A S N o . 1
C O L O R A P A R E N T E R E S I D U A L V R S . G R A D I E N T E D E V E L O C I D A D
0 . 0 0 0
0 . 0 1 0
0 . 0 2 0
0 . 0 3 0
0 . 0 4 0
0 . 0 5 0
0 . 0 6 0
0 . 0 7 0
0 . 0 8 0
0 . 0 9 0
0 . 1 0 0
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0 1 7 0 1 8 0 1 9 0 2 0 0 2 1 0
G R A D I E N T E D E V E L O C I D A D ( s - 1 )
CO
LO
R A
PA
RE
NT
E R
ES
IDU
AL
(C
af/C
ao)
5 m i n1 0 m i n1 5 m i n2 0 m i n
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
53
1. INFORMACIÓN DE LA MUESTRA
1930 Unid. Pt-Co
550 NTU
9.8 Unid. pH
36 °C
70 mg/L
2. EQUIPO DE PRUEBA DE JARRAS 3. DOSIFICACIÓNConcentración Dosis Mezcla rápida
Volumen de jarras (L): 1 % mg/L Tiempo (seg)
Paletas (cm): 2.5 x 7.5 1. Cal 1.32 330 15
Estatores (cm): 1.5 x 3.0 2. Sulfato 8 2030 30
3. Polímero 0.125 4 15
4. TIEMPOS DE FLOCULACIÓN
Gradiente de
Velocidad velocidad (20ºC) 5 min 10 min 15 min 20 min
Corrida rpm s-1Ca Ca Ca Ca
1 80 200 43 32 32 34
2 60 125 41 31 22 32
3 40 70 38 28 21 22
4 20 30 33 29 25 23
5. SEDIMENTACIÓN
Tiempo de sedimentación: 10 min
Profundidad de la toma de muestra: 6 cm
Color aparente
Turbiedad
DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS DE FLOCULACIÓN
PRUEBA DE JARRAS No. 2
pH
Temperatura
Ingrediente activo
TIEMPOS DE FLOCULACIÓN
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
54
Gráfica 10. Color aparente residual vrs. Tiempo de floculación. Prueba de jarras 2.
Gráfica 11. Color aparente residual vrs. Gradiente de velocidad. Prueba de jarras 2.
P A R Á M E T R O S D E F L O C U L A C I Ó NP R U E B A D E J A R R A S N o . 2
C O L O R A P A R E N T E R E S I D U A L V R S . T I E M P O D E F L O C U L A C I Ó N
0 . 0 1 2
0 . 0 1 7
0 . 0 2 2
0 . 0 2 7
0 . 0 3 2
0 . 0 3 7
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1
T I E M P O D E F L O C U L A C I Ó N ( m i n )
CO
LO
R A
PA
RE
NT
E R
ES
IDU
AL
(C
af/C
ao)
2 0 0 s - 11 2 5 s - 17 0 s - 13 0 s - 1
P A R Á M E T R O S D E F L O C U L A C I Ó NP R U E B A D E J A R R A S N o . 2
C O L O R A P A R E N T E R E S I D U A L V R S . G R A D I E N T E D E V E L O C I D A D
0 . 0 1 0
0 . 0 1 5
0 . 0 2 0
0 . 0 2 5
0 . 0 3 0
0 . 0 3 5
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0 1 7 0 1 8 0 1 9 0 2 0 0 2 1 0
G R A D I E N T E D E V E L O C I D A D ( s - 1 )
CO
LO
R A
PA
RE
NT
E R
ES
IDU
AL
(C
af/C
ao)
5 m i n1 0 m i n1 5 m i n2 0 m i n
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
55
1. INFORMACIÓN DE LA MUESTRA
1550 Unid. Pt-Co
490 NTU
10 Unid. pH
35 °C
83 mg/L
2. EQUIPO DE PRUEBA DE JARRAS 3. DOSIFICACIÓNConcentración Dosis Mezcla rápida
Volumen de jarras (L): 1 % mg/L Tiempo (seg)
Paletas (cm): 2.5 x 7.5 1. Cal 1.32 200 15
Estatores (cm): 1.5 x 3.0 2. Sulfato 8 2230 30
3. Polímero 0.125 3 15
4. TIEMPOS DE FLOCULACIÓN
Gradiente de
Velocidad velocidad (20ºC) 5 min 10 min 15 min 20 min
Corrida rpm s-1Ca Ca Ca Ca
1 80 200 42 22 22 24
2 60 125 31 19 10 24
3 40 70 24 18 13 14
4 20 30 17 15 13 12
5. SEDIMENTACIÓN
Tiempo de sedimentación: 10 min
Profundidad de la toma de muestra: 6 cm
TIEMPOS DE FLOCULACIÓN
pH
Temperatura
Ingrediente activo
Color aparente
Turbiedad
DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS DE FLOCULACIÓN
PRUEBA DE JARRAS No. 3
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
56
Gráfica 12. Color aparente residual vrs. Tiempo de floculación. Prueba de jarras 3.
Gráfica 13. Color aparente residual vrs. Gradiente de velocidad. Prueba de jarras 3.
P A R Á M E T R O S D E F L O C U L A C I Ó NP R U E B A D E J A R R A S N o . 3
C O L O R A P A R E N T E R E S I D U A L V R S . T I E M P O D E F L O C U L A C I Ó N
0.000
0.005
0.010
0.015
0.020
0.025
0.030
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 11 12 1 3 1 4 15 16 17 1 8 1 9 20 21
T IEMPO DE FLOCULACIÓN (min )
CO
LO
R A
PA
RE
NT
E R
ES
IDU
AL
(C
af/C
ao)
200 s-1125 s-170 s-130 s-1
P A R Á M E T R O S D E F L O C U L A C I Ó NP R U E B A D E J A R R A S N o . 3
C O L O R A P A R E N T E R E S I D U A L V R S . G R A D I E N T E D E V E L O C I D A D
0 . 0 0 0
0 . 0 0 5
0 . 0 1 0
0 . 0 1 5
0 . 0 2 0
0 . 0 2 5
0 . 0 3 0
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0 1 7 0 1 8 0 1 9 0 2 0 0 2 1 0
G R A D I E N T E D E V E L O C I D A D ( s - 1 )
CO
LOR
AP
AR
EN
TE R
ES
IDU
AL
(Caf
/Cao
)
5 m i n10 min15 min20 min
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
57
1. INFORMACIÓN DE LA MUESTRA
1350 Unid. Pt-Co
440 NTU
10 Unid. pH
35 °C
97 mg/L
2. EQUIPO DE PRUEBA DE JARRAS 3. DOSIFICACIÓNConcentración Dosis Mezcla rápida
Volumen de jarras (L): 1 % mg/L Tiempo (seg)
Paletas (cm): 2.5 x 7.5 1. Cal 1.32 250 15
Estatores (cm): 1.5 x 3.0 2. Sulfato 8 2230 30
3. Polímero 0.125 4 15
4. TIEMPOS DE FLOCULACIÓN
Gradiente de
Velocidad velocidad (20ºC) 5 min 10 min 15 min 20 min
Corrida rpm s-1Ca Ca Ca Ca
1 80 200 27 20 21 22
2 60 125 24 19 14 18
3 40 70 20 17 11 12
4 20 30 17 15 14 14
5. SEDIMENTACIÓN
Tiempo de sedimentación: 10 min
Profundidad de la toma de muestra: 6 cm
Color aparente
Turbiedad
DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS DE FLOCULACIÓN
PRUEBA DE JARRAS No. 4
pH
Temperatura
Ingrediente activo
TIEMPOS DE FLOCULACIÓN
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
58
Gráfica 14. Color aparente residual vrs. Tiempo de floculación. Prueba de jarras 4.
Gráfica15 . Color aparente residual vrs. Gradiente de velocidad. Prueba de jarras 4.
P A R Á M E T R O S D E F L O C U L A C I Ó NP R U E B A D E J A R R A S N o . 4
C O L O R A P A R E N T E R E S I D U A L V R S . G R A D I E N T E D E V E L O C I D A D
0 . 0 0 4
0 . 0 0 6
0 . 0 0 8
0 . 0 1 0
0 . 0 1 2
0 . 0 1 4
0 . 0 1 6
0 . 0 1 8
0 . 0 2 0
0 . 0 2 2
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0 1 7 0 1 8 0 1 9 0 2 0 0 2 1 0
G R A D I E N T E D E V E L O C I D A D ( s - 1 )
CO
LOR
AP
AR
EN
TE R
ES
IDU
AL
(Caf
/Cao
)
5 min1 0 m i n1 5 m i n2 0 m i n
P A R Á M E T R O S D E F L O C U L A C I Ó NP R U E B A D E J A R R A S N o . 4
C O L O R A P A R E N T E R E S I D U A L V R S . T I E M P O D E F L O C U L A C I Ó N
0 . 0 0 4
0 . 0 0 6
0 . 0 0 8
0 . 0 1 0
0 . 0 1 2
0 . 0 1 4
0 . 0 1 6
0 . 0 1 8
0 . 0 2 0
0 . 0 2 2
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1
T I E M P O D E F L O C U L A C I Ó N ( m i n )
CO
LO
R A
PA
RE
NT
E R
ES
IDU
AL
(C
af/C
ao)
2 0 0 s - 11 2 5 s - 170 s -130 s -1
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
59
1. INFORMACIÓN DE LA MUESTRA
1500 Unid. Pt-Co
580 NTU
9.5 Unid. pH
35 °C
125 mg/L
2. EQUIPO DE PRUEBA DE JARRAS 3. DOSIFICACIÓNConcentración Dosis Mezcla rápida
Volumen de jarras (L): 1 % mg/L Tiempo (seg)
Paletas (cm): 2.5 x 7.5 1. Cal 1.32 300 15
Estatores (cm): 1.5 x 3.0 2. Sulfato 8 1830 30
3. Polímero 0.125 3 15
4. TIEMPOS DE FLOCULACIÓN
Gradiente de
Velocidad velocidad (20ºC) 5 min 10 min 15 min 20 min
Corrida rpm s-1Ca Ca Ca Ca
1 80 200 67 44 43 48
2 60 125 60 39 24 41
3 40 70 51 38 30 33
4 20 30 45 35 33 30
5. SEDIMENTACIÓN
Tiempo de sedimentación: 10 min
Profundidad de la toma de muestra: 6 cm
Color aparente
Turbiedad
DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS DE FLOCULACIÓN
PRUEBA DE JARRAS No. 5
pH
Temperatura
Ingrediente activo
TIEMPOS DE FLOCULACIÓN
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
60
Gráfica 16. Color aparente residual vrs. Tiempo de floculación. Prueba de jarras 5.
Gráfica 17. Color aparente residual vrs. Gradiente de velocidad. Prueba de jarras 5.
P A R Á M E T R O S D E F L O C U L A C I Ó NP R U E B A D E J A R R A S N o . 5
C O L O R A P A R E N T E R E S I D U A L V R S . T I E M P O D E F L O C U L A C I Ó N
0 . 0 0 0
0 . 0 0 5
0 . 0 1 0
0 . 0 1 5
0 . 0 2 0
0 . 0 2 5
0 . 0 3 0
0 . 0 3 5
0 . 0 4 0
0 . 0 4 5
0 . 0 5 0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1
T I E M P O D E F L O C U L A C I Ó N ( m i n )
CO
LO
R A
PA
RE
NT
E R
ES
IDU
AL
(C
af/C
ao)
2 0 0 s - 11 2 5 s - 170 s -130 s -1
P A R Á M E T R O S D E F L O C U L A C I Ó NP R U E B A D E J A R R A S N o . 5
C O L O R A P A R E N T E R E S I D U A L V R S . G R A D I E N T E D E V E L O C I D A D
0 . 0 1 0
0 . 0 1 5
0 . 0 2 0
0 . 0 2 5
0 . 0 3 0
0 . 0 3 5
0 . 0 4 0
0 . 0 4 5
0 . 0 5 0
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0 1 7 0 1 8 0 1 9 0 2 0 0 2 1 0
G R A D I E N T E D E V E L O C I D A D ( s - 1 )
CO
LO
R A
PA
RE
NT
E R
ES
IDU
AL
(C
af/C
ao)
5 m i n1 0 m i n1 5 m i n2 0 m i n
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
61
1. INFORMACIÓN DE LA MUESTRA
1800 Unid. Pt-Co
500 NTU
8 Unid. pH
31 °C
9 mg/L
2. EQUIPO DE PRUEBA DE JARRAS 3. DOSIFICACIÓNConcentración Dosis Mezcla rápida
Volumen de jarras (L): 1 % mg/L Tiempo (seg)
Paletas (cm): 2.5 x 7.5 1. Cal 1.32 525 15
Estatores (cm): 1.5 x 3.0 2. Sulfato 8 2540 30
3. Polímero 0.125 8 15
4. TIEMPOS DE FLOCULACIÓN
Gradiente de
Velocidad velocidad (20ºC) 5 min 10 min 15 min 20 min
Corrida rpm s-1Ca Ca Ca Ca
1 80 200 343 200 190 231
2 60 125 232 193 158 194
3 40 70 210 191 132 140
4 20 30 188 186 178 168
5. SEDIMENTACIÓN
Tiempo de sedimentación: 10 min
Profundidad de la toma de muestra: 6 cm
Color aparente
Turbiedad
DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS DE FLOCULACIÓN
PRUEBA DE JARRAS No. 6
TIEMPOS DE FLOCULACIÓN
pH
Temperatura
Ingrediente activo
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
62
Gráfica 18. Color aparente residual vrs. Tiempo de floculación. Prueba de jarras 6.
Gráfica 19. Color aparente residual vrs. Gradiente de velocidad. Prueba de jarras 6.
P A R Á M E T R O S D E F L O C U L A C I Ó NP R U E B A D E J A R R A S N o . 6
C O L O R A P A R E N T E R E S I D U A L V R S . T I E M P O D E F L O C U L A C I Ó N
0 .000
0 .050
0 .100
0 .150
0 .200
0 .250
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 12 13 1 4 1 5 16 17 18 19 2 0 21
T I E M P O D E F L O C U L A C I Ó N ( m i n )
CO
LOR
AP
AR
EN
TE R
ES
IDU
AL
(Caf
/Cao
)
200 s-1125 s-170 s -130 s -1
P A R Á M E T R O S D E F L O C U L A C I Ó NP R U E B A D E J A R R A S N o . 6
C O L O R A P A R E N T E R E S I D U A L V R S . G R A D I E N T E D E V E L O C I D A D
0 . 0 6 0
0 . 0 8 0
0 . 1 0 0
0 . 1 2 0
0 . 1 4 0
0 . 1 6 0
0 . 1 8 0
0 . 2 0 0
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0 1 7 0 1 8 0 1 9 0 2 0 0 2 1 0
G R A D I E N T E D E V E L O C I D A D ( s - 1 )
CO
LO
R A
PA
RE
NT
E R
ES
IDU
AL
(C
af/C
ao)
5 m i n1 0 m i n1 5 m i n2 0 m i n
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
63
1. INFORMACIÓN DE LA MUESTRA
2440 Unid. Pt-Co
850 NTU
9.4 Unid. pH
32 °C
280 mg/L
2. EQUIPO DE PRUEBA DE JARRAS 3. DOSIFICACIÓNConcentración Dosis Mezcla rápida
Volumen de jarras (L): 1 % mg/L Tiempo (seg)
Paletas (cm): 2.5 x 7.5 1. Cal 1.32 340 15
Estatores (cm): 1.5 x 3.0 2. Sulfato 8 2550 30
3. Polímero 0.125 6 15
4. TIEMPOS DE FLOCULACIÓN
Gradiente de
Velocidad velocidad (20ºC) 5 min 10 min 15 min 20 min
Corrida rpm s-1Ca Ca Ca Ca
1 80 200 60 35 37 40
2 60 125 30 28 11 37
3 40 70 28 26 14 15
4 20 30 26 20 19 17
5. SEDIMENTACIÓN
Tiempo de sedimentación: 10 min
Profundidad de la toma de muestra: 6 cm
TIEMPOS DE FLOCULACIÓN
pH
Temperatura
Ingrediente activo
Color aparente
Turbiedad
DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS DE FLOCULACIÓN
PRUEBA DE JARRAS No. 7
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
64
Gráfica 20. Color aparente residual vrs. Tiempo de floculación. Prueba de jarras 7.
Gráfica 21. Color aparente residual vrs. Gradiente de velocidad. Prueba de jarras 7.
P A R Á M E T R O S D E F L O C U L A C I Ó NP R U E B A D E J A R R A S N o . 7
C O L O R A P A R E N T E R E S I D U A L V R S . T I E M P O D E F L O C U L A C I Ó N
0 .000
0 .005
0 .010
0 .015
0 .020
0 .025
0 .030
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 11 12 1 3 1 4 15 16 1 7 18 19 20 2 1T I E M P O D E F L O C U L A C I Ó N ( m i n )
CO
LOR
AP
AR
EN
TE R
ES
IDU
AL
(Caf
/Cao
)
2 0 0 s - 11 2 5 s - 17 0 s - 13 0 s - 1
P A R Á M E T R O S D E F L O C U L A C I Ó NP R U E B A D E J A R R A S N o . 7
C O L O R A P A R E N T E R E S I D U A L V R S . G R A D I E N T E D E V E L O C I D A D
0 . 0 0 0
0 . 0 0 5
0 . 0 1 0
0 . 0 1 5
0 . 0 2 0
0 . 0 2 5
0 . 0 3 0
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0 1 7 0 1 8 0 1 9 0 2 0 0 2 1 0
G R A D I E N T E D E V E L O C I D A D ( s - 1 )
CO
LO
R A
PA
RE
NT
E R
ES
IDU
AL
(C
af/C
ao)
5 m i n1 0 m i n1 5 m i n2 0 m i n
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
65
1. INFORMACIÓN DE LA MUESTRA
2210 Unid. Pt-Co
650 NTU
7.2 Unid. pH
32 °C
170 mg/L
2. EQUIPO DE PRUEBA DE JARRAS 3. DOSIFICACIÓNConcentración Dosis Mezcla rápida
Volumen de jarras (L): 1 % mg/L Tiempo (seg)
Paletas (cm): 2.5 x 7.5 1. Cal 2.64 350 15
Estatores (cm): 1.5 x 3.0 2. Sulfato 8 2550 30
3. Polímero 0.125 6 15
4. TIEMPOS DE FLOCULACIÓN
Gradiente de
Velocidad velocidad (20ºC) 5 min 10 min 15 min 20 min
Corrida rpm s-1Ca Ca Ca Ca
1 80 200 33 22 25 28
2 60 125 25 19 18 21
3 40 70 21 17 14 16
4 20 30 20 17 15 14
5. SEDIMENTACIÓN
Tiempo de sedimentación: 10 min
Profundidad de la toma de muestra: 6 cm
TIEMPOS DE FLOCULACIÓN
pH
Temperatura
Ingrediente activo
Color aparente
Turbiedad
DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS DE FLOCULACIÓN
PRUEBA DE JARRAS No. 8
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
66
Gráfica 22. Color aparente residual vrs. Tiempo de floculación. Prueba de jarras 8.
Gráfica 23. Color aparente vrs. Gradiente de velocidad. Prueba de jarras 8.
P A R Á M E T R O S D E F L O C U L A C I Ó NP R U E B A D E J A R R A S N o . 8
C O L O R A P A R E N T E R E S I D U A L V R S . T I E M P O D E F L O C U L A C I Ó N
0 .000
0 .002
0 .004
0 .006
0 .008
0 .010
0 .012
0 .014
0 .016
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 11 12 1 3 1 4 15 16 1 7 18 19 20 2 1T I E M P O D E F L O C U L A C I Ó N ( m i n )
CO
LOR
AP
AR
EN
TE R
ES
IDU
AL
(Caf
/Cao
)
2 0 0 s - 11 2 5 s - 170 s-130 s-1
P A R Á M E T R O S D E F L O C U L A C I Ó NP R U E B A D E J A R R A S N o . 8
C O L O R A P A R E N T E R E S I D U A L V R S . G R A D I E N T E D E V E L O C I D A D
0 . 0 0 0
0 . 0 0 2
0 . 0 0 4
0 . 0 0 6
0 . 0 0 8
0 . 0 1 0
0 . 0 1 2
0 . 0 1 4
0 . 0 1 6
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0 1 7 0 1 8 0 1 9 0 2 0 0 2 1 0
G R A D I E N T E D E V E L O C I D A D ( s - 1 )
CO
LO
R A
PA
RE
NT
E R
ES
IDU
AL
(C
af/C
ao)
5 m i n1 0 m i n1 5 m i n2 0 m i n
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
67
1. INFORMACIÓN DE LA MUESTRA
2220 Unid. Pt-Co
620 NTU
8.9 Unid. pH
31 °C
150 mg/L
2. EQUIPO DE PRUEBA DE JARRAS 3. DOSIFICACIÓNConcentración Dosis Mezcla rápida
Volumen de jarras (L): 1 % mg/L Tiempo (seg)
Paletas (cm): 2.5 x 7.5 1. Cal 1.32 350 15
Estatores (cm): 1.5 x 3.0 2. Sulfato 8 1500 30
3. Polímero 0.125 5 15
4. TIEMPOS DE FLOCULACIÓN
Gradiente de
Velocidad velocidad (20ºC) 5 min 10 min 15 min 20 min
Corrida rpm s-1Ca Ca Ca Ca
1 80 200 79 35 37 54
2 60 125 52 33 26 42
3 40 70 40 32 17 24
4 20 30 36 30 26 26
5. SEDIMENTACIÓN
Tiempo de sedimentación: 10 min
Profundidad de la toma de muestra: 6 cm
Color aparente
Turbiedad
DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS DE FLOCULACIÓN
PRUEBA DE JARRAS No. 9
pH
Temperatura
Ingrediente activo
TIEMPOS DE FLOCULACIÓN
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
68
Gráfica 24. Color aparente residual vrs. Tiempo de floculación. Prueba de jarras 9.
Gráfica 25. Color aparente residual vrs. Gradiente de velocidad. Prueba de jarras 9.
P A R Á M E T R O S D E F L O C U L A C I Ó NP R U E B A D E J A R R A S N o . 9
C O L O R A P A R E N T E R E S I D U A L V R S . T I E M P O D E F L O C U L A C I Ó N
0 .000
0 .005
0 .010
0 .015
0 .020
0 .025
0 .030
0 .035
0 .040
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 13 14 15 16 17 1 8 19 20 21
T I E M P O D E F L O C U L A C I Ó N ( m i n )
CO
LOR
AP
AR
EN
TE R
ES
IDU
AL
(Caf
/Cao
)
2 0 0 s - 11 2 5 s - 17 0 s - 13 0 s - 1
P A R Á M E T R O S D E F L O C U L A C I Ó NP R U E B A D E J A R R A S N o . 9
C O L O R A P A R E N T E R E S I D U A L V R S . G R A D I E N T E D E V E L O C I D A D
0 . 0 0 0
0 . 0 0 5
0 . 0 1 0
0 . 0 1 5
0 . 0 2 0
0 . 0 2 5
0 . 0 3 0
0 . 0 3 5
0 . 0 4 0
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0 1 7 0 1 8 0 1 9 0 2 0 0 2 1 0
G R A D I E N T E D E V E L O C I D A D ( s - 1 )
CO
LO
R A
PA
RE
NT
E R
ES
IDU
AL
(C
af/C
ao)
5 m i n1 0 m i n1 5 m i n2 0 m i n
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
69
1. INFORMACIÓN DE LA MUESTRA
2215 Unid. Pt-Co
600 NTU
7.7 Unid. pH
30 °C
140 mg/L
2. EQUIPO DE PRUEBA DE JARRAS 3. DOSIFICACIÓNConcentración Dosis Mezcla rápida
Volumen de jarras (L): 1 % mg/L Tiempo (seg)
Paletas (cm): 2.5 x 7.5 1. Cal 2.64 360 15
Estatores (cm): 1.5 x 3.0 2. Sulfato 8 1630 30
3. Polímero 0.125 4 15
4. TIEMPOS DE FLOCULACIÓN
Gradiente de
Velocidad velocidad (20ºC) 5 min 10 min 15 min 20 min
Corrida rpm s-1Ca Ca Ca Ca
1 80 200 29 26 28 29
2 60 125 28 24 23 25
3 40 70 27 23 21 22
4 20 30 27 24 24 23
5. SEDIMENTACIÓN
Tiempo de sedimentación: 10 min
Profundidad de la toma de muestra: 6 cm
pH
Temperatura
Ingrediente activo
TIEMPOS DE FLOCULACIÓN
Color aparente
Turbiedad
DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS DE FLOCULACIÓN
PRUEBA DE JARRAS No. 10
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
70
Gráfica 26. Color aparente residual vrs. Tiempo de floculación. Prueba de jarras 10.
Gráfica 27. Color aparente residual vrs. Gradiente de velocidad. Prueba de jarras 10.
P A R Á M E T R O S D E F L O C U L A C I Ó NP R U E B A D E J A R R A S N o . 1 0
C O L O R A P A R E N T E R E S I D U A L V R S . T I E M P O D E F L O C U L A C I Ó N
0 .008
0 .009
0 .010
0 .011
0 .012
0 .013
0 .014
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 11 12 1 3 1 4 15 16 1 7 18 19 20 2 1
T I E M P O D E F L O C U L A C I Ó N ( m i n )
CO
LOR
AP
AR
EN
TE R
ES
IDU
AL
(Caf
/Cao
)
200 s-1125 s-170 s -130 s -1
P A R Á M E T R O S D E F L O C U L A C I Ó NP R U E B A D E J A R R A S N o . 1 0
C O L O R A P A R E N T E R E S I D U A L V R S . G R A D I E N T E D E V E L O C I D A D
0 . 0 0 8
0 . 0 0 9
0 . 0 1 0
0 . 0 1 1
0 . 0 1 2
0 . 0 1 3
0 . 0 1 4
0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0 1 7 0 1 8 0 1 9 0 2 0 0 2 1 0
G R A D I E N T E D E V E L O C I D A D ( s - 1 )
CO
LO
R A
PA
RE
NT
E R
ES
IDU
AL
(C
af/C
ao)
5 m i n1 0 m i n1 5 m i n2 0 m i n
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
71
E. Determinación de la Ecuación de Gradiente en función del Tiempo 7.
De las gráficas del Anexo D se eligen los puntos mínimos:
Para el cálculo de la ecuación se utilizan los valores de logaritmo de tiempo y
logaritmo de gradiente de velocidad. Se aplican a estos puntos la teoría de mínimos
cuadrados para obtener la ecuación de una recta: Y = a + bX , en la cual X = log T
y Y = log G.
7 Referencia 7. Manual II: Parámetros de floculación, pág. 50.
Prueba No. Tiempo óptimo (min) 5 min 10 min 15 min 20 min
1 11.6 108 68 56 302 12.5 104 71 56 303 10.6 104 73 60 304 14.8 110 68 57 305 10.5 100 70 62 306 14.2 99 71 58 307 11.2 108 73 52 308 15 105 77 62 309 14.4 104 75 63 3010 14.2 118 77 62 30
Total datos 10 10 10 10 10Promedio 12.9 106 72 59 30Desviación estándar 1.81 5.44 3.30 3.58 0.00Valor máximo 15 118 77 63 30Valor mínimo 10.5 99 68 52 30
Gradiente óptimo (s-1)
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
72
Aplicando mínimos cuadrados se obtienen los siguientes resultados:
La ecuación queda entonces de la siguiente forma:
Log G = -0.8171 *Log T + 2.6358 (Ecuación 7)
Reagrupando y encontrando los antilogaritmos, se encuentra la ecuación final:
G = ( 1671 / T ) ^ 0.8180 (Ecuación 8)
CORRELACIÓN DE RESULTADOSMÉTODO DE LOS MÍNIMOS CUADRADOS
LOG G versus LOG T
Log G = -0.8180 Log T + 2.6364r 2 = 0.86
1.400
1.500
1.600
1.700
1.800
1.900
2.000
2.100
2.200
0.600 0.700 0.800 0.900 1.000 1.100 1.200 1.300 1.400
LOG T
LO
G G
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
73
F. Evaluación de los gradientes de velocidad .
El tiempo óptimo de retención elegido es 12 minutos y se evalúan tres alternativas
para la combinación de gradientes y por ende número de unidades necesarios para
llevar a cabo la floculación. Se sustituyen valores en la ecuación 8 y el valor del
gradiente (G) se muestra a un lado del tiempo (T):
Alternativa 1:
Alternativa 2:
Alternativa 3:
Se captó una muestra del agua residual en estudio y se realizó el ensayo de Prueba
de Jarras utilizando los gradientes de cada alternativa. Los resultados se resumen a
continuación:
T (min) G (s-1)4 1408 80
12 58
T (min) G (s-1)6 100
12 58
T (min) G (s-1)12 58
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
74
Resultados Alternativa 1:
Resultados Alternativa 2:
Resultados Alternativa 3:
Parámetro Unidades Calidad original Calidad final % Remoción
Color aparente Unid. Pt-Co 3000 22 99
Turbiedad UTN 800 9.5 99
DQO mg/L 9300 4950 47
Nitratos mg/L 270 140 48Fosfatos mg/L 57 0.6 99
Parámetro Unidades Calidad original Calidad final % Remoción
Color aparente Unid. Pt-Co 3000 21 99Turbiedad UTN 800 9.4 99
DQO mg/L 9300 4950 47
Nitratos mg/L 270 140 48
Fosfatos mg/L 57 0.6 99
Parámetro Unidades Calidad original Calidad final % Remoción
Color aparente Unid. Pt-Co 3000 18 99
Turbiedad UTN 800 8 99
DQO mg/L 9300 4750 49
Nitratos mg/L 270 140 48
Fosfatos mg/L 57 0.6 99
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
75
G. Gradientes de velocidad que actualmente se utilizan en la planta de
tratamiento en estudio8.
Los retromezcladores o agitadores, son equipos mecánicos de agitación rápida
capaces de crear un gradiente entre 100 y 1000 s-1 cuentan con un retromezclador
propiamente dicho, cámara de mezcla, estructuras de entrada, salida y drena je del
agua y un punto de aplicación del coagulante.
Para calcular el gradiente de velocidad, G, de las dos unidades utilizadas en la
mezcla de reactivos y floculación de la planta de tratamiento en estudio se utiliza la
ecuación recomendada por CEPIS.
G = 90 * (n3 * A * Sr3 / V) 0.5 (Ecuación 9)
Donde:
G = gradiente de velocidad (s-1)
n = velocidad de rotación (rps)
A = área de la paleta (m2)
r = distancia de cada paleta al eje (m)
V = volumen de la cámara de floculación (m3)
Sustituyendo los valores del tanque de la mezcla de reactivos en la ecuación 9 se
obtiene el siguiente resultado:
8 Referencia bibliográfica 7. Manual VI, Tomo II: Plantas de tecnología convencional, pág.50.
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
76
Unidad 1:
n = 15 rps
A = 0.052 m2
r = 0.115 m
V = 0.2376 m3
Sustituyendo estos valores en la ecuación 9:
G = 90 * (153 * 0.052*( 0.115 3 + 0.115 3 +0.115 3 + 0.115 3 )/ 0.2376) 0.5
G = 200 s-1
Unidad 2:
n = 3 rps
A = 0.010 m2
r = 0.045 m
V = 0.1512 m3
Sustituyendo estos valores en la ecuación 9:
G = 90 * (33 * 0.010*( 0.045 3 + 0.045 3 +0.045 3 + 0.045 3 )/ 0.1512) 0.5
G = 2 s-1
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
77
H. Tiempo de retención actuales en las unidades de mezcla y floculación de la
planta de tratamiento en estudio.
Por definición:
Donde:
Q = caudal
V = volumen
T = tiempo
Para calcular el tiempo de retención en las unidades de mezcla y floculación la ecuación
10 se expresa de la siguiente manera:
Donde:
Tr= tiempo de retención de la unidad (min)
Qtrat = caudal de tratamiento (gal/min)
V = volumen de la unidad (gal)
Q = V (Ecuación 10)
T
Tr = V (Ecuación 11)
Q trat
Mirna Concepción Gómez Cadenas ERIS/USAC
78
De acuerdo al análisis de frecuencia (Tabla 6) el caudal de tratamiento es en un
alto porcentaje igual a 30 gal/min , entonces Qtrat = 30.
Sustituyendo los valores en la ecuación 11 se obtienen los siguientes resultados:
Unidad 1 = unidad de mezcla
Unidad 2 = unidad de floculación
Unidad Qtrat (gal/min) V (gal) Tr (min)
1 30 63 2.1
2 30 40 1.3
top related