desarrollo de una metodologÍa para el tratamiento de

UNIVERSIDAD DE COSTA RICA

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

DESARROLLO DE UNA METODOLOGÍA PARA EL TRATAMIENTO DE FERTILIZANTES

FOLIARES LÍQUIDOS DE DESECHO QUE CONTENGAN NITRÓGENO, FÓSFORO, ZINC, HIERRO O MANGANESO EXISTENTES EN COSTA RICA

TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE LICENCIADO EN INGENIERÍA QUÍMICA

MODALIDAD: TRABAJO FINAL DE GRADUACIÓN

DIRECTOR:

BERNARDO MORA GÓMEZ

TOMÁS ARTURO SOTO MURILLO

CARNÉ: B06234

Proyecto de graduación sometido a la consideración de la Escuela de Ingeniería Química como

re~uisito final para optar al grado de Licenciatura en Ingeniería Química

Sustentante:

Tomás Arturo Soto Murillo

Aprobado por:

~ e::;>\ :-:, ~l...-- l\. . '--lng. dteban~rrer .e!l.Jl~/

( -- - -Director ·-

Escuela de Ingeniería Química

lng. Bern 1

Profesor

Escuela de Ingeniería Químia

Ariel Alfa ro Vargas, M.Sc.

Regente Químico

Universidad de Costa Rica

lng. Eduardo Rivera Porra, Ph.D.

Profesor


/

~-

Fernando González Chacón, Mag.

Profesor


Ciudad Universitaria Rodrigo Facio

2017

Presidente del Tribunal

Director del Proyecto

Lector del Proyecto

Lector del Proyecto

Lector del Proyecto

“El conocimiento es como el fuego, que primero debe ser encendido por algún agente

externo, pero que después se propaga por sí solo” Ben Jonson

i

DEDICATORIA

Gracias primero a Dios, quien me ha dado las fuerzas necesarias para salir adelante y llegar hasta

aquí.

A mis padres, Roger Soto Madrigal y Vanessa Murillo Brealey así como a mi hermana Paula Soto

Murillo, por su apoyo incondicional y continua motivación desde el inicio. Sin ellos este proyecto no

habría sido posible.

A mi colega Sylvia Vargas Monge, por inspirarme a seguir adelante con este proyecto y a mi amiga

Jeimmy Dallana Rojas Fernandez, quien me acompañó y aconsejó en los momentos difíciles y me

motivó para concluir esta obra.

Finalmente un agradecimiento a familiares y amigos, quienes durante el proceso de elaboración

de este proyecto se acercaron para darme sus aportes, su apoyo y su motivación. Esta obra es para

ustedes.

iii

RESUMEN

Se realizó el desarrollo de una metodología para el tratamiento de fertilizantes foliares líquidos de desecho en Costa Rica, los cuales pueden contener nitrógeno, fósforo, zinc, hierro o manganeso. Para ello, se realizó una encuesta a las principales empresas formuladoras e importadoras de fertilizantes en el país, con el propósito de dimensionar la problemática y establecer un volumen de control con base en las necesidades de la industria agroquímica.

Se determinó el tratamiento de hidrolización alcalina como la opción adecuada para el acondicionamiento de los fertilizantes foliares vencidos, además se llevó a cabo un experimento con pruebas de jarras, para validar el método y estudiar el efecto del tiempo de reacción y velocidad de agitación sobre la remoción de metales.

Se utilizó la medición de la conductividad, el cual es un método aproximado, para determinar la concentración de metales disueltos. Los resultados mostraron que en todos los casos hubo una disminución significativa respecto a la conductividad inicial de cada mezcla, aunque no la suficiente como para verter las aguas. Se observó además que los valores de DQO obtenidos son muy elevados, lo que sugiere que los fertilizantes tienen una carga orgánica importante que se atribuye a coadyuvantes, surfactantes, adherentes y quelatantes presentes en los mismos. Estos resultados sugirieron la necesidad de una segunda etapa de tratamiento. También se determinó que la velocidad de agitación y la interacción de las variables son las que tienen un efecto estadísticamente más marcado sobre las respuestas observadas en comparación con el tiempo de reacción.

Con los resultados obtenidos se planteó una metodología de tratamiento en dos fases, una primera etapa de hidrolización alcalina para la remoción de metales y otros compuestos orgánicos hidrolizables, seguido de una oxidación con peróxido de hidrógeno para la eliminación de los compuestos remanentes. Se realizó el dimensionamiento de los equipos requeridos para dicho proceso y se elaboró un manual operativo del mismo.

Se concluyó que el proceso estudiado no es capaz de reducir los parámetros establecidos en el Reglamento de Reuso y Vertido de Aguas Residuales a los límites máximos permitidos, por lo que solamente debe ser utilizado como un tratamiento primario.

v

ÍNDICE

Página

Resumen……………………………………………………………………………………………………………………………………....iii

Introducción………………………………………………………………………………………………………………………………..xv

1 Marco teórico……………………………………………………………………………………………………………………………1

1.1. Fertilizantes foliares………………………………………………………………………………………1

1.2. Absorción de los fertilizantes foliares……………………………………………………………1

1.3. Nutrientes en fertilizantes……………………………………………………………..……2

1.4. Efecto del exceso de nutrientes en el medio ambiente…………………………………….3

1.5. Presencia de metales en fertilizantes……………………………………………..……………….4

1.6. Toxicidad de los metales…………………….………………………..…………………………………5

1.7. Tratamiento de nutrientes en aguas residuales……………………………………………..5

1.7.1. Tratamiento para eliminar nitrógeno del agua residual…………………...5

1.7.1.1. Desorción de amoniaco con aire…………………..……………………….5

1.7.1.2. Nitrificación-desnitrificación……………………………..…………………..6

1.7.2. Tratamiento para eliminar el fósforo del agua……………………………………...6

1.7.2.1. Remoción biológica del fósforo…………………………..…………………6

1.7.2.2. Remoción por precipitación química………………………..……………7

1.8. Tratamiento de metales en aguas residuales………………………………………………….7

1.8.1. Biosorción de metales……………………………………………………………………..….7

1.8.2. Precipitación alcalina de metales…………….…………………………………………..9

1.8.3. Remoción de otros metales mediante distintos métodos………………….10

1.8.3.1. Remoción de hierro y manganeso………………..……………………..10

1.8.3.2. Remoción de zinc mediante el uso de SDS y membranas

MWCO…………………………………………………………………………………10

1.8.3.3. Biosorción de zinc mediante el uso de algas………………………..11

1.9. Disposición de los lodos………………………………………………………………………………..11

1.10. Legislación ambiental……………………………………………………………………………………12

1.10.1. Ley Orgánica del Ambiente……….………………………………………………..13

vi

Página

1.10.2. Ley General de Salud…………………….…………………………………………….13

1.10.3. Ley para la Gestión Integral de Residuos………….…………………………14

1.10.4. Reglamento de Vertido y Reuso de Aguas Residuales………………...14

1.10.5. Reglamento del Canon Ambiental por Vertidos………….……………...19

1.10.6. Reglamento de Aprobación de Sistemas de Tratamiento de Aguas

Residuales……………………………………………………………..…………………..20

2 Descripción del problema……………………………………….………………………………………………………….…21

2.1. Importación de fertilizantes foliares……………………………………………………………..22

2.2. Principales fertilizantes foliares líquidos utilizados en Costa Rica………………….33

2.3. Determinación de la cantidad de fertilizantes foliares vencidos………..………….33

2.4. Determinación del volumen de control de la planta…………………………………..…39

3 Escogencia del método de tratamiento………………………………………………………………………………….41

3.1. Desarrollo y aplicación de la herramienta de escogencia………………………………41

4 Metodología………………………………………………………………………………………………………………………….47

4.1. Equipo y materiales……………………………………………………………………………………….49

4.2. Diagrama de equipo………………………………………………………………………………………51

4.3. Factores y variables experimentales………………………………………………………………54

5 Análisis de resultados……………………………………………………………………………………………………………55

5.1. Definición de las diluciones………….……………………………………………………………….55

5.2. Realización de las pruebas…………………………………………………………………………….56

5.3. Medición del DQO…………………………………………………………………………………………60

5.4. Caracterización de las muestras tratadas………………………………………………………61

5.5. Análisis estadístico de los resultados experimentales……………………………………67

6 Dimensionamiento del equipo………………………………………………………………………………………………85

6.1. Diagrama de flujo del proceso………………………………………………………………………85

6.2. Dimensionamiento y balances de masa y energía…………………………………………85

6.2.1. Tanque de recibo (T-101)……….………………………………………………………….90

6.2.2. Bomba de elevación (B-101)………………………………………………………………90

vii

Página

6.2.3. Reactor de hidrolización (R-101)………………………………………………………..95

6.2.4. Separador de lodos (S-101)………………………………………………………………..98

6.2.5. Bomba de trasiego (B-102)…………………………………………………………………99

6.2.6. Reactor de oxidación y refinamiento (R-102)……………………………………101

6.2.7. Separador de carbón (S-102)……………………………………………………………109

6.2.8. Resumen del dimensionamiento……………………………………………………..110

6.3. Manual operativo de la planta…………………………………………………………………….111

7 Conclusiones y recomendaciones………………………………………………………………………………………..113

7.1. Conclusiones……………………………………………………………………………………………….113

7.2. Recomendaciones……………………………………………………………………………………….115

8 Nomenclatura……………………………………………………………………………………………………………………..117

9 Bibliografía………………………………………………………………………………………………………………………….121

10 Apéndices……………………………………………………………………………………………………………………………125

10.1. Apéndice A: Datos experimentales………………………………………………………………125

10.2. Apéndice B: Resultados intermedios……………………………………………………………133

10.3. Apéndice C: Muestra de cálculo…………………………………………………………………..135

10.3.1. Cálculo del volumen de lodos……………………………………………………135

10.3.2. Cálculo de los totales de Yates………………………………………………….136

10.3.3. Cálculo de la suma de cuadrados para el tratamiento del

tiempo……………………………………………………………………………………..137

10.3.4. Cálculo de la suma de cuadrados para el tratamiento de la

velocidad………………………………………………………………………………….137

10.3.5. Cálculo de la suma de cuadrados para la interacción del tiempo y

la velocidad………………………………………………………………………………138

10.3.6. Cálculo de la suma de cuadrados total……………………………………..138

10.3.7. Cálculo de la suma de cuadrados para el error…………………………139

10.3.8. Cálculo de los grados de libertad para los tratamientos…………..140

10.3.9. Cálculo de los grados de libertad para el total………………………….140

viii

Página

10.3.10. Cálculo de los grados de libertad para el error…………………………140

10.3.11. Cálculo del cuadrado medio para los tratamientos………………….141

10.3.12. Cálculo del cuadrado medio para el error………………………………..142

10.3.13. Cálculo del estadístico de Prueba F0…………………………………………142

10.3.14. Cálculo de la masa de elementos y metales de interés cuando la

concentración está dada en porcentaje masa-volumen…………..143

10.3.15. Cálculo de la masa de elementos y metales de interés cuando la

concentración está dada en partes por millón……………………….…143

10.3.16. Cálculo de la concentración inicial de elementos y metales de

interés para las mezclas utilizadas……………………………………………144

10.3.17. Cálculo del aporte a la DQO de la oxidación de manganeso en las

mezclas…………………………………………………………………………………...144

11 Procedimiento experimental……………………………………………………………………………………………….145

11.1. Elaboración de las diluciones de fertilizantes al 10 %.....................................145

11.2. Prueba de jarras para el tratamiento de los fertilizantes…………………………….145

11.3. Medición de la DQO……………………………………………………………………………………148

12 Anexos………………………………………………………………………………………………………………………………..151

12.1. Instrumento de la encuesta aplicada a las empresas…………………………………..153

12.2. Respuesta de la empresa A…………………………………………………………………………157

12.3. Respuesta de la empresa B…………………………………………………………………………161

12.4. Respuesta de la empresa C…………………………………………………………………………165

12.5. Respuesta de la empresa D…………………………………………………………………………169

12.6. Composición de los principales fertilizantes foliares utilizados en

Costa Rica……………………………………………………………………………………………………173

12.7. Manual operativo de la planta…………………………………………………………………….179

ix

ÍNDICE DE CUADROS

Página

Cuadro 1.8.1.1. Capacidad de bioadsorción de metales mediante diferentes

bioadsorbentes…………………………………………………………………………………………………………..………………….8

Cuadro 1.8.3.2.1. Eficiencia de remoción usando membranas de 100 kDa y 300 kDa……………..……11

Cuadro 1.10.4.1. Límites máximos permisibles para los parámetros universales de análisis

obligatorio de aguas residuales vertidas en el alcantarillado sanitario y cuerpos

receptores………………………………….….…………………………………………………………………………………………….15

Cuadro 1.10.4.2. Límites máximos permisibles para los parámetros complementarios de análisis

obligatorio de aguas residuales vertidas en alcantarillados sanitarios……………………………………………16

Cuadro 1.10.4.3. Límites máximos permisibles para los parámetros obligatorios complementarios

de aguas residuales vertidas en un cuerpo receptor………………………………………………………………………18

Cuadro 2.1.1. Datos de importación de fertilizantes foliares líquidos a Costa Rica en el periodo de

2012 a abril de 2015 de acuerdo a los registros del Servicio Fitosanitario del Estado………………………22

Cuadro 2.1.2. Porcentaje de importación de fertilizantes foliares al país por año del 2012 a abril de

2015……………………………………………………………………………………………………………………………………………..32

Cuadro 2.3.1. Fertilizantes foliares seleccionados para la encuesta……………………………………………….34

Cuadro 2.3.2. Formulación, importación y distribución de marcas por parte de las empresas que no

figuran en la lista seleccionada para la encuesta……………………………………………………………………………36

Cuadro 2.3.3. Cantidad de fertilizantes foliares líquidos formulados o distribuidos (en litros) por las

empresas en el periodo comprendido entre el II semestre de 2015 y el II semestre de 2016…………..37

Cuadro 2.3.4. Cantidad de fertilizantes foliares líquidos vencidos (en litros) por empresas en el

periodo comprendido entre el II semestre de 2015 y el II semestre de 2016…………………………………..38

Cuadro 3.1.1. Cuadro comparativo de métodos de tratamiento……………………………………………………41

Cuadro 4.1.1. Instrumentos utilizados para el tratamiento de fertilizantes foliares………………………..50

Cuadro 4.1.2. Sustancias utilizadas para el tratamiento de fertilizantes foliares…………………………….50

Cuadro 5.1. Composición de las mezclas de trabajo……………………………………………………………………….55

Cuadro 5.2.1. Condiciones de operación fijas para la reacción de precipitación alcalina mediante

prueba de jarras……………………………………………………………………………………………………………………………57

Cuadro 5.2.2. Magnitud de los niveles para las variables independientes del modelo…………………….58

x

Página

Cuadro 5.4.1. Caracterización de la mezcla 1 tras el tratamiento……………………………………………………64



Cuadro 5.5.1. Cuadro de análisis de varianza para la conductividad en la mezcla 1…………………………69



Cuadro 5.5.4. Cuadro de análisis de varianza para la DQO en la mezcla 1……………………………………….76

Cuadro 5.5.5 Cuadro de análisis de varianza para la DQO en la mezcla 2………………………………………..77

Cuadro 5.5.6 Cuadro de análisis de varianza para la DQO en la mezcla 3………………………………………..79

Cuadro 6.2.1 Valores promedio de pH, conductividad, volumen de lodos y DQO para las tres

mezclas………………………………………………………………………………………………………………………………………..87

Cuadro 6.2.2. Masa de manganeso presente en 250 mL de cada marca de fertilizante…………..………88

Cuadro 6.2.3. Masa y moles de manganeso presentes en 500 mL de las mezclas utilizadas…………….88

Cuadro 6.2.4. Moles y masa de oxígeno requerido para la oxidación del manganeso presente en las

mezclas utilizadas, así como su aporte a la DQO…………………………………………………………………………….89

Cuadro 6.2.2.1 Pérdidas por fricción de accesorios de elevación………………….……………..………………..93

Cuadro 6.2.5.1. Pérdidas por fricción de accesorios en la bomba de trasiego……………………………….101

Cuadro 6.2.6.1. Composición de los fertilizantes utilizados para los elementos y metales de interés

según los fabricantes……………………………………………………………….……………….………………………………..102

Cuadro 6.2.6.2. Masa de elementos y metales de interés en un volumen de 250 mL de cada marca

de fertilizante……………………………………………………………………………………………………………………………..103

Cuadro 6.2.6.3. Concentración inicial de elementos y metales de interés en las mezclas

utilizadas…………………………………………………………………………………………………………………………………….103

Cuadro 6.2.6.4. Concentraciones iniciales más elevadas para cada elemento o metal de interés

entre las tres mezclas………………………………………………………………………………………………………………….104

Cuadro 6.2.6.5. Concentraciones finales y porcentaje de remoción tras la reacción de precipitación

alcalina de los metales de interés……………………………………………………………………………..…………………105

Cuadro 6.2.6.6. Moles de metales y NaOH requeridos al inicio y final de la reacción de precipitación

alcalina……………………………………………………………………………………………………………………………………….106

Cuadro 6.2.8.1. Dimensiones de las unidades del proceso……………………..………………………………..….110

xi

Página

Cuadro 6.2.8.2. Resumen de equipo electromecánico (bombas)……………………..………………………….110

Cuadro 10.1.1. Medición de la conductividad para la primera repetición de la mezcla 1……………...125

Cuadro 10.1.2. Medición de la conductividad para la segunda repetición de la mezcla 1……….….…125

Cuadro 10.1.3. Medición de la conductividad para la tercera repetición de la mezcla 1……………..…126

Cuadro 10.1.4. Medición del pH, altura de lodos y DQO para la primera repetición de la

mezcla 1……………………………………………………………………………………………………………………………………..126

Cuadro 10.1.5. Medición del pH, altura de lodos y DQO para la segunda repetición de la

mezcla 1……………………………………………………………………………………………………………………………………..126

Cuadro 10.1.6. Medición del pH, altura de lodos y DQO para la tercera repetición de la

mezcla 1……………………………………………………………………………………………………………………………………..127

Cuadro 10.1.7. Medición de la conductividad para la primera repetición de la mezcla 2……………...127

Cuadro 10.1.8. Medición de la conductividad para la segunda repetición de la mezcla 2……………..127

Cuadro 10.1.9. Medición de la conductividad para la tercera repetición de la mezcla 2……………..…128


mezcla 2……………………………………………………………………………………………………………………………………..128


mezcla 2……………………………………………………………………………………………………………………………………..128


mezcla 2……………………………………………………………………………………………………………………………………..129

Cuadro 10.1.13. Medición de la conductividad para la primera repetición de la mezcla 3……….……129

Cuadro 10.1.14. Medición de la conductividad para la segunda repetición de la mezcla 3…….……..129

Cuadro 10.1.15. Medición de la conductividad para la tercera repetición de la mezcla 3………….….130


mezcla 3……………………………………………………………………………………………………………………………………..130


mezcla 3……………………………………………………………………………………………………………………………………..130


mezcla 3……………………………………………………………………………………………………………………………………..131

Cuadro 10.1.19. Datos de conductividad contra concentración para la mezcla 1………………………….131

Cuadro 10.1.20. Datos de conductividad contra concentración para la mezcla 2………………………….132

xii

Página

Cuadro 10.1.21. Datos de conductividad contra concentración para la mezcla 3………….………………132

Cuadro 10.2.1. Cálculo del volumen de lodos para las tres mezclas………………………………………………133

Cuadro 10.2.2. Diseño y datos para conductividad de la mezcla 1 con nomenclatura de Yates……..133

Cuadro 10.2.3. Diseño y datos para DQO de la mezcla 1 con nomenclatura de Yates………………..….134

Cuadro 10.2.4. Diseño y datos para conductividad de la mezcla 2 con nomenclatura de Yates……..134

Cuadro 10.2.5. Diseño y datos para DQO de la mezcla 2 con nomenclatura de Yates…………..……….134

Cuadro 10.2.6. Diseño y datos para conductividad de la mezcla 3 con nomenclatura de Yates…..…135

Cuadro 10.2.7. Diseño y datos para DQO de la mezcla 3 con nomenclatura de Yates……………………135

Cuadro 11.2.1. Diseño y orden de las corridas experimentales a realizar………………………………….….145

xiii

ÍNDICE DE FIGURAS

Página

Figura 1.6.1. Relación entre la concentración de metales y el crecimiento de la planta……………….…5

Figura 4.2.1. Diagrama de equipo para prueba de jarras………………………………………………………………..51

Figura 4.2.2. Diagrama de equipo de balanza AE Adam………………………………………………………………….51

Figura 4.2.3. Diagrama de equipo del multiparámetro Hach………………………………………………………….52

Figura 4.2.4. Diagrama de equipo del pHmetro Hanna HI991300…………………………………………………..52

Figura 4.2.5. Diagrama de equipo del reactor COD Hach………………………………………………………………..53

Figura 4.2.6. Diagrama de equipo del colorímetro Hach DR890……………………………………………………..53

Figura 5.2.1. Jarras en agitación lenta……………………………………………………………………………………………59

Figura 5.2.2. Filtrado obtenido de una de las jarras posterior al tratamiento………………………………….59

Figura 5.2.3. Equipo para prueba de jarras…………………………………………………………………………………….60

Figura 5.3.1. Digestión de las muestra para la medición de DQO……………………………………………………61

Figura 5.4.1. Gráfica de conductividad contra concentración para la mezcla 1……………………………….62



Figura 5.5.1. Gráfico de interacción tiempo de reacción-velocidad de agitación para la conductividad

en la mezcla 1……………………………………………………………………………………………………………………………….70

Figura 5.5.2. Gráfico del efecto de la velocidad de agitación para la conductividad en la mezcla 2….71

Figura 5.5.3. Gráfico del efecto de la velocidad de agitación para la conductividad en la mezcla 3….72

Figura 5.5.4. Gráficas del efecto del tiempo de agitación sobre la conductividad en la mezcla 1,

mezcla 2 y mezcla 3……………………………………………………………………………………………………………………….73

Figura 5.5.5. Gráfica de probabilidad para la conductividad en la mezcla 1…………………………………….73



Figura 5.5.8. Gráfica de residuos contra predichos para la conductividad en la mezcla 1…………….....75

Figura 5.5.9. Gráfica de residuos contra predichos para la conductividad en la mezcla 2………………..75

Figura 5.5.10. Gráfica de residuos contra predichos para la conductividad en la mezcla 3………………76

Figura 5.5.11. Gráfico de interacción tiempo de reacción-velocidad de agitación para la DQO en la

mezcla 1……………………………………………………………………………………………………………………………………….77

xiv

Página

Figura 5.5.12. Gráfico del efecto de la velocidad de agitación para la DQO en la mezcla 2………………78


mezcla 3……………………………………………………………………………………………………………………………………….79

Figura 5.5.14. Gráfica de probabilidad para la DQO en la mezcla 1…………………………………………………80



Figura 5.5.17. Gráfica de residuos contra predichos para la DQO en la mezcla 1…………………………….82



Figura 6.1.1. Diagrama de flujo del proceso…………………………………………………………………………………..86

xv

INTRODUCCIÓN

El presente trabajo se ha realizado con el objetivo de conceptualizar una metodología de

tratamiento para fertilizantes foliares líquidos de desecho en Costa Rica, los cuales en general

pueden contener nitrógeno, fósforo, zinc, hierro o manganeso, entre otros compuestos. Para ello

se propone un método de hidrolización alcalina con hidróxido de sodio, utilizando carbonato de

calcio como agente coagulante, seguido de un tratamiento con peróxido de hidrógeno para la

oxidación de residuos remanentes.

Además, se propone determinar la validez del método mediante pruebas de laboratorio, así como

definir los parámetros operativos para la planta conceptualizada. Se plantea determinar la cantidad

de fertilizantes foliares vencidos que quedan en el país mediante una encuesta, como parámetro de

partida para estimar el volumen de tratamiento de la planta y poder así dimensionar los equipos de

la misma.

Todo esto con la finalidad de proponer una alternativa de tratamiento económica para los

fertilizantes foliares vencidos. Actualmente las alternativas de tratamiento en Costa Rica para este

tipo de productos son limitadas y suelen ser costosas destacando principalmente la incineración del

producto.

1

1. MARCO TEÓRICO

1.1. FERTILIZANTES FOLIARES

Son aquellos que se aplican y absorben en la hoja de la planta y contienen nutrientes primarios

así como micronutrientes. Su uso principal es remediar la deficiencia de estos, y entre los principales

componentes se halla la urea, aminoácidos, sales de potasio, nitratos y sulfatos (Gowariker,

Krishnamurthy, Gowariker, Dhanorkar & Paranjape, 2009).

De acuerdo con Benton (2012), la aplicación de un fertilizante foliar no siempre garantiza corregir

una deficiencia en los nutrientes, aunque ha probado ser bastante efectivo en la corrección de las

deficiencias de los mismos tales como boro, manganeso, hierro o zinc. Para que la absorción sea

óptima se deben considerar varios factores tales como la composición del fertilizante, condición de

la planta, características de la hoja, estado de crecimiento, tiempo de aplicación y el clima.

Como los nutrientes son indispensables para el adecuado desarrollo de las plantas, el uso de

fertilizantes en la industria agrícola cuando existen deficiencias en el suelo se vuelve indispensable,

ya que estos permiten mejorar el rendimiento de los cultivos (FAO, 2002).

1.2. ABSORCIÓN DE LOS FERTILIZANTE FOLIARES

La hoja es el órgano principal de absorción foliar, por lo que es importante conocer su estructura.

En la parte externa, presenta una cutícula (membrana lipoidal) que representa un obstáculo. Debajo

de esta se encuentran las células de la epidermis, cubiertas por una delgada capa de pectina. Por

esto, la absorción de los nutrientes a través de la hoja es un proceso de múltiples pasos que incluye:

la absorción superficial, la penetración pasiva a través de la cutícula y la absorción activa por las

células de la hoja (Soria, 2008).

La hidratación de la cutícula permite que esta se expanda, apartando las concreciones cerosas

sobre su superficie, lo que facilita la penetración. Una vez que los nutrientes pasan la cutícula se

encuentran con las membranas celulares de la epidermis. Estas presentan prolongaciones

plasmáticas o ectocitodos, los cuales son espacios interfibrilares que aparecen en las paredes

2

celulares, que rodean espacios llenos de aire formando un continuo que se extiende desde la parte

externa de las membranas hasta el límite interno de la cutícula, sirviendo como vía de excreción.

Cuando los nutriente se encuentran en los ectocitodos son translocados a las células epidérmicas

por un proceso de difusión y mediante gasto de energía metabólica (Soria, 2008).

Otro aspecto importante de recalcar es que la cutícula actúa como un débil intercambiador

catiónico, producto de la carga negativa atribuida a las sustancias péctidas y a los polímeros de

cutina no esterificados. Un gradiente de carga se produce en esta capa cuticular de la parte externa

hacia el interior, lo que permite la penetración de iones a lo largo del gradiente, situación de la que

toma ventaja la fertilización foliar (Melendez & Molina, 2002).

1.3. NUTRIENTES EN FERTILIZANTES

Son sustancias utilizadas por los seres vivos para crecer, desarrollarse y reproducirse. Los tipos de

nutrientes requeridos dependen del organismo, pero en general las plantas necesitan de al menos

16 elementos esenciales para su crecimiento. Los macronutrientes primarios constituyen los más

importantes para el desarrollo de la planta como el nitrógeno, fósforo y potasio. Los nutrientes

secundarios están constituidos por calcio, magnesio y azufre. Los micronutrientes son requeridos

en menor cantidad e incluyen cloro, boro, hierro, manganeso, molibdeno, cobre y zinc. Algunas

plantas además necesitan otros elementos como cobalto, níquel, silicio, sodio y vanadio (Van der

Perk, 2006).

Los nutrientes cumplen diversas funciones dentro de la planta. El nitrógeno por ejemplo, es uno

de los principales constituyentes de las proteínas, y suele ser absorbido en forma de nitratos o

amonio. El fósforo tiene un papel vital en la transferencia de energía, y el potasio tiene un papel

enzimático importante. Además, otros de los nutrientes secundarios cumplen papeles importantes

en las principales funciones biológicas de la planta como la fotosíntesis. Ejemplo de esto es el

magnesio, que es uno de los constituyentes principales de la clorofila. Otros como el calcio

promueven el crecimiento de la raíz. Finalmente los micronutrientes como ya se mencionó son

necesarios en pequeñas cantidades y un exceso de los mismos podría resultar perjudicial (FAO,

2002).

3

Además de los nutrientes presentes en forma de sales inorgánicas, los fertilizantes foliares

presentan también varios compuestos orgánicos en forma de quelatos naturales y sintéticos. Estos

pueden combinarse con un catión metálico acomplejándolo y formando una estructura

heterocíclica. El quelato neutraliza la carga del catión, lo que facilita la penetración de iones a través

de la cutícula foliar, facilitando el proceso de absorción (Melendez & Molina, 2002).

Existen varios tipos de agentes quelatantes que se utilizan en la fertilización foliar, los cuales

pueden ser sintéticos, de cadena corta, u orgánicos naturales. Entre los primeros destaca el EDTA

(ácido etilendiaminotetracético) el cual es bastante estable y ampliamente utilizado. Los quelatos

de cadena corta son débiles y poco estables, siendo algunos ejemplos los ácidos cítrico, ascórbico y

tartárico. Los quelatos orgánicos naturales tienen diferentes grados de efectividad e incluyen

poliflavonoides, lignosulfatos, aminoácidos, ácidos húmicos, ácidos fúlvicos, polisacáridos, etc. La

ventaja que poseen los quelatos orgánicos de origen natural es que presenta un menor riesgo de

fitotoxicidad, lo que los hace apropiados para la aplicación foliar (Melendez & Molina, 2002).

Así mismo los fertilizantes foliares contienen una serie de agentes coadyuvantes, los cuales suelen

ser compuestos orgánicos como surfactantes y adherentes, que ayudan a reducir la tensión

superficial de las moléculas de agua, permitiendo una mayor superficie de contacto con la hoja y

mejorando la distribución de nutrientes en la superficie de la misma, lo que evita concentraciones

elevadas en puntos aislados y favorece el aprovechamiento del fertilizante foliar (Trinidad & Aguilar,

1999).

1.4. EFECTO DEL EXCESO DE NUTRIENTES EN EL MEDIO AMBIENTE

De los nutrientes que requieren las plantas para su crecimiento; el nitrógeno, el fósforo y el azufre

son los que presentan un mayor impacto en el ambiente, debido a las altas concentraciones que

pueden alcanzar en el agua. Estas ocasionan un deterioro en la calidad de las mismas en ríos, lagos

y estuarios. El problema es que propician el crecimiento excesivo de algas, lo que provoca la

eutrofización de los cuerpos de agua y disminuye la concentración de oxígeno, afectando la vida

acuática. Además pueden ocasionar algunos problemas en la salud de las personas, debido a altas

concentraciones de nitritos y nitratos, así como la presencia de algunos compuestos de azufre

nocivos y que generan malos olores (Weiner, 2012).

4

En el caso del amonio, el exceso de este puede filtrarse fácilmente al agua, incrementando el pH

de la misma al ser esta una sustancia alcalina. Esto puede afectar negativamente el equilibrio de la

biota acuática. Por otro, lado los nitritos y nitratos, aunque se hallan en forma natural en el agua,

son sustancias tóxicas para los peces y los humanos en altas concentraciones (Weiner, 2012).

El fósforo es indispensable para el crecimiento de las plantas, pero tiene una baja solubilidad en

el agua. Por este motivo es un elemento limitante en el crecimiento de la flora acuática,

especialmente de algas. Sin embargo, si las concentraciones de fósforo aumentan en un cuerpo de

agua, el crecimiento de plantas acuáticas se incrementará también, ocasionando problemas de

eutrofización (Weiner, 2012).

1.5. PRESENCIA DE METALES EN FERTILIZANTES

La fertilización foliar por lo general se realiza para corregir deficiencias de elementos menores,

los cuales en su mayoría constituyen metales en forma de sales o iones, que por distintos motivos

pueden no hallarse disponibles en el suelo, o cuya absorción debido a las condiciones resulta difícil.

Resaltan entre estos metales el calcio, magnesio, zinc, hierro y molibdeno (Melendez & Molina,

2002).

Todos estos metales cumplen con diferentes funciones metabólicas dentro de la planta. Así por

ejemplo, el magnesio ayuda a la formación de las partes florales de la planta, interviene en la

formación de compuestos nitrogenados solubles y en la reducción de azúcares, entre otras

funciones. El calcio está ligado al crecimiento de la raíz y la planta en general. El manganeso

interviene en procesos de síntesis de sustancias nitrogenadas y está ligado al proceso de fotosíntesis.

El zinc interviene en el metabolismo general de la planta, principalmente en el crecimiento de brotes.

El cobre es un elemento necesario en el metabolismo proteico así como en la formación de

carbohidratos y en la actividad enzimática; y el hierro está ligado al proceso de la respiración en

órganos vegetales además de participar en la reducción de carbohidratos y la actividad enzimática

(Soria, 2008).

5

1.6. TOXICIDAD DE LOS METALES

Para las plantas, bajas concentraciones de metales pueden ser beneficiosas debido a sus diferente

funciones metabólicas, pero el exceso puede tener efectos negativos en el crecimiento y desarrollo,

ya que afectan la absorción de otros nutrientes, lo cual eventualmente las lleva a su muerte

(Hasanuzzaman & Fujita, 2012).

Aun así, las plantas presentan una tolerancia a diferentes concentraciones de metales antes de

que se vuelvan tóxicos como se muestra en la Figura 1.6.1.

Figura 1.6.1. Relación entre la concentración de metales y el crecimiento de la planta

(Hasanuzzaman & Fujita, 2012).

1.7. TRATAMIENTO DE NUTRIENTES EN AGUAS RESIDUALES

1.7.1. TRATAMIENTO PARA ELIMINAR NITRÓGENO DEL AGUA RESIDUAL

1.7.1.1. DESORCIÓN DE AMONIACO CON AIRE

En este tratamiento, al agua con amonio se le agrega cal (CaO) hasta un pH de entre 10 y 11, de

esta manera el amonio se transforma en amoniaco y se desorbe con facilidad mediante una

corriente de aire. La desorción se ve favorecida a altas temperaturas. El uso de cal es más económico,

pero genera un lodo de carbonato de calcio (CaCO3). Una opción puede ser usar hidróxido de sodio

6

(NaOH) que es más costoso pero no genera lodos. Entre las ventajas que presenta, está que precipita

el fósforo, pero como desventaja tiene que el aire con amoniaco es un agente contaminante (Weiner,

2012).

1.7.1.2. NITRIFICACIÓN-DESNITRIFICACIÓN

Este consiste en un tratamiento de oxidación biológico, donde se utilizan bacterias nitrificantes

de los géneros nitrosoma y nitrobacter, con el objetivo de convertir todas las sustancias con

nitrógeno y en particular el amonio en nitrato, siendo un proceso altamente aerobio. Las ecuaciones

1.7.1.2.1 y 1.7.1.2.2 muestran las reacciones químicas en cuestión. Luego se procede a una etapa

de desnitrificación, donde se utilizan bacterias desnitrificantes, para reducir el nitrato a nitrógeno

molecular en condiciones anaerobias. La ecuación 1.7.1.2.3 muestra la reacción química de este

paso (Weiner, 2012).

2NH4++3O2

Nitrosoma y aerobio→ 4H++2NO2

- +2H2O (1.7.1.2.1)

2NO2- +O2

Nitrosoma y aerobio→ 2NO3

- (1.7.1.2.2)

2NO3- +5CH2O+4H+

Anaerobio→ 2N2(g)+5CO2(g)+7H2O (1.7.1.2.3)

1.7.2. TRATAMIENTO PARA ELIMINAR FÓSFORO DEL AGUA

1.7.2.1. REMOCIÓN BIOLÓGICA DEL FÓSFORO

Este método es posible haciendo uso de lodos activados en secuencias anaerobias-aerobias.

Durante la etapa anaerobia, los fosfatos son liberados, y en la etapa aerobia, estos junto con el

incremento de los mismos, son absorbidos nuevamente por las células como polifosfatos,

ocasionando una remoción neta igual a la remoción metabólica. Finalmente, el fosfato puede

removerse como un lodo mediante una segunda etapa anaerobia, donde es liberado en forma

soluble. Las bacterias son recirculadas y el fosfato se precipita y separa (Weiner, 2012).

Se pueden lograr importantes remociones del fósforo en el agua; sin embargo, como suele estar

fuertemente sorbido a sólidos suspendidos, los cuales no pueden ser asimilados por las bacterias,

7

suele ser necesario un tratamiento de filtración o precipitación química posterior al tratamiento

biológico.

1.7.2.2. REMOCIÓN POR PRECIPITACIÓN QUÍMICA

La remoción química solo funciona con ortofosfatos, que suelen ser entre un 50 % - 80 % del

fósforo presente en las aguas residuales, aunque esto depende de la naturaleza de las aguas. El

resto suele ser polifosfatos, los cuales se eliminan mediante tratamiento biológico. Esta

precipitación, suele lograrse mediante la adición de una sal metálica como sulfato de hierro, cloruro

de hierro (III) o sulfato de aluminio como se muestra en las siguientes ecuaciones (Weiner, 2012).

Al2(SO4)3+2HPO42-→2AlPO4(s)+3SO4

2-+2H+ (1.7.2.2.1)

Fe2(SO4)3+2HPO42-→2FePO4(s)+3SO4

2-+2H+ (1.7.2.2.2)

FeCl3+HPO42-→2FePO4(s)+3SO4

2-+3Cl-+H+ (1.7.2.2.3)

1.8. TRATAMIENTO DE METALES EN AGUAS RESIDUALES

1.8.1. BIOSORCIÓN DE METALES

Los bioadsorbentes han surgido como una opción amigable con el ambiente, efectiva y de bajo

costo, para remover metales de las aguas residuales. Estos incluyen algunos desechos agrícolas,

hongos, algas y bacterias. Se ha demostrado que varios microorganismos tienen la capacidad de

adsorber iones metálicos; sin embargo, debe considerarse que las células vivas están sujetas a

condiciones metabólicas, por lo que la presencia de metales en altas concentraciones puede ser

tóxica, resultando en la muerte celular (Qodah, 2006).

Vijayaraghavan (2012) presenta un cuadro donde se muestran los principales materiales

biológicos utilizados como bioadsorbentes. El mismo se presenta a continuación en el Cuadro

1.8.1.1 para los metales de interés presentes en los fertilizantes.

8

Cuadro 1.8.1.1. Capacidad de bioadsorción de metales mediante diferentes bioadsorbentes

(Vijayaraghavan, 2012).

Metal Bioadsorbente pH Capacidad de bioadsorción

(mg/g)

Cobre Pseudomonas putida (B) 5,5 96,9

Thiobacillus ferrooxidans (B) 6,0 198,5

Aspergillus niger (F) 5,0 28,7

Turbinaria ornata (S) 6,0 147,1

Lodos activados (IW) 5,0 80,6

Níquel Bacillus thuringiensis (B) 6,0 45,9

Corynebacterium glutamicum (B) 6,0 111,2

Aspergillus niger (F) 6,3 4,8

Ascophyllum nodosum (S) 6,0 135,9

Lodos activados (IW) 5,0 69,2

Zinc Thiobacillus ferrooxidans (B) 6,0 172,4

Aphanothece halophytica (B) 6,5 133,0

Mucor rouxii (F) 6,0 53,9

Sargassum uitans (S) 5,0 65,0

Nota: B, biomasa de bacterias; F, biomasa de hongos; S, biomasa de algas; IW, desechos industriales.

Los mecanismos de bioadsorción son muy variados y dependen del material biomásico que se

utilice, pudiendo presentarse adsorción física, intercambio iónico, quelación, microprecipitación

entre otros. En el caso de la bioadsorción con bacterias, los grupos en la pared celular son los

responsables de la adsorción. Entre estos se hallan los grupos carboxilo, que al estar cargados

negativamente atraen a los cationes metálicos participando activamente en la remoción. Los grupos

amino también resultan importantes, pues no solo quelan los cationes metálicos, sino que también

atraen a los aniones mediante interacciones electrostáticas y puentes de hidrógeno (Vijayaraghavan,

2012).

9

1.8.2. PRECIPITACIÓN ALCALINA DE METALES

Este método constituye una forma simple y efectiva para la remoción de metales en las aguas

residuales. La precipitación, que es el resultado que se busca, es un proceso físico-químico en el cual

las sales metálicas solubles, son convertidas en sus respectivos hidróxidos, relativamente insolubles,

mediante la adición de un agente precipitante alcalino. Esta reacción ocurre a pH elevados, donde

la solubilidad de los productos formados es baja, lo que propicia su precipitación (Padilla, 2005).

Algunos de los agentes precipitantes más comunes son el hidróxido de sodio (NaOH), hidróxido

de calcio (Ca(OH)2) y el hidróxido de magnesio (Mg(OH)2). De estos, el hidróxido de calcio es uno

de los más usados, debido a su relativo bajo costo y a la cantidad de iones OH- que tiene por

molécula, lo cual permite alcanzar altos valores de pH (Padilla, 2005).

En particular este método presenta ciertas ventajas y desventajas las cuales se presentan a

continuación (Padilla, 2005):

Ventajas

- Fácil control del pH de la solución.

- Método aprobado y aceptado en la mayoría de las industrias.

- Operación relativamente simple.

- Costo de precipitante relativamente bajo.

Desventajas

- Los precipitados tienden a resolubilizarse si el pH de la solución se varía.

- La mínima solubilidad de distintos metales puede ocurrir a diferentes condiciones de pH.

- La presencia de compuestos complejos tiene efectos adversos en la remoción.

- Las cantidades de lodo alcalino resultantes pueden ser sustanciales y generalmente son

difíciles de desaguar por su estructura de partícula amorfa.

Al comparar las ventajas con las desventajas, se aprecia que las primeras respaldan que este

método es fácil de implementar y controlar. Por otro lado, varias de las desventajas pueden

contrarrestarse con un buen funcionamiento de la planta de tratamiento (Padilla, 2005).

10

En lo que respecta al valor de pH para la remoción de varios metales, si se utiliza un pH entre

nueve y diez se pueden inferir buenos resultados, ya que la precipitación se lleva a cabo a pH

elevados (Padilla, 2005).

Una ventaja adicional que presenta este método, es que las fuertes condiciones alcalinas

requeridas para la precipitación de los metales, también propicia la hidrólisis de compuestos

orgánicos, los cuales son degradados en moléculas más simples y estables (Wolfe & Jeffers, 2000).

1.8.3. REMOCIÓN DE OTROS METALES MEDIANTE DISTINTOS MÉTODOS

1.8.3.1. REMOCIÓN DE HIERRO Y MANGANESO

El hierro y el manganeso no ocasionan problemas de salud; sin embargo, afectan la calidad del

agua, principalmente en su coloración, por lo que deben removerse. Hay varias estrategias que se

pueden aplicar para eliminar estos metales del agua. Puede utilizarse un proceso de aireación,

donde el oxígeno disuelto ocasiona la oxidación de los metales, los cuales luego se separan por

filtración. Otro método es la oxidación haciendo uso de agentes oxidantes, como cloro o

permanganato de potasio, que precipitan y se separan por filtración o sedimentación. También

puede ajustarse el pH con sustancias como cal para precipitar los cationes metálicos (Spellman,

2013).

1.8.3.2. REMOCIÓN DE ZINC MEDIANTE EL USO DE SDS Y MEMBRANAS MWCO

Se ha reportado el uso de SDS (dodecilsulfato sódico) como surfactante para la remoción

simultanea de níquel y zinc. Para ello se usan dos membranas de peso molecular de corte de 100 kDa

y 300 kDa. Con estas se logra una remoción máxima para ambos metales, en una mezcla equimolar

del 97,5 % para cada especie, con una relación SDS:níquel:zinc de 59,5:1:1 operado a 1 bar, 100 kDa

y un flujo de 2,4 L/h. La eficiencia de remoción puede incrementarse a 98 % si se utiliza la membrana

de 300 kDa (Sirshendu & Sourav, 2012). El Cuadro 1.8.3.2.1 muestra la eficiencia de remoción para

níquel y zinc con diferentes proporciones de SDS.

11

Cuadro 1.8.3.2.1. Eficiencia de remoción usando membranas de 100 kDa y 300 kDa (Sirshendu &

Sourav, 2012).

SDS:Zn:Ni 17:1:1 25,5:1:1 42,5:1:1 51:1:1 59,5:1:1

Eficiencia de

remoción de

Ni (%)

92,2 96,3

(88,6)

95,7

(89,3)

96,0

(90,7)

97,5

(89,0)

Eficiencia de

remoción de

Zn (%)

91,9 96,7

(86,5)

96,1

(88,7)

96,4

(90,1)

97,5

(90,0)

Nota: el valor entre paréntesis corresponde a 300 kDa.

1.8.3.3. BIOSORCIÓN DE ZINC MEDIANTE EL USO DE ALGAS

Senthilkumar, Velan, & Feroz (2012) han demostrado que el uso de algas marinas como

biosorbente para la remoción de metales de las aguas residuales es bastante efectiva. En particular,

se utilizaron algas verdes (Ulva reticulate y U. lactuca) que demostraron ser altamente eficaces en

la remoción del zinc, especialmente a un pH de 5,5. La razón es que estas algas se componen

usualmente de xylanos y mananos, responsables de la biosorción. Además, el método resultó ser

efectivo tanto en un proceso batch como en un modelo de columna. Otras ventajas de este método

es que el costo se mantiene bajo, ya que el biosorbente requiere de poco procesamiento, es

abundante y crece rápido.

1.9. DISPOSICIÓN DE LOS LODOS

Existen diferentes maneras de disponer de los lodos que se generan con el tratamiento de aguas.

La escogencia del método depende en gran medida del tipo de lodo y su contenido. Algunas de las

opciones más comunes son las siguientes (Padilla, 2005):

- Estabilización: consiste en la adición de algún agente químico para que el lodo se transforme

a una forma más estable.

12

- Compostaje: consiste en la transformación del lodo a un fertilizante que se puede utilizar

en diferentes tipos de suelos. Resulta útil en lodos ricos en nutrientes, o cuando mediante

procesos de aireación y biológicos, se puede compostar el lodo para transformar algunos

de sus componentes en nutrientes.

- Deshidratación y secado: consiste en remover el agua de los lodos para que este adquiera

una consistencia sólida. Puede lograrse con un proceso de centrifugación, mediante filtro

prensa o con camas de secado u hornos.

- Reuso: consiste en reutilizar los lodos como materia prima en otros procesos industriales.

Este está ligado al uso de lodos en compostaje, donde el lodo es la materia prima para la

obtención de un fertilizante o abono.

Si los lodos poseen sustancias tóxicas, su disposición final puede resultar más compleja, pues

existe un mayor riesgo de contaminación si no se tratan adecuadamente. En estos casos Padilla

(2005) sugiere la incineración, la cual destruye los agentes contaminantes; o bien la solidificación y

estabilización de los lodos, donde se agregan agentes químicos que ayudan a inmovilizar o

encapsular los contaminantes de los lodos, evitando que se dispersen en el ambiente. En algunos

casos los lodos se mezclan en diferentes proporciones con asfaltos, cementos e incluso algunos

polímeros, de manera que los contaminante quedan encapsulados en la matriz, y se ha observado

que dependiendo de la proporción utilizada, se puede llegar a mejorar las propiedades de los

mismos.

1.10. LEGISLACIÓN AMBIENTAL

La legislación ambiental que norma el tratamiento y vertido de las aguas residuales, así como la

gestión de los residuos y la protección del medio ambiente, se desprende del artículo 50 de la

Constitución Política, el cual menciona que toda persona tiene derecho a un ambiente sano y

ecológicamente equilibrado (Constitución Política de Costa Rica, 1949). Este artículo le adjudica al

estado la responsabilidad de velar por que todos los desechos, líquidos o sólidos, generados por

cualquier tipo de actividad humana, sean tratados adecuadamente por quienes los generan antes

de ser vertidos, evitando así la contaminación y deterioro del ambiente.

13

De esta manera se formulan varias leyes y reglamentos cuyo propósito es normar el manejo,

tratamiento y vertido de desechos así como proteger al medio ambiente.

1.10.1. LEY ORGÁNICA DEL AMBIENTE

Su objetivo es dotar a los costarricenses y al Estado de los instrumentos necesarios para conseguir

un ambiente sano y ecológicamente equilibrado (Asamblea Legislativa de la República de Costa Rica,

1995).

Entre otros aspectos trata el tema de la contaminación, definida como toda alteración o

modificación del ambiente que pueda perjudicar la salud humana, atentar contra los recursos

naturales o afectar el ambiente. De esta manera, establece que la autoridad competente regulará y

controlará que el manejo y aprovechamiento del agua no alteren la calidad y cantidad de este

recurso, que las aguas residuales de cualquier origen reciban tratamiento antes de ser vertidas, y

adjudica la responsabilidad del tratamiento de las aguas a quien produzca la contaminación

(Asamblea Legislativa de la República de Costa Rica, 1995).

1.10.2. LEY GENERAL DE SALUD

Entre otros temas, trata sobre los deberes de las personas para la conservación y

acondicionamiento del ambiente, así como las restricciones a que quedan sujetas sus actividades

en beneficio de la preservación ambiental. De esta manera, en lo referentes a la evacuación sanitaria

de excretas y aguas servidas, se estipula la prohibición de descargar residuos industriales en el

alcantarillado sanitario, sin previa autorización de la autoridad de salud y sin cumplir las

instrucciones que ésta pueda ordenar para hacerlos inocuos (Asamblea Legislativa de la República

de Costa Rica, 1973).

También, detalla los deberes y restricciones para las actividades industriales, estableciendo que

toda persona que opere en un establecimiento industrial, debe contar con la autorización del

Ministerio de Salud, siendo este el único que puede conceder patentes o permisos para el

funcionamiento de establecimientos de esta naturaleza. Además, todo establecimiento industrial

14

debe contar con los elementos de saneamiento básicos y sistemas sanitarios adecuados para la

eliminación de desechos (Asamblea Legislativa de la República de Costa Rica, 1973).

1.10.3. LEY PARA LA GESTIÓN INTEGRAL DE RESIDUOS

Tiene como objetivo regular la gestión integral de residuos, así como su uso eficiente mediante la

planificación y ejecución de acciones regulatorias, operativas, financieras, administrativas,

educativas, ambientales y saludables de monitoreo y evaluación (Asamblea Legislativa de la

República de Costa Rica, 2010).

Menciona que los productores o importadores tienen la responsabilidad del producto durante

todo el ciclo de vida de este, incluyendo las fases postindustriales y postconsumo (Asamblea

Legislativa de la República de Costa Rica, 2010). Esto implica que deben responsabilizarse de brindar

métodos de tratamiento de los desechos que sus productos puedan generar, incluso después de su

uso.

Así mismo, trata el tema de la generación de residuos, donde detalla que todo generador está

obligado a tomar las medidas para reducir la generación de residuos, minimizar la cantidad y

toxicidad los mismos, separarlos desde la fuente, clasificarlos y entregarlos a un gestor autorizado,

vigilando que sean gestionados de forma segura (Asamblea Legislativa de la República de Costa Rica,

2010). Además, si los residuos son de manejo especial, deben separarse de los normales y tratarse

de manera diferenciada (Asamblea Legislativa de la República de Costa Rica, 2010).

1.10.4. REGLAMENTO DE VERTIDO Y REUSO DE AGUAS RESIDUALES

Tiene por objetivo la protección de la salud pública y del ambiente, a través de una gestión

ambiental adecuada de las aguas residuales. En él se define el marco regulatorio referente a los

parámetros universales de análisis obligatorio para aguas ordinarias y especiales, los cuales se

muestran a continuación (Ministerio de Ambiente y Energía, Ministerio de Salud & Presidencia de

la República de Costa Rica, 2007):

- Caudal.

15

- Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5,20).

- Demanda Química de Oxígeno (DQO).

- Potencial de hidrógeno (pH).

- Grasas y aceites (GyA).

- Sólidos sedimentables (SSed).

- Sólidos suspendidos totales (SST).

- Sustancias activas al azul de metileno (SAAAM).

- Temperatura (T).

También se define los límites para los parámetros universales de análisis en el vertido de aguas

residuales, los cuales son de acatamiento obligatorio. El valor del límite para cada parámetro

dependerá de si el agua residual será vertida en el alcantarillado sanitario o en un cuerpo receptor

(Ministerio de Ambiente y Energía, Ministerio de Salud & Presidencia de la República de Costa Rica,

2007). El Cuadro 1.10.4.1 muestra los límites máximos permitidos de los parámetros universales

obligatorios para vertido en alcantarillado sanitario y cuerpos receptores.

De igual manera en el Cuadro 1.10.4.2 se presentan los límites para los parámetros

complementarios de análisis obligatorio, cuando el vertido de aguas residuales es en alcantarillados

sanitarios, mientras que el Cuadro 1.10.4.3 se presentan los límites para los parámetros

complementarios de análisis obligatorio cuando las aguas son vertidas en cuerpos receptores.

Cuadro 1.10.4.1. Límites máximos permisibles para los parámetros universales de análisis

obligatorio de aguas residuales vertidas en el alcantarillado sanitario y cuerpos receptores


2007).

Parámetro Límite Máximo

Alcantarillado Sanitario Cuerpo Receptor

DBO5,20 (mg/L) 300 50

DQO (mg/L) 750 150

Sólidos suspendidos (mg/L) 300 50

Sólidos sedimentables (mL/L) 5 1

16

Cuadro 1.10.4.1. (Continuación) Límites máximos permisibles para los parámetros universales de

análisis obligatorio de aguas residuales vertidas en el alcantarillado sanitario y cuerpos receptores


2007).


Alcantarillado Sanitario Cuerpo Receptor

Grasas y aceites (mg/L) 50 30

Potencial de hidrógeno 6 a 9 5 a 9

Temperatura (°C) 15 °C ≤ T ≤ 40 °C 15 °C ≤ T ≤ 40 °C

Sustancias activas al azul de metileno (mg/L) 5 5

Cuadro 1.10.4.2. Límites máximos permisibles para los parámetros complementarios de análisis

obligatorio de aguas residuales vertidas en alcantarillados sanitarios (Ministerio de Ambiente y

Energía, Ministerio de Salud & Presidencia de la República de Costa Rica, 2007).


Mercurio 0,01 mg/L

Arsénico 0,5 mg/L

Cadmio 0,1 mg/L

Cloro residual 1 mg/L

Cromo 2,5 mg/L

Cianuro 2 mg/L

Cobre 2 mg/L

Plomo 0,5 mg/L

Fenoles y cresoles 5 mg/L

Níquel 2 mg/L

17

Cuadro 1.10.4.2. (Continuación) Límites máximos permisibles para los parámetros

complementarios de análisis obligatorio de aguas residuales vertidas en alcantarillados sanitarios


2007).


Zinc 10 mg/L

Plata 3 mg/L

Selenio 0,2 mg/L

Boro 3 mg/L

Sulfatos 500 mg/L

Fluoruros 10 mg/L

Cloruros 500 mg/L

Color (pureza) 15 %

Fosfatos 25 mg/L

Nitrógeno total 50 mg/L

Sulfitos 1 mg/L

Sulfuros 25 mg/L

Hidrocarburos 20 mg/L

Sumatoria de los compuestos organofosforados 0,1 mg/L

Sumatoria de los carbamatos 0,1 mg/L

Sumatoria de los compuestos organoclorados 0,05 mg/L

18

Cuadro 1.10.4.3. Límites máximos permisibles para los parámetros obligatorios complementarios

de aguas residuales vertidas en un cuerpo receptor (Ministerio de Ambiente y Energía, Ministerio

de Salud & Presidencia de la República de Costa Rica, 2007).


Materia flotante Ausente

Mercurio 0,01 mg/L

Aluminio 5 mg/L

Arsénico 0,1 mg/L

Bario 5 mg/L

Boro 3 mg/L

Cadmio 0,1 mg/L

Cloro residual 1 mg/L

Color (pureza) 15 %

Cromo 1,5 mg/L

Cianuro total 1 mg/L

Cianuro libre 0,1 mg/L

Cianuro libre en el cuerpo receptor, fuera del área de mezcla 0,005 mg/L

Cianuro disociable en ácido débil 0,5 mg/L

Cobre 0,5 mg/L

Plomo 0,5 mg/L

Estaño 2 mg/L

Fenoles 1 mg/L

Fosfatos 25 mg/L

Nitrógeno total 50 mg/L

19

Cuadro 1.10.4.3. (Continuación) Límites máximos permisibles para los parámetros obligatorios

complementarios de aguas residuales vertidas en un cuerpo receptor (Ministerio de Ambiente y

Energía, Ministerio de Salud & Presidencia de la República de Costa Rica, 2007).


Níquel 1 mg/L

Zinc 5 mg/L

Plata 1 mg/L

Selenio 0,05 mg/L

Sulfitos 1 mg/L

Sulfuros 25 mg/L

Fluoruros 10 mg/L

Hidrocarburos 10 mg/L

Sumatoria de los compuestos organofosforados 0,1 mg/L

Sumatoria de los carbamatos 0,1 mg/L

Sumatoria de los compuestos organoclorados 0,05 mg/L

1.10.5. REGLAMENTO DEL CANON AMBIENTAL POR VERTIDOS

Tiene por objetivo ser un instrumento económico de regulación ambiental, a través de un cobro

de una contraprestación de dinero, a quienes usen el servicio ambiental de los cuerpos de agua para

el transporte y eliminación de desechos líquidos (Ministerio de Ambiente y Energía, Ministerio de

Salud & Presidencia de la República de Costa Rica, 2008).

En los artículos 7 y 20, se define el cobro sobre la carga contaminante neta vertida, medida en

kilogramos de los parámetros de contaminación establecidos. Así, se fija como monto máximo el

equivalente en colones a 0,22 USD/kg de DQO y 0,19 USD/kg de SST vertidos, según el tipo de

cambio definido por el Banco Central de Costa Rica (Ministerio de Ambiente y Energía, Ministerio

de Salud & Presidencia de la República de Costa Rica, 2008).

20

1.10.6. REGLAMENTO DE APROBACIÓN DE SISTEMAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Su objetivo es proteger la salud pública y el ambiente mediante una gestión racional y

ambientalmente adecuada de las aguas residuales. Para ello, establece que se debe gestionar un

permiso de ubicación para la construcción de plantas de tratamiento. El mismo se solicita ante el

Ministerio de Salud, y debe contener toda la información solicitada en dicho reglamento. Además,

define los retiros que debe haber con los linderos de la propiedad, los cuales deben indicarse en los

planos, y que para una planta de tratamiento químico corresponde a 5 m (Ministerio de Ambiente

y Energía, Ministerio de Salud & Presidencia de la República de Costa Rica, 2016).

En cuanto a la aprobación de proyectos, el reglamento establece la información que debe ser

presentada ante el Ministerio de Salud, resaltando la presentación del plano catastrado, planos

constructivos, memoria de cálculo y manual operativo. Para cada uno de estos establece el

contenido y formato con que debe ser presentado para su respectiva aprobación (Ministerio de

Ambiente y Energía, Ministerio de Salud & Presidencia de la República de Costa Rica, 2016).

Finalmente, establece que el ente generador debe contar un permiso sanitario de funcionamiento

vigente para poder operar (Ministerio de Ambiente y Energía, Ministerio de Salud & Presidencia de

la República de Costa Rica, 2016).

21

2. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

El propósito de este capítulo es describir la problemática relacionada con los fertilizantes foliares

de desecho en Costa Rica, así como recopilar la información necesaria para definir algunos

parámetros requeridos en el subsecuente dimensionamiento de una planta de tratamiento.

Para lograr esto, primero se analizan las importaciones de fertilizantes foliares, mediante una

base de datos del servicio fitosanitario del estado (SFE). De esta manera, se definen las principales

marcas importadas y sus respectivas cantidades, en un periodo que comprende desde el 2012 hasta

abril del 2015.

Luego, se elabora y aplica una encuesta a las principales empresas importadoras y formuladoras

de fertilizantes foliares en el país, donde se pretende recopilar la siguiente información:

- Rol de la empresa en la cadena de producción (importador, formulador o distribuidor) para

una selección de las principales marcas de fertilizantes foliares.

- Determinación de la formulación de marcas propias (no incluidas en la selección) y

cantidades formuladas de la misma por la empresa en un periodo del 2015 a mediados del

2016.

- Cantidad de inventario vencido para dichas marcas de fertilizantes en un periodo del 2015

a mediados del 2016.

Con los resultados obtenidos de esta encuesta, se define el volumen de control para la planta de

tratamiento. El instrumento aplicado para la recopilación de la información, así como las respuestas

de las empresas, pueden ser revisados en el capítulo 12 de anexos (anexos 12.1 a 12.5).

Finalmente, se realiza una revisión general de la composición teórica de los principales

fertilizantes foliares utilizados en el país y sus características principales.

22

2.1. IMPORTACIÓN DE FERTILIZANTES FOLIARES

Haciendo uso de la base de datos brindada por el SFE, donde se muestran el total de

importaciones de fertilizantes al país, su marca y cantidad, desde el 2012 hasta abril del 2015; se

procede a analizar las principales marcas de foliares importados.

Al estar trabajando con fertilizantes en presentación líquida, se procede a hacer una primera

depuración, removiendo todos aquellos que se importan en presentación sólida. Una vez hecho esto,

con ayuda del Vadeagro (2010), se procede a buscar y clasificar las marcas que son foliares,

contrastándolas con las importadas al país. Esto resulta en una clasificación de los fertilizantes

foliares líquidos que se importan a Costa Rica.

Una vez obtenida esta información, los fertilizantes son acomodados por orden alfabético de la

marca y por fecha de importación, de manera que sea posible sacar el total de fertilizante importado

por años, así como un promedio de la importación considerando los cuatro años en cuestión para

cada marca.

Con la suma de las importaciones promedio para cada marca, se obtiene el promedio total de

fertilizantes foliares importados a Costa Rica entre el 2012 y abril del 2015. Luego, con este dato, se

calcula el porcentaje de importación correspondiente a cada marca respecto al promedio de

importación total. Esta información se muestra en el Cuadro 2.1.1.

Cuadro 2.1.1. Datos de importación de fertilizantes foliares líquidos a Costa Rica en el periodo de

2012 a abril de 2015 de acuerdo a los registros del Servicio Fitosanitario del Estado (SFE, 2015).

Marca Años Cantidad de

fertilizantes

importados (L)

Promedio de

importación por

marca (L)

Porcentajes de

importación por

marca respecto al

promedio total (%)

Atlante 2012 1 122,00

948,00

0,67 2013 2 535,00

2014 0,00

2015 135,00

23

Cuadro 2.1.1. (Continuación) Datos de importación de fertilizantes foliares líquidos a Costa Rica en

el periodo de 2012 a abril de 2015 de acuerdo a los registros del Servicio Fitosanitario del Estado

(SFE, 2015).


fertilizantes

importados (L)

Promedio de

importación por

marca (L)

Porcentajes de

importación por

marca respecto al

promedio total (%)

Atlante Plus 2012 2 219,00

1 259,75

0,90 2013 2 415,00

2014 135,00

2015 270,00

Benefit PZ 2012 5 280,00

3 420,00

2,43 2013 8 400,00

2014 0,00

2015 0,00

Bioforge 2012 0,00

156,00

0,11 2013 0,00

2014 624,00

2015 0,00

Boroplus 2012 4 340,00

2 875,00

2,05 2013 4 440,00

2014 1 080,00

2015 1 640,00

24



(SFE, 2015).


fertilizantes

importados (L)

Promedio de

importación por

marca (L)

Porcentajes de

importación por

marca respecto al

promedio total (%)

Flower Power

Plus

2012 0,00

924,00

0,66 2013 0,00

2014 2 464,00

2015 1 232,00

Foltron Plus 2012 10 800,00

20 047,00

14,27 2013 22 016,00

2014 19 372,00

2015 28 000,00

Kadostim 2012 11 000,00

12 050,00

8,58 2013 18 600,00

2014 12 300,00

2015 6 300,00

Kelik K-Si 2012 0,00

201,25

0,14 2013 0,00

2014 335,00

2015 470,00

25



(SFE, 2015).


fertilizantes

importados (L)

Promedio de

importación por

marca (L)

Porcentajes de

importación por

marca respecto al

promedio total (%)

Kelik Boro 2012 3 335,00

1 440,00

1,02 2013 1 575,00

2014 425,00

2015 425,00

Kelik Calcio 2012 201,00

100,25

0,07 2013 200,00

2014 0,00

2015 0,00

Kelik Calcio-Boro 2012 4 844,00

4 713,50

3,36 2013 5 205,00

2014 7 840,00

2015 965,00

Kelik Magnesio 2012 336,00

267,75

0,19 2013 535,00

2014 200,00

2015 0,00

26



(SFE, 2015).


fertilizantes

importados (L)

Promedio de

importación por

marca (L)

Porcentajes de

importación por

marca respecto al

promedio total (%)

Kelik Mix 2012 851,00

536,50

0,38 2013 0,00

2014 1 295,00

2015 0,00

Kelik Potasio 2012 20 529,00

17 722,25

12,61 2013 21 225,00

2014 21 295,00

2015 7 840,00

Kelik Zinc 2012 1 612,00

1 054,25

0,75 2013 1 285,00

2014 760,00

2015 560,00

Kelpak 2012 12 000,00

18 315,00

13,04 2013 34 300,00

2014 26 960,00

2015 0,00

27



(SFE, 2015).


fertilizantes

importados (L)

Promedio de

importación por

marca (L)

Porcentajes de

importación por

marca respecto al

promedio total (%)

Kendal 2012 8 440,00

3 670,00

2,61 2013 0,00

2014 4 200,00

2015 2 040,00

K-Tionic 2012 4 508,00

2 189,00

1,56 2013 0,00

2014 4 248,00

2015 0,00

Megafol 2012 38 240,00

29 965,00

21,33 2013 29 400,00

2014 34 040,00

2015 18 180,00

Microcat Boro 2012 287,00

496,75

0,35 2013 425,00

2014 1 275,00

2015 0,00

28



(SFE, 2015).


fertilizantes

importados (L)

Promedio de

importación por

marca (L)

Porcentajes de

importación por

marca respecto al

promedio total (%)

Microcat Calcio 2012 0,00

140,00

0,10 2013 135,00

2014 0,00

2015 425,00

Microcat

Magnesio

2012 488,00

692,00

0,49 2013 335,00

2014 1 945,00

2015 0,00

Microcat Mix 2012 2 570,00

1 422,50

1,01 2013 830,00

2014 1 865,00

2015 425,00

Microcat Zinc 2012 1 678,00

894,50

0,64 2013 0,00

2014 1 900,00

2015 0,00

29



(SFE, 2015).


fertilizantes

importados (L)

Promedio de

importación por

marca (L)

Porcentajes de

importación por

marca respecto al

promedio total (%)

Microcat Boro-

Molibdeno

2012 1 178,00

679,50

0,48 2013 770,00

2014 200,00

2015 570,00

Microcat

Manganeso

2012 0,00

33,75

0,02 2013 0,00

2014 135,00

2015 0,00

Microcat Zinc-

Boro

2012 0,00

268,75

0,19 2013 0,00

2014 0,00

2015 1 075,00

Microcat Zinc-

Manganeso

2012 851,00

212,75

0,15 2013 0,00

2014 0,00

2015 0,00

30



(SFE, 2015).


fertilizantes

importados (L)

Promedio de

importación por

marca (L)

Porcentajes de

importación por

marca respecto al

promedio total (%)

Micromins Calcio

Boro

2012 400,00

300,00

0,21 2013 0,00

2014 0,00

2015 800,00

Micromins

Magnesio

2012 0,00

1 000,00

0,71 2013 1 200,00

2014 1 200,00

2015 1 600,00

Nitrofoska foliar

SL 10-4-7

2012 4 800,00

1 200,00

0,85 2013 0,00

2014 0,00

2015 0,00

Poliquel Calcio 2012 1 998,00

675,50

0,48 2013 0,00

2014 704,00

2015 0,00

31



(SFE, 2015).


fertilizantes

importados (L)

Promedio de

importación por

marca (L)

Porcentajes de

importación por

marca respecto al

promedio total (%)

Poliquel Multi 2012 1 000,00

552,00

0,39 2013 0,00

2014 1 208,00

2015 0,00

Poliquel Zinc 8% 2012 0,00

301,00

0,21 2013 0,00

2014 1 204,00

2015 0,00

Razormin 2012 6 339,00

2 626,00

1,87 2013 2 265,00

2014 810,00

2015 1 090,00

Sephu K 50 2012 1 920,00

1 140,00

0,81 2013 1 160,00

2014 1 480,00

2015 0,00

32



(SFE, 2015).


fertilizantes

importados (L)

Promedio de

importación por

marca (L)

Porcentajes de

importación por

marca respecto al

promedio total (%)

Verdone 2012 8 000,00

6 000,00

4,27 2013 8 000,00

2014 4 000,00

2015 4 000,00

Total 561 958,00 140 489,50 100,00

Adicionalmente, en el Cuadro 2.1.2, se muestran los porcentajes de importación total de

fertilizantes foliares al país por año desde 2012 hasta abril de 2015.

Cuadro 2.1.2. Porcentaje de importación de fertilizantes foliares al país por año del 2012 a abril de

2015.

Año Total de fertilizantes

líquidos importados al país

por año (L)

Total de fertilizantes

foliares líquidos

importados al país por año

(L)

Porcentaje de importación

de fertilizantes foliares

líquidos al país por año (%)

2012 2 874 852,43 161 166,00 5,61

2013 3 618 273,13 167 251,00 4,62

2014 3 070 019,79 155 499,00 5,07

2015 1 134 484,50 78 042,00 6,88

Se aprecia de los cuadros suscritos, que la cantidad de fertilizantes foliares que se importan al

país, constituyen una cantidad importante respecto al total importado. Así mismo, cabe resaltar que

33

la información considerada en estos cuadros, es exclusiva de las importaciones de fertilizantes según

los registros del SFE, pero no considera las formulaciones elaboradas por empresas nacionales.

2.2. PRINCIPALES FERTILIZANTES FOLIARES LÍQUIDOS UTILIZADOS EN COSTA RICA

Es importantes conocer la composición y características de los principales fertilizantes foliares que

se manejan en el país, ya que con esta información se puede vislumbrar la naturaleza de los mismos,

y de esta manera proponer un tratamiento apto para reducir los elementos de interés hasta los

límites aceptables.

Como principal insumo para obtener la composición teórica y especificaciones sobre estos

fertilizantes, se utiliza el Vadeagro (2010), el cual consiste en un catálogo que agrupa las principales

marcas comerciales de distintos productos agroquímicos, entre ellos los fertilizantes foliares, junto

con información de los mismos tales como su composición, características generales, instrucciones

de uso, etc.

En el anexo 12.6 puede consultar el cuadro con la composición y características para cada uno de

los principales fertilizantes utilizados en el país.

2.3. DETERMINACIÓN DE LA CANTIDAD DE FERTILIZANTES FOLIARES VENCIDOS

El siguiente paso, consiste en determinar la cantidad de fertilizantes foliares que se vencen en

bodega, y que son los que se desean tratar. Esta información junto con los datos presentados hasta

ahora, serán la base sobre la cual se determine el volumen de control del proceso. Se plantea realizar

una encuesta para obtener esta información, para lo cual se determinan las marcas de fertilizantes

a utilizar en la consulta.

Para esto, partiendo del porcentaje promedio de importación para cada marca que se muestra en

el Cuadro 2.1.1, y con base en la composición; se escogen las marcas que poseen uno o varios de los

elementos que se plantea tratar y que en conjunto, sus porcentajes de importación representan un

77,59% de las importaciones totales. Los fertilizantes seleccionados se muestran en el Cuadro 2.3.1.

34

Cuadro 2.3.1. Fertilizantes foliares seleccionados para la encuesta.

Marca de fertilizantes Porcentaje de importación por marca respecto al promedio

total (%)

Atlante 1,57

Benefit PZ 2,43

Bioforge 0,11

Flower Power Plus 0,66

Foltron Plus 14,27

Kadostim 8,58

Kelik 1,13

Kelpak 13,04

Kendal 2,61

Megafol 21,33

Microcat 3,43

Nitrofoska Foliar SL 10-4-7 0,85

Poliquel 0,60

Razormin 1,87

Sephu K 50 0,81

Verdone 4,27

Total 77,59

Una vez escogidos los fertilizantes a utilizar para la encuesta, es necesario determinar a cuáles

empresas se le aplicará la misma. Para ello se consideran dos opciones.

La primera, es encuestar a pequeñas y medianas empresas del sector de agroservicios,

seleccionando la muestra de un listado provisto por el Colegio de Ingenieros Agrónomos de Costa

Rica. Esta opción fue descartada por diferentes motivos.

35

En primer lugar, debido a la cantidad de pequeñas y medianas empresas registradas, el tamaño

de la muestra tendría que ser sumamente grande, lo que resulta en una limitante tanto económica

como de tiempo. Además, los agroservicios pequeños y medianos tienden a manejar inventarios

pequeños de alta rotación, por lo que rara vez llegan a presentar problemas de vencimiento; y en

una breve consulta, se determina que en casi todos los casos, cuando se presentan problemas de

vencimiento, los productos vencidos son devueltos a los proveedores.

La segunda opción consiste en encuestar a las empresas grandes del sector de agroservicios, las

cuales distribuyen a nivel nacional.

En una entrevista con el ingeniero agrónomo Bernier Coto Jiménez (comunicación personal, enero

de 2017) se determina, según criterio del ingeniero, que hay al menos trece empresas grandes que

se dedican a importar, formular y distribuir fertilizantes en el país, las cuales controlan un 80 % del

mercado nacional. Además estas empresas fungen como proveedoras de los pequeños y medianos

agroservicios, que representan el 20 % restante del mercado. Por estos motivos, se decide trabajar

con la segunda opción, la cual asegura que no se pierda representatividad en la encuesta.

De las trece empresas que menciona el ingeniero Bernier Coto, una ya no trabaja con fertilizantes

foliares, por lo que se elimina de la lista. De las doce restantes, dos no aceptan colaborar con la

encuesta; tres son contactadas y aceptan colaborar, pero tras el tiempo prudencial para la aplicación

del instrumento, no llenaron el formulario; tres no logran ser contactadas a pesar de las llamadas y

correos hechas a las mismas y cuatro aceptan y llenan el instrumento.

Estas cuatro empresas se encuentran entre las principales formuladoras, importadoras y

distribuidoras del país. Los nombres de las empresas no se mencionan para respetar la

confidencialidad asegurada, sin embargo para efectos del presente trabajo se denominarán como

empresas A, B, C y D.

Como se mencionó al inicio del capítulo, la encuesta busca determinar si las empresas importan

o formulan fertilizantes, pero sobre todo pretende hallar la cantidad de los mismos que se les vence

en bodega.

Si se observan las respuestas de las empresas encuestadas, las cuales se muestran en los anexos

12.2 a 12.5, se puede apreciar que para las marcas seleccionadas, que se mencionan en el Cuadro

36

2.3.1, solo la empresa A indica importar y distribuir tres de las marcas presentadas (Benefit PZ,

Kendal y Megafol); y para ninguna de ellas indica que le queden vencidos en inventario en un

periodo comprendido entre el segundo semestre del 2015 y el segundo semestre del 2016.

En el caso de las formulaciones de marcas propias, importación o distribución de marcas que no

se mencionan en la lista seleccionada, el Cuadro 2.3.2 muestra las respuestas obtenidas por parte

de las empresas.

Cuadro 2.3.2. Formulación, importación y distribución de marcas por parte de las empresas que no

figuran en la lista seleccionada para la encuesta.

Empresa Marca Condición

A Calbit C Importador y distribuidor

Brexil Mix Importador y distribuidor

B Humitec Formulador

Agroenzimas Distribuidor

C Marca 1 Importador y distribuidor

Marca 2 Formulador

D Marca 3 Formulador

Nota: Las empresas C y D se reservan el nombre comercial de sus productos por lo que se nombran

como Marca 1, 2 y 3.

El Cuadro 2.3.3 muestra las respuestas obtenidas, en lo que respecta a las cantidades que las

empresas formulan y distribuyen de acuerdo a las marcas comerciales indicadas en el Cuadro 2.3.2.

37

Cuadro 2.3.3. Cantidad de fertilizantes foliares líquidos formulados o distribuidos (en litros) por las

empresas en el periodo comprendido entre el II semestre de 2015 y el II semestre de 2016.

Marca Empresa A Empresa B Empresa C Empresa D

II semestre 2015

Humitec 0 L 40 000 L 0 L 0 L

Agroenzimas 0 L 2 500 L 0 L 0 L

Marca 3 0 L 0 L 0 L 200 000 L

Total 0 L 42 500 L 0 L 200 000 L

I semestre 2016

Humitec 0 L 80 000 L 0 L 0 L


Marca 3 0 L 0 L 0 L 250 000 L

Total 0 L 82 500 L 0 L 250 000 L

II semestre 2016

Humitec 0 L 80 000 L 0 L 0 L


Marca 3 0 L 0 L 0 L 300 000 L

Total 0 L 82 500 L 0 L 300 000 L

Del Cuadro anterior, se puede observar que en promedio la empresa B formula y distribuye

alrededor de 69 167 L en el periodo de tres semestres, mientras que la empresa D formula y

distribuye un promedio de 250 000L en el mismo periodo.

El Cuadro 2.3.4 muestra finalmente la cantidad de producto que le queda vencido a las empresas

de acuerdo a las marcas comerciales mencionadas en el Cuadro 2.3.2

38

Cuadro 2.3.4. Cantidad de fertilizantes foliares líquidos vencidos (en litros) por empresas en el

periodo comprendido entre el II semestre de 2015 y el II semestre de 2016.


II semestre 2015

Calbit C 0 L 0 L 0 L 0 L

Brexil Mix 0 L 0 L 0 L 0 L

Humitec 0 L 300 L 0 L 0 L

Agroenzimas 0 L 0 L 0 L 0 L

Marca 1 0 L 0 L 34 L 0 L

Marca 2 0 L 0 L 0 L 0 L

Marca 3 0 L 0 L 0 L 0 L

Total 0 L 300 L 34 L 0 L

I semestre 2016





Marca 1 0 L 0 L 23 L 0 L

Marca 2 0 L 0 L 19 L 0 L

Marca 3 0 L 0 L 0 L 0 L

Total 0 L 300 L 42 L 0 L

39

Cuadro 2.3.4. (Continuación) Cantidad de fertilizantes foliares líquidos vencidos (en litros) por

empresas en el periodo comprendido entre el II semestre de 2015 y el II semestre de 2016.


II semestre 2016





Marca 1 0 L 0 L 0 L 0 L

Marca 2 0 L 0 L 15 L 0 L

Marca 3 0 L 0 L 0 L 0 L

Total 0 L 300 L 15 L 0 L

Como se aprecia en el cuadro anterior, únicamente las empresas B y C indican tener productos

vencidos. Si se toman los totales vencidos por semestre, se tiene que en el II semestre de 2015 hay

un total de 334 L vencidos, en el I semestre de 2016 hay 342 L vencidos y en el II semestre de 2016

hay 315 L vencidos. Esto quiere decir que en promedio para los tres semestres, la cantidad de

fertilizantes foliares vencidos es de 330 L.

2.4. DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DE CONTROL DE LA PLANTA

Los resultados de la encuesta muestran que en promedio quedan 330 L de fertilizantes foliares

vencidos por semestre, lo que equivale a 55 L por mes.

De los cuadros anteriores, y las respuestas mostradas en los anexos, se aprecia que las empresas

A y D dicen no tener ningún tipo de fertilizantes foliares vencidos durante el periodo consultado. Sin

embargo, llama la atención que la empresa B dice tener 300 L de fertilizante vencido por semestre,

además de formular y distribuir un promedio de 69 167 L en ese mismo periodo, mientras que la

empresa D, quien formula y distribuye en promedio 250 000L, no reporta ningún tipo de producto

vencido.

40

Si bien estas empresas aplican controles estrictos de inventario para minimizar las pérdidas,

debido a los volúmenes que manejan, es poco probable que se formule exactamente la cantidad

que van a distribuir sin ningún tipo de excedente; y que no vayan a haber, aunque sea en cantidades

mínimas, algún tipo de pérdida por vencimiento; especialmente si hay constancia de que empresas

igualmente importantes con producciones menores presentan la problemática de vencimiento,

aunque sea de manera controlada y reducida.

Por este motivo, cabe suponer que algunas de las empresas que responden la encuesta no brindan

toda la información solicitada, y que la cantidad de fertilizantes vencidos en promedio es superior a

la obtenida. Sin embargo a pesar de esta situación, el dato obtenido de la encuesta aún resulta útil,

ya que representa al menos un mínimo esperado.

Otro factor a considerar en la determinación de la capacidad de tratamiento de la planta, es que

el diseño que se propone es el de un proceso químico por lotes, el cual brinda flexibilidad a la hora

de definir un volumen de operación. Esto debido a que, al no ser un proceso de flujo continuo,

puede haber periodos no operativos mientras se almacena la cantidad suficiente de fertilizante para

alcanzar el volumen requerido.

De esta manera, el volumen de control que se define para la planta de tratamiento, y con el cual

se elaborarán los cálculos para el dimensionamiento de los equipos es de 300 L por día, que

corresponde a 0,3 m3 /día. Este volumen es cercano al promedio de fertilizantes vencidos por

semestre de acuerdo a lo obtenido en la encuesta.

41

3. ESCOGENCIA DEL MÉTODO DE TRATAMIENTO

3.1. DESARROLLO Y APLICACIÓN DE LA HERRAMIENTA DE ESCOGENCIA

Conocidas las principales características y composición de los principales fertilizante foliares, el

siguiente paso es desarrollar una herramienta que permita comparar diferentes métodos de

tratamiento, con el propósito de poder escoger uno apropiado.

Para ello, se elabora un cuadro comparativo en el que se contrasten las ventajas y desventajas de

cada método, considerando entre otros factores la facilidad de operación, mantenimiento y costos

preliminares, que permitan discernir la mejor opción de tratamiento.

Se comparan los métodos de biosorción de metales y precipitación alcalina de metales, los cuales

se mencionan en el marco teórico, y que presentan la ventaja de poder remover un amplio rango

de metales, a diferencia de otros tratamientos más específicos.

Cuadro 3.1.1. Cuadro comparativo de métodos de tratamiento.

Características Biosorción de metales Precipitación alcalina de metales

Breve descripción

La biosorción de metales

consiste en la captación de

estos, haciendo uso de una

biomasa, a través de

mecanismos fisicoquímicos

como adsorción e intercambio

iónico (Cañízares-Villanueva,

2000).

La precipitación alcalina de metales

es un proceso controlado por una

solución de pH alcalino, donde al

aumentar el pH con sustancias

como NaOH o Ca(OH)2, se induce

la formación de los

correspondientes hidróxidos

metálicos, los cuales se vuelven

insolubles y precipitan en la

disolución (Padilla, 2005).

42

Cuadro 3.1.1. (Continuación) Cuadro comparativo de métodos de tratamiento


Ventajas

Según Cañízares-Villanueva

(2000), la biosorción

presenta la ventaja de que el

sistema se auto-restablece

debido al crecimiento de los

microorganismos, los metales

que son alterados

químicamente son menos

sensibles a desorción

espontánea, las cepas pueden

mejorarse mediante mutación

genética y se pueden emplear

dos o más organismos de

manera sinérgica.

De acuerdo con Padilla (2005), este

procedimiento cuenta entre sus

ventajas el ser fácil de controlar, ya

que el pH de la solución es

fácilmente controlable y constituye

un factor fundamental en el

proceso de precipitación. Su

operación es relativamente simple,

pudiendo llevarse a cabo el proceso

en un reactor con agitación, ya sea

de manera continua o por lotes, y

sus costos son relativamente bajos

ya que los reactivos utilizados no

suelen ser costosos, siendo el

Ca(OH)2 uno de los más utilizados

por su bajo costo.

Así mismo según Wolfe & Jeffers

(2000), bajo condiciones

fuertemente alcalinas, se promueve

la hidrólisis de compuestos

orgánicos, de manera que este

método también tiene el potencial

de remover parte de la carga

orgánica.

43

Cuadro 3.1.1. (Continuación) Cuadro comparativo de métodos de tratamiento


Desventajas

Entre las desventajas para la

biosorción está la

susceptibilidad de los

microorganismos a la toxicidad

de los metales en altas

concentraciones, limitando el

tratamiento a concentraciones

bajas. Es necesaria la presencia

de nutrientes y condiciones

apropiadas para la sobrevivencia

de los organismos. Algunos

desechos metabólicos pueden

formar complejos que impiden

la precipitación, y el

modelamiento del sistema es

complejo.

Entre las desventajas para este

método Padilla (2005) nos

menciona que, si hay diferentes

metales en la disolución, las

diferentes solubilidades pueden

conducir a diferentes niveles de

remoción. Además la cantidad de

lodos que se generan puede ser

significativa y difícil de desaguar

debido a la estructura de partícula

amorfa que los caracteriza.

Del Cuadro 3.1.1 se aprecia que el método de biosorción de metales es bastante riguroso y de

buenos resultados. Desde el punto de vista operativo, es importante observar que se requieren de

condiciones metabólicas controladas, que aseguren que los microorganismos no mueran. Además,

un punto muy importante a considerar en este aspecto, es que los microorganismos son sensibles a

la toxicidad de los metales, cuando se hallan en altas concentraciones en el agua. Este último punto

es particularmente importante, ya que se indica que las concentraciones de metales deben ser bajas

para asegurar que los organismos no mueran.

Por otro lado, desde el punto de vista del mantenimiento, este resulta complejo, debido a que se

requieren mayores controles para asegurar las condiciones metabólicas de los organismos, lo cual

a su vez incrementaría los costos.

44

En cuanto al manejo de residuos, Cañízares-Villanueva (2000) indica que el uso de

microorganismos es más desventajoso, ya que la recuperación de metales es más difícil, debido a

que algunos procesos pueden consistir en precipitación interna en las células, así como formación

de complejos que no permiten su recuperación.

En cuanto al método de precipitación alcalina de metales, se observa del Cuadro 3.1.1 que es fácil

de operar y controlar, ya que se puede realizar en un tanque agitado donde el pH es uno de los

principales factores que determinan que la reacción se lleve a cabo, y este es fácilmente medible y

controlable. También se menciona que si hay mezclas de metales, este puede ser un factor

importante a considerar, ya que la solubilidad de los hidróxidos es sensible al pH, sin embargo, esta

desventaja no supone un problema ya que, como se mencionó anteriormente, el pH se controla con

facilidad, y si se mantiene en el rango de diez a once se logra una buena remoción.

Así mismo, se destaca que sus costos son relativamente bajos, debido a que los reactivos a utilizar

no suelen ser costosos, destacando el uso de hidróxido de calcio, carbonato de calcio o hidróxido

de sodio. En lo que respecta a la generación de residuos, la precipitación de metales genera una

cantidad importante de lodos, lo cual se considera como una desventaja del método según se

aprecia en el Cuadro 3.1.1. Sin embargo, estos lodos son ricos en metales y nutrientes, por lo cual

pueden ser utilizados como materia prima para la fabricación de otros tipos de fertilizantes, o bien

ser estabilizados para disminuir su impacto.

Se aprecia entonces que desde el punto de vista de operativo y de mantenimiento, el método de

precipitación alcalina es más sencillo y ventajoso que el de biosorción de metales, ya que este último

depende de más variables, y los mecanismos de intercambio iónico y acomplejamiento involucrados

en la remoción son más complejos y difíciles de controlar que las variables involucradas en la

reacción de precipitación alcalina.

De igual manera, los costos para el método de biosorción son mayores, ya que se deben mantener

condiciones metabólicas estables para asegurar la supervivencia de los microorganismos, esto se

traduce en mayores costos operativos, y al mismo tiempo se requeriría de un flujo continuo de

nutrientes, por lo que una operación por lotes no sería posible.

Finalmente en lo correspondiente a los residuos generados, la recuperación de metales de

utilidad con el método de biosorción es más complicada, debido a los mecanismos mediante los

45

cuales son removidos, mientras que con la precipitación alcalina, los lodos se pueden tratar con

facilidad para ser utilizados como materia prima en la fabricación de otros productos.

De esta manera, tras comparar ambos métodos, se escoge el de precipitación alcalina de metales,

ya que desde la perspectiva operativa, de mantenimiento, costos y manejo de residuos, presenta

más ventajas que la biosorción, y adicionalmente las condiciones de este método favorecen la

hidrólisis de compuestos orgánicos, lo cual resulta ventajoso para el tratamiento, pues no solo

remueve los metales, sino que también disminuye parte de la carga orgánica presente en los

fertilizantes.

47

4. METODOLOGÍA EXPERIMENTAL

El objetivo de este trabajo final de graduación, consiste en desarrollar una metodología para el

tratamiento de fertilizantes foliares líquidos de desecho en el país, los cuales pueden contener

nitrógeno, fósforo, hierro, zinc o manganeso.

Para lograr esto, se diseña un experimento cuyo propósito es validar el funcionamiento del

método de remoción de metales por precipitación alcalina, y para ello se definen una serie de

etapas:

- Definición de las diluciones y reactivos a utilizar.

- Realización de las pruebas.

- Medición de las variables de respuesta.

Para la primera etapa, el uso de fertilizantes sin diluir presenta una serie de inconvenientes para

efectos de las pruebas en el laboratorio. Principalmente que, en contraste con el uso de diluciones,

los fertilizantes sin diluir requieren de una mayor cantidad de reactivos, debido a la mayor

concentración de componentes en contraposición con una dilución de los mismos. Si bien los

reactivos no son muy costosos, las cantidades de los mismos sí son limitados. Además si se realizan

diluciones, de una botella de fertilizante se puede obtener un volumen mayor para las pruebas, lo

que también reduce la cantidad inicial de fertilizantes necesarios.

Por estos motivos, se elaboró una dilución de cada marca de fertilizante (A: Fertiplan NPK, B:

Foliveex Multiminerales y C: Agroplex Multi) al 10 %v/v. Para ello se tomó 10 mL del fertilizante sin

diluir con una pipeta de dicho volumen y se colocó en un balón aforado de 100 mL, el cual luego se

llenó con agua destilada hasta la marca de aforo. Este procedimiento se repitió varias veces hasta

alcanzar los volúmenes necesarios.

Posteriormente, previo a las pruebas, es necesario definir cuáles reactivos se van a utilizar, así

como la cantidad de los mismos, de manera que se pueda disponer de estos a la hora de realizar el

experimento. Se utilizó hidróxido de sodio, ya que este es más soluble en agua que el de calcio, lo

que facilita un mejor contacto con los metales a tratar. Además al ser el hidróxido de calcio menos

48

soluble, requiere de una mayor cantidad de reactivo para alcanzar el pH requerido, y no se contaba

con suficiente del mismo.

Para definir la cantidad de hidróxido de sodio a agregar, se realizó una prueba preliminar donde

se agregó pequeñas cantidades de NaOH en 500 mL de una de las mezclas a tratar, hasta alcanzar

un pH de doce. Se observó que al agregar una masa de aproximadamente 4,00 g de hidróxido de

sodio, se alcanzó el valor de pH deseado. Como para las tres mezclas el valor inicial de pH ronda un

intervalo similar, se definió dicha masa como la cantidad de NaOH que debe agregarse a las mezclas.

También se observó que los lodos generados por la adición de NaOH, presentan una consistencia

pastosa que no sedimenta con facilidad. Por este motivo, se optó por utilizar carbonato de calcio, el

cual tiene un costo muy bajo, como agente coagulante para facilitar la sedimentación. La

determinación de la cantidad de CaCO3 a utilizar en las pruebas se realiza de manera visual,

mediante una prueba de jarra preliminar. De esta manera se toma la jarra de la prueba anterior con

el NaOH y se va agregando el CaCO3 , hasta que se observa con claridad una zona definida de

clarificado y de sedimento. Esto ocurre tras agregar 400 g de CaCO3, por lo que se define dicha masa

como la que se debe adicionar para lograr la sedimentación requerida.

Una vez elaboradas las disoluciones de cada marca de fertilizantes y definidos los reactivos a

utilizar, se procedió con la siguiente etapa la cual consiste en la prueba de jarras para el tratamiento

de los fertilizantes. Esta consistió en colocar cuatro jarras de 500 mL cada una con las mezclas de los

fertilizantes correspondientes, de acuerdo al procedimiento experimental definido que se muestra

en el capítulo 11. Se midió el pH y conductividad inicial de las mezclas haciendo uso de un pHmetro

y un conductímetro respectivamente.

Se procedió luego a agregar los 4,00g de NaOH al 99 % con el propósito de elevar el pH hasta el

nivel deseado de 12,0; y se agitó con una rapidez de 200 rpm por un minuto. Posteriormente se

agregó los 400 g carbonato de calcio, y se agitó por otro minuto a 200 rpm, tras lo cual se midió el

pH y la conductividad respectiva.

Luego, se dejó agitar cada jarra con una rapidez baja de entre 25 rpm y 35 rpm, por un tiempo de

entre quince minutos y veinte minutos, según se indica en el procedimiento experimental mostrado

en el Capítulo 11, lo cual responde a las condiciones para las corridas de acuerdo al modelo

49

estadístico escogido. Además se midió la conductividad al inicio de la agitación, y posteriormente

cada cinco minutos hasta finalizar la agitación.

Una vez terminado el tiempo de agitación, se dejó reposar las jarras por un periodo de 40 minutos.

Esto permitió que los lodos generados sedimentaran, para facilitar la separación del clarificado.

Finalizado este tiempo, se midió la altura de los lodos en las jarras con una regla, así como el

diámetro de las jarras, para posteriormente obtener el volumen de lodos generados. Finalmente, se

procedió a filtrar las jarras, decantando el líquido clarificado, para evitar la saturación de los papeles

filtro.

Con esto se llega a la última etapa, la cual consiste en la medición de las variables de respuesta.

Se definen dos variables: la conductividad y la DQO. La conductividad se escoge ya que funge como

un indicador de la concentración de iones metálicos disueltos, situación que se verifica más adelante

en el análisis de resultados, de manera que la medición de la misma permite observar si se da una

remoción de los metales. Esta se mide a lo largo de la etapa de pruebas según se indica en los

párrafos anteriores y en el procedimiento experimental del capítulo 11.

La DQO es escogida como variable de respuesta, ya que funge como uno de los parámetros de

control de acuerdo a la legislación ambiental vigente, de manera que su medición resulta

conveniente. Para ello, se tomó una muestra de 0.2 mL del clarificado filtrado de las jarras, haciendo

uso de las jeringas provistas por el fabricante de los viales de DQO. Luego se colocó la muestra en el

vial de DQO correspondiente, debidamente etiquetado. Se colocaron los viales de las muestras junto

con el blanco en el reactor Hach por un tiempo de 120 minutos a 150 °C para su digestión. Se dejaron

enfriar por quince minutos y finalmente se realizó la medición del DQO para cada vial con el

colorímetro Hach. Se rescata que el resultado medido debe ser multiplicado por un factor de diez.

4.1. EQUIPO Y MATERIALES

Para la realización del trabajo, se recurrió a la utilización de instrumentos, los cuales se listan en

el Cuadro 4.1.1

50

Cuadro 4.1.1. Instrumentos utilizados para el tratamiento de fertilizantes foliares.

Además se requirió el uso de ciertos reactivos, en el Cuadro 4.1.2, se listan las características de

estos reactivos utilizados.

Cuadro 4.1.2. Sustancias utilizadas para el tratamiento de fertilizantes foliares.

Instrumento Marca Incertidumbre Ámbito Placa

Balanza analítica AE Adams 0,001 g 0 g a 300 g 341666

Multiparámetro Hach ±0,005 µS/cm 0,01 µS/cm a

200,0 mS/cm

275030

pHmetro Hanna ±0,01 0,00 a 14,00 262930

Colorímetro digital Hach ±16 mg/L 0 mg/L a

1500 mg/L

264101

Equipo de prueba de

jarras

Phipps & Bird ---- 5 rpm a 300 rpm

0 min a 59 min

174560

Reactor COD Hach ---- 0 °C a 150 °C

0 min a 120 min

173494

Sustancia Pureza Densidad

(kg/m3)

Toxicidad Clasificación

OSHA

Hidróxido de sodio 95-99%

(comercial)

2130 Corrosivo e irritante 2260

Carbonato de calcio 94-97%

(comercial)

2711 Irritante 0505

Viales de DQO

marca Hanna

Instruments

(Permanganato de

Potasio)

0-1500 mg/L

(ámbito de

los viales)

2700 Corrosivo,

cancerígeno,

teratógeno,

mutagénico

-----

51

4.2. DIAGRAMA DE EQUIPO

Para llevar a cabo las pruebas, se utilizó un equipo de prueba de jarras, al cual se le programó una

velocidad de agitación de entre 25 rpm y 35 rpm según el modelo experimental. En la Figura 4.2.1

se muestra el diagrama del equipo.

Figura 4.2.1. Diagrama de equipo para prueba de jarras (Fuente: Manual de instrucciones del equipo programable para prueba de jarras PB900).

Se hizo uso de una balanza analítica marca AE Adams para medir las masas de carbonato de calcio

e hidróxido de sodio. La Figura 4.2.2 muestra el diagrama de este equipo.

Figura 4.2.2. Diagrama de equipo de balanza AE Adam (Fuente: Manual de instrucciones de

balanza AE Adam serie PGW).

También se utilizó un multiparámetros Hach para la medición de la conductividad, así como un

pHmetro marca Hanna para la medición del pH. La Figura 4.2.3 muestra el multiparámetros y la

Figura 4.2.4 muestra el pHmetro en cuestión.

52

Figura 4.2.3. Diagrama de equipo del multiparámetro Hach (Fuente: Manual de usuario del

medidor portátil HQd).

Figura 4.2.4. Diagrama de equipo del pHmetro Hanna HI991300.

Finalmente se utilizó un reactor COD Hach como el mostrado en la Figura 4.2.5 para la digestión

de las muestras, y un colorímetro de la misma marca como el que se observa en la Figura 4.2.6

para la medición del DQO.

53

Figura 4.2.5. Diagrama de equipo del reactor COD Hach (Fuente: Manual instrumental del reactor

COD modelo 45600 y reactor THM modelo 49100).

Figura 4.2.6. Diagrama de equipo del colorímetro Hach DR890 (Fuente: Manual instrumental del

colorímetro portátil DR/820, DR/850 y DR/890).

54

4.3. FACTORES Y VARIABLES EXPERIMENTALES

1 Variables independientes: Velocidad de agitación, tiempo de reacción.

2 Variables dependientes: Conductividad, Demanda química de oxígeno (DQO).

3 Parámetros: Los principales parámetros a considerar son el pH, el cual se fija en un

valor de doce para llevar a cabo la reacción; y la concentración inicial de los

fertilizantes donde se utiliza una dilución al 10 %v/v de cada marca.

55

5. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Con el propósito de comprobar la efectividad del tratamiento a utilizar y determinar los

parámetros de operación para el proceso, se realizó la aplicación del método por triplicado a tres

tipos de mezclas diferentes, compuestas por dos tipos de fertilizantes cada una, según se muestra

en el Cuadro 5.1.

Cuadro 5.1. Composición de las mezclas de trabajo.

Mezcla Fertilizantes Proporción (%)

Mezcla 1 A: Fertiplan NPK

B: Foliveex Multiminerales

50

50

Mezcla 2 A: Fertiplan NPK

C: Agroplex Multi

50

50

Mezcla 3 B: Foliveex Multiminerales

C: Agroplex Multi

50

50

Se escogieron las marcas Fertiplan NPK, Foliveex Multiminerales y Agroplex Multi debido a que

estas son las más representativas de entre las analizadas en el capítulo 2, además de contar con una

composición amplia de metales y nutrientes incluyendo, pero no limitándose, a aquellos que se

plantean tratar en el presente proyecto.

La metodología se divide en tres pasos los cuales son: definición de las diluciones, realización de

las pruebas y medición de las variables de respuesta.

5.1. DEFINICIÓN DE LAS DILUCIONES

En primera instancia, se elaboró una dilución al 10 %v/v de cada marca de fertilizantes, para

proceder a elaborar las correspondientes mezclas indicadas en el Cuadro 5.1. Los motivos por los

cual se decidió elaborar las diluciones en cuestión, en lugar de trabajar con los fertilizantes sin diluir,

se presentan a continuación.

56

Lo que se buscó en primera instancia fue remover los metales disueltos en los fertilizantes por

medio de una reacción de precipitación alcalina. En esta, el NaOH utilizado reacciona con estos para

formar hidróxidos insolubles, los cuales precipitan y se separan. Si la concentración inicial de

metales es elevada, esto se traduce en un mayor requerimiento de reactivos para lograr la

precipitación, y para efectos de las pruebas de jarras, la cantidad de estos y los fertilizantes

disponibles fue limitada. De esta manera, al elaborar diluciones se logró disminuir la cantidad de

reactivos necesarios.

Por otro lado, entre mayor es la concentración inicial de metales, mayor es la generación de lodos.

Esto resulta inconveniente para efectos del laboratorio, ya que las jarras de las que se dispuso eran

de 1 000 mL, y si las cantidades de lodos eran grandes, estas quedaban muy llenas y la separación

posterior del lodo y el clarificado se dificulta.

Un último factor por el cual se decide efectuar las diluciones fue que, al realizar la primera

medición de DQO posterior al tratamiento para concentraciones sin diluir, e incluso con diluciones

al 50 %v/v, los valores de DQO obtenidos eran muy elevados y quedaban fuera del ámbito de

medición del colorímetro. Al utilizar concentraciones más diluidas se logró obtener una medición

de DQO dentro de los ámbitos de medición del equipo.

Debido a estos motivos, se optó por elaborar diluciones al 10 %v/v, lo cual facilitó la medición de

las variables de respuesta, redujo los costos del experimento en términos de la cantidad de

fertilizantes requeridos inicialmente y para efectos del dimensionamiento posterior de equipos, los

datos experimentales pueden escalarse, ya que se conocen las concentraciones iniciales de los

componentes de los fertilizantes sin diluir.

5.2. REALIZACIÓN DE LAS PRUEBAS

Para el tratamiento de los fertilizantes foliares se utiliza una prueba de jarras, donde se lleva a

cabo, a pequeña escala, la reacción de precipitación alcalina de metales. Para ello se fijan algunas

de las condiciones como se muestra en el Cuadro 5.2.1.

57

Cuadro 5.2.1. Condiciones de operación fijas para la reacción de precipitación alcalina mediante

prueba de jarras.

Condición Magnitud

Volumen de mezcla 500 mL

pH 12

Carbonato de Calcio agregado 400 g

Tiempo de agitación rápida 2 minutos

Velocidad de agitación rápida 200 rpm

Tiempo de reposo 40 minutos

El volumen de mezcla utilizado en las jarras se fijó considerando la capacidad de las mismas. Las

jarras disponibles para la prueba tenían una capacidad de 1 000 mL; sin embargo, no se utilizó toda

la capacidad de las jarras para no generar derrames durante la agitación. Por estos motivos se optó

por usar la mitad del volumen, lo que aseguró una cantidad suficiente de mezcla para una adecuada

agitación, así como espacio suficiente para agregar los reactivos sin que se generaran derrames.

El valor de pH se fijó en doce, ya que de acuerdo a los criterios estudiados en la literatura, para

que la reacción se lleve a cabo este debe ser alto. Se utilizó hidróxido de sodio como base para

alcanzar el pH deseado, ya que como se explicó en el capítulo anterior, este es más soluble que la

opción alterna de hidróxido de calcio. Además, al ser una base fuerte, la cantidad requerida del

mismo es menor que si se usara otra base débil.

El carbonato de calcio cumple principalmente un papel como agente coagulante para facilitar el

proceso de floculación y sedimentación de los metales precipitados. Si bien su uso aumenta

ligeramente el pH, debido al equilibro en el que el carbonato reacciona con el agua para formar

hidróxido de calcio, esta reacción no es muy favorable y el carbonato en sí mismo no presenta una

alta solubilidad en agua, por lo que el aumento del pH es ligero.

Sin embargo las partículas del carbonato en la disolución ayudan como núcleos de coagulación,

permitiendo que las partículas alcancen el tamaño requerido para que una vez finalizado el tiempo

de reacción los lodos sedimenten adecuadamente. Esto es importante ya que la los lodos generados

58

por esta reacción suelen tener una estructura de partícula amorfa que dificulta su adecuada

sedimentación y separación.

El motivo por el cual se fija la cantidad de carbonato de calcio a agregar en 400 g se explicó en el

capítulo anterior, por lo que se refiere al lector a revisar el capítulo 4, segundo párrafo de la página

50.

Tras agregar el carbonato de calcio y el hidróxido de sodio, es necesario realizar una agitación

vigorosa pero de poca duración, esto ayuda a aumentar el contacto entre los reactivos,

principalmente el coagulante y las partículas suspendidas, de esta manera se fija la velocidad de

agitación en 200 rpm por un tiempo de dos minutos. Esta agitación rápida solo ocurre una vez al

inicio y siempre es la misma para todas las jarras.

El tiempo de reposo es el tiempo que se dejan las jarras una vez finalizada la agitación para que

los lodos sedimenten. De acuerdo a lo encontrado en la literatura 40 minutos es un tiempo

aceptable para asegurar que la sedimentación de los lodos se lleve a cabo.

Adicional a las condiciones fijadas en el Cuadro 5.2.1, tras la etapa de agitación rápida, viene una

etapa de agitación lenta por un periodo más amplio. En esta se promueve la formación de flóculos

conforme la reacción ocurre. Tanto el tiempo de reacción como la velocidad de agitación

corresponden a las variables independientes, las cuales de acuerdo al modelo estadístico poseen

dos niveles como se muestra en el Cuadro 5.2.2.

Cuadro 5.2.2. Magnitud de los niveles para las variables independientes del modelo.

Variable Independiente Magnitud

Nivel Bajo Nivel Alto

Tiempo de reacción 15 minutos 20 minutos

Velocidad de agitación 25 rpm 35 rpm

Los niveles de velocidad de agitación y tiempo de reacción se seleccionaron de información

obtenida de la teoría, donde se recomienda velocidades de agitación bajas para evitar la destrucción

de los flóculos formados, y tiempos de reacción amplios que permitan que la reacción se lleve a

cabo. La Figura 5.2.1 muestra un ejemplo de las jarras durante el proceso de agitación lenta.

59

Figura 5.2.1. Jarras en agitación lenta.

Tras la agitación lenta, se dejan reposar las jarras como se indicó previamente durante 40 minutos.

Una vez concluido este tiempo, se mide la altura de los lodos en las jarras así como las dimensiones

de las mismas con el propósito de obtener el volumen de lodos generados, dato que resulta de

utilidad para el posterior dimensionamiento del equipo.

Luego se filtra el clarificado para obtener la muestra de fertilizante tratado. En esta etapa, la

filtración se realiza mediante decantación, y como solo se requiere una pequeña muestra para las

pruebas faltantes, no se filtra todo el contenido de las jarras sino solo lo necesario, ya que filtrar

todo el contenido toma mucho tiempo por la cantidad de lodos generados que obstruyen el papel

filtro. La Figura 5.2.2 muestra el filtrado obtenido para una de las jarras.

Figura 5.2.2. Filtrado obtenido de una de las jarras posterior al tratamiento.

Se puede apreciar de la muestra obtenida tras el filtrado que la misma presenta un color más

claro que el café oscuro inicial previo al tratamiento. El cambio de color es un indicativo de que ha

habido remoción de sustancias responsables de la pigmentación inicial de las mezclas, algunas de

ellas metales disueltos, aunque no es una prueba concluyente.

60

El equipo de prueba de jarras utilizado en el experimento se muestra en la Figura 5.2.3. Este posee

seis paletas de agitación, las cuales giran a una velocidad determinada por el experimentador

durante el tiempo requerido. El mismo permite programar el equipo para velocidades y tiempos

dados, o bien operar el equipo de manera manual. Una de las limitaciones que se presentó durante

la experimentación fue que, pese a haber seis paletas de agitación en el equipo, solo se disponía de

tres jarras lo que ralentizó la experimentación. De igual manera el diseño experimental asigna dos

niveles para las variables independientes; sin embargo, todas las paletas giran a la misma velocidad,

por lo que no es posible hacer jarras con diferente velocidad de agitación de manera simultánea.

Esto obligó a realizar siempre tres jarras con igual velocidad de agitación, independientemente del

tiempo que se mantuvieran agitando. Para mantener la aleatoriedad, se utilizó una función de

números aleatorios de manera que si bien las tres jarras siempre se agitan a la misma velocidad

corresponden a diferentes mezclas y repeticiones.

Figura 5.2.3. Equipo para prueba de jarras.

5.3. MEDICIÓN DEL DQO

La última etapa de la experimentación consistió en la medición de la DQO de las mezclas tratadas.

Para esto, primero se tomaron las muestras correspondientes colocándolas en los viales para

medición de DQO. Se colocaron junto con el blanco respectivo en un reactor donde se calentaron a

150 °C por 120 minutos para su digestión. Se dejaron enfriar y se realizó la medición del DQO

haciendo uso de un colorímetro. La figura 5.3.1 muestra los viales durante el proceso de digestión.

61

Figura 5.3.1. Digestión de las muestra para la medición de DQO.

Es importante destacar que para esta prueba se utilizó un volumen de muestra de 0,2 mL en cada

vial, de manera que de acuerdo al procedimiento para esta prueba, los resultados leídos del

colorímetro deben multiplicarse por un factor de diez.

Como se explicó en el capítulo anterior, se realiza la prueba de DQO a las muestras porque este

es uno de los parámetros normados por los reglamentos para el vertido de aguas residuales, de

manera que su medición es un indicativo de la calidad del agua y de si puede o no ser vertida. Otro

parámetro que suele usarse comúnmente es la DBO, sin embargo se optó por utilizar la DQO en

lugar de la DBO debido a que el proceso de medición para esta última tarda varios días y habría que

hacerlo para varias muestras, lo que resulta en una limitante.

5.4. CARACTERIZACIÓN DE LAS MUESTRAS TRATADAS

Para poder caracterizar las muestras tratadas y saber si el tratamiento cumple con su cometido

se miden las variables de conductividad y DQO.

La conductividad funciona como una medición indirecta de la cantidad de metales disueltos en

los fertilizantes, ya que depende de la concentración de estos en la disolución. Esto se verifica

mediante una prueba donde se mide la conductividad de las tres mezclas en cuestión con diferentes

porcentajes de dilución, los cuales van desde mezclas al 5 %v/v hasta mezclas sin diluir, de manera

62

que pueda apreciarse la tendencia existente en relación con la concentración de metales disueltos.

Las Figuras 5.4.1, 5.4.2 y 5.4.3 muestran las gráficas resultantes para cada mezcla.

Figura 5.4.1. Gráfica de conductividad contra concentración para la mezcla 1


30

40

50

60

70

80

90

0 20 40 60 80 100

Co

nd

uct

ivid

ad (

mS/

cm)

Concentración de la dilución (%v/v)

40

50

60

70

80

90

100

110

120

0 20 40 60 80 100

Co

nd

uct

ivid

ad (

mS/

cm)


63


Se aprecia de las Figuras anteriores, que la conductividad en función de la concentración de

metales disueltos, expresado como concentración de la dilución de la mezcla, presenta una

tendencia línea creciente para el rango de diluciones al 5 %v/v hasta mezclas sin diluir.

Esto quiere decir que, entre mayor sea la concentración de metales disueltos en los fertilizantes,

mayor es su conductividad, y se espera que la misma decrezca tras la remoción de metales del

tratamiento siguiendo una tendencia lineal.

Cabe aclarar que el uso del método de medición de la conductividad, para determinar la

concentración de metales en la mezcla, es un método aproximado. Esto debido a que, el método

aquí planteado no diferencia entre el efecto de la disociación del hidróxido de sodio utilizado para

aumentar el pH, sobre la conductividad final observada; y el efecto debido a la concentración de

metales presentes en la mezcla. Sin embargo, el método sigue resultando útil, debido a que existe

gran variedad de metales disueltos en los fertilizantes, y las pruebas para determinar la

concentración de cada uno son costosas, de manera que constituye una prueba rápida y sencilla

que puede ser aplicada en el sitio para realizar ajustes en el proceso.

La DQO por su lado es una medida de la cantidad de oxígeno equivalente a la materia orgánica,

biodegradable y no biodegradable, susceptible a oxidación con dicromato de potasio, de manera

que representa una medición de la carga contaminante presente en el agua (Patnaik, 1997). Algunas

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100

Co

nd

uct

ivid

ad (

mS/

cm)


64

sustancias inorgánicas también pueden ser oxidadas por el dicromato; sin embargo, cabe mencionar

que no son muchas. Patnaik (1997) menciona que algunas de las sustancias inorgánicas que

contribuyen a la DQO son los aniones oxidables como S2-, SO32-, NO2

-, PO33-, AsO2

-, ClO-, ClO2-,

ClO3-, BrO3

-, IO3- y SeO3

2- así como los iones metálicos Fe2+, Cu1+, Co2+, Sn2+, Mn2+, Hg1+ y Cr3+ los

cuales son en su mayoría metales de transición en su estado de oxidación bajo.

Además, como se ha mencionado con anterioridad, este parámetro está normado por el

reglamento para vertido y reuso de aguas residuales y por ende es un buen indicador de control

para observar si el tratamiento cumple con las condiciones para vertido.

El Cuadro 5.4.1 se muestran los resultados de la caracterización para la mezcla 1.

Cuadro 5.4.1. Caracterización de la mezcla 1 tras el tratamiento.

Mezcla 1

Variable

Tiempo de

reacción (min)

Velocidad de

agitación (rpm)

Repetición 1

Repetición 2

Repetición 3

Conductividad

(mS/cm)

15 25 8,60 8,90 8,82

20 25 8,39 9,69 8,86

15 35 8,88 8,53 9,40

20 35 8,15 8,25 9.19

DQO

(mg/L)

15 25 103 300 137 400 101 000

20 25 104 900 128 600 105 300

15 35 105 200 101 900 130 400

20 35 135 000 127 800 106 700

Se aprecia del cuadro que las corridas se realizaron por triplicado para cada combinación de

tiempo de reacción y velocidad de agitación. En el caso de la conductividad se observa que para

cada corrida, los resultados obtenidos en las diferentes repeticiones son bastante similares, con

variaciones no mayores a las dos unidades. En la DQO en cambio, se aprecian variaciones más

grandes entre repeticiones de una misma corrida, lo cual puede deberse al método de medición, ya

65

que como la cantidad de muestra utilizada para esta prueba es tan pequeña (0,2 mL), la más mínima

variación del volumen pueden generar variaciones en los resultados; sin embargo, las respuestas

obtenidos para DQO son mucho más grandes en magnitud, de manera que lo que podría parecer

una variación grande, podría ser en realidad pequeña comparada con las magnitudes de los

resultados obtenidos. Posteriormente se discutirá con un análisis de varianza si hay significancia

estadística para ambas variables.

Así mismo, cabe destacar que para la mezcla 1, la conductividad inicial promedio es de

17,16 mS/cm y se reduce a un promedio de 8,81 mS/cm, apreciándose una reducción sustancial del

48,6 % de la conductividad, indicativo de la remoción de metales de la disolución.

Para las mezclas 2 y 3 se realizaron las mismas mediciones. Los Cuadros 5.4.2 y 5.4.3 muestran los

resultados obtenidos para estas mezclas.


Mezcla 2

Variable

Tiempo de

reacción (min)

Velocidad de

agitación (rpm)

Repetición 1

Repetición 2

Repetición 3

Conductividad

(mS/cm)

15 25 16,39 13,55 14,17

20 25 14,51 14,49 15,17

15 35 12,80 13,56 13,21

20 35 13,86 13,18 13,64

DQO

(mg/L)

15 25 119 500 133 900 132 900

20 25 135 300 115 000 136 900

15 35 115 500 137 200 94 900

20 35 116 100 118 000 97 600

66


Mezcla 3

Variable

Tiempo de

reacción (min)

Velocidad de

agitación (rpm)

Repetición 1

Repetición 2

Repetición 3

Conductividad

(mS/cm)

15 25 13,24 13,28 12,50

20 25 12,18 13,43 10,73

15 35 11,03 11,81 11,51

20 35 13,20 11,69 11,38

DQO

(mg/L)

15 25 109 800 72 500 73 100

20 25 109 100 121 300 111 100

15 35 111 000 108 500 109 600

20 35 114 100 73 100 109 700

Se puede observar que para ambas mezclas, la conductividad presenta un comportamiento

similar de variación pequeña para las diferentes repeticiones de una misma corrida, mientras que

la DQO presenta una variación más amplia que puede deberse al método de medición utilizado

como se explicó anteriormente.

Así mismo, para la mezcla 2 se pasa de una conductividad inicial promedio de 24,30 mS/cm a una

conductividad promedio tras el tratamiento de 14,04 mS/cm, mientras que para la mezcla 3 se pasa

de 19,18 mS/cm a 12,17 mS/cm. Vemos que en ambos casos hay una disminución significativa de la

conductividad de 42,2 % y 36,5 % respectivamente para cada mezcla.

Un aspecto que cabe destacar es que si bien se observa de los resultados una disminución en las

conductividades, lo que se traduce como una remoción de metales disueltos, esta no es completa,

lo cual se deduce del hecho de que las conductividades, incluso después del tratamiento, son

elevadas en comparación con la conductividad del agua potable para consumo, la cual si bien varía

dependiendo de la fuente y tratamiento recibido oscila entre los 500 µS/cm a 800 µS/cm (López,

Mirenski et al, s.f).

67

Se observa entonces que si bien el tratamiento aplicado sí produce una remoción, esta no es

suficiente para poder verter el agua, requiriéndose de una segunda etapa de tratamiento para

terminar de remover los metales y nutrientes restantes.

Una opción sería optar por tratamientos biológicos que reduzcan la DQO; sin embargo, si aún

existe presencia de metales, estos pueden interferir con la efectividad de los tratamientos biológicos.

Por esta razón se contempla la opción de utilizar un segundo tratamiento químico, esta vez

consistente en una oxidación mediante la adición de peróxido de hidrógeno, el cual es un agente

oxidante. La ventaja que presenta esta opción es que oxida tanto metales como compuestos

orgánicos presentes en la muestra.

5.5. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS RESULTADOS EXPERIMENTALES

Para analizar los resultados obtenidos durante la etapa experimental se optó por utilizar un diseño

factorial completo 22 con tres repeticiones para cada corrida. Con este se estudia el efecto que

tienen dos factores, que en este caso corresponden a las dos variables independientes: tiempo de

reacción y velocidad de agitación, sobre las variables dependientes: conductividad y DQO, al variar

los factores en dos niveles.

La definición de los niveles para los factores se determinó según criterios de la teoría como se

explicó anteriormente, y el propósito es confirmar mediante un análisis de varianza (ANOVA) si el

efecto de los factores en los niveles escogidos es estadísticamente significativo, para determinar así

las mejores condiciones de operación en el ámbito de trabajo seleccionado.

El análisis de varianza permite separar la variación total en las partes que la constituyen, que en

este caso sería la variabilidad debido a los tratamientos y la variabilidad debido al error. Esto a su

vez permite probar la hipótesis de igualdad de los tratamientos con respecto a la media de la

correspondiente variable de respuesta. Esta hipótesis se expresa mediante la ecuación 5.5.1.

H0: μ1=μ2=…=μk=μ (5.5.1)

Y su correspondiente hipótesis alternativa expresada mediante la ecuación 5.5.2.

HA: μi≠μj para algún i≠j (5.5.2)

68

Sin embargo, como el análisis de varianza se centra en el efecto de los tratamientos, las hipótesis

anteriores pueden reescribirse en términos de estos como se muestra en las ecuaciones 5.5.3 y 5.5.4.

H0: τ1=τ2=…=τk=0 (5.5.3)

HA: τi≠0 para algún i (5.5.4)

De esta manera si se rechaza la hipótesis nula, quiere decir que al menos un efecto es diferente

de cero y por ende es significativo.

Para poder probar la hipótesis nula mediante el método de ANOVA, primero debe descomponerse

la variabilidad total de los datos en sus dos componentes: debido a tratamientos y debido al error

aleatorio. Una medida de la variabilidad total es la suma total de cuadrados la cual se expresa

mediante la siguiente ecuación.

SCT=∑ ni(Y̅i∙-Y̅∙∙)2

k

i=1

+∑∑(Yij-Y̅i∙)2

ni

j=1

k

i=1

(5.5.5)

En la ecuación 5.5.5 el primer componente corresponde a la suma de cuadrados de los

tratamientos (SCTRAT) y el segundo es la suma de cuadrados del error (SCE). Para este caso si hay un

total de N observaciones, entonces SCT tiene N-1 grados de libertad. Si hay k tratamientos o niveles

del factor de interés, entonces SCTRAT tiene k-1 grados de libertad y SCE tiene N-k grados de libertad.

Una vez obtenidas las sumas de cuadrados se procede al cálculo de los cuadrados medios para los

tratamientos y el error, estos se obtiene dividiendo las correspondientes sumas de cuadrados entre

los grados de libertad respectivos tal como se muestra en las ecuaciones 5.5.6 y 5.5.7.

CMTRAT=SCTRAT

k-1

(5.5.6)

CME=SCE

N-k

(5.5.7)

Una vez calculados los cuadrados medios se construye el estadístico de prueba como se muestra

en la ecuación 5.5.8.

F0=CMTRAT

CME

(5.5.8)

Este estadístico sigue una distribución F con k-1 grados de libertad en el numerador y N-k grados

de libertad en el denominador. Una vez calculado el estadístico de prueba para un nivel de

69

significancia α prefijada para este experimento en 0,05; se rechaza la hipótesis nula si se cumple el

criterio expresado en la inecuación 5.5.9.

F0>Fα,k-1,N-k (5.5.9)

Donde Fα,k-1,N-k es el percentil (1-α) x 100 de la distribución F. Otra forma de rechazar la hipótesis

es si se cumple la inecuación 5.5.10.

valor-p<α (5.5.10)

Donde el valor-p es el área bajo la distribución Fα,k-1,N-k a la derecha del estadístico F0. Toda esta

información se resume en un cuadro de análisis de varianza para facilitar la presentación de los

datos del análisis.

Para realizar el análisis de varianza se utilizó la herramienta estadística Minitab, en la cual se

introducen los datos que se desean analizar y se corre el análisis de varianza generando así el cuadro

de ANOVA correspondiente. De esta manera el Cuadro 5.5.1 muestra los resultados del ANOVA para

la conductividad en la mezcla 1.

Cuadro 5.5.1. Cuadro de análisis de varianza para la conductividad en la mezcla 1.

Fuente de variabilidad Efectos GL SC CM F0 Valor-p

Tiempo (min) -0,100 1 0,030 0,030 0,12 0,735

Velocidad de agitación (rpm) -0,143 1 0,062 0,062 0,25 0,629

Interacción Tiempo-Velocidad -0,307 1 0,282 0,282 1,15 0,314

Error 8 1,957 0,245

Total 11 2,330

Habiendo definido α como 0,05 se observa que al utilizar el criterio descrito en la inecuación

5.5.10, el valor-p obtenido siempre es mayor que α para ambos factores y su interacción. Esto quiere

decir que se acepta la hipótesis nula y por ende para el caso de esta mezcla ninguno de los efectos

de los factores o su interacción resultan estadísticamente significativos sobre la conductividad. En

todo caso se puede observar en el Cuadro 5.5.1 que el efecto más grande le corresponde, en valor

absoluto, a la interacción de los factores. Dicha interacción se muestra gráficamente en la Figura

5.5.1.

70

Figura 5.5.1. Gráfico de interacción tiempo de reacción-velocidad de agitación para la

conductividad en la mezcla 1.

Esta gráfica de la interacción muestra que las menores conductividades se obtienen cuando se

agita a 35 rpm por tiempos de 20 minutos, y si bien su efecto no es significativo, da una idea de por

donde se hallan las condiciones que generan resultados deseables.

El Cuadro 5.5.2 muestra los resultados del análisis de varianza para la conductividad en la mezcla

2.



Tiempo (min) 0,195 1 0,114 0,114 0,17 0,689

Velocidad de agitación (rpm) -1,338 1 5,373 5,373 8,13 0,021

Interacción Tiempo-Velocidad 0,171 1 0,092 0,092 0,14 0,719

Error 8 5,289 0,661

Total 11 10,868

En este caso vemos que para esta mezcla el valor-p del tiempo y la interacción de los factores es

mayor al valor de α por lo que no son estadísticamente significativas; sin embargo, el valor-p de la

velocidad de agitación es 0,021 el cual es menor al valor de α de 0,05 lo que indica que la velocidad

de agitación en esta mezcla tiene un efecto significativo sobre la conductividad. Esto se refuerza al

8.5

8.6

8.7

8.8

8.9

9

9.1

15 20

Co

nd

uct

ivid

ad (

mS/

cm)

Tiempo (min)

25 rpm

35 rpm

71

observar que el efecto más grande, en valor absoluto, también le corresponde a la velocidad de

agitación. La Figura 5.5.2 muestra la gráfica del efecto de la velocidad de agitación para esta mezcla.

Figura 5.5.2. Gráfico del efecto de la velocidad de agitación para la conductividad en la mezcla 2.

Se aprecia de la Figura 5.5.2 que la menor conductividad se alcanza nuevamente con el nivel alto

de velocidad de agitación.

Ahora en el Cuadro 5.5.3 se muestran los resultados del análisis de varianza para la conductividad

en la mezcla 3



Tiempo (min) -0,127 1 0,048 0,048 0,06 0.810

Velocidad de agitación (rpm) -0,790 1 1,872 1,872 2,40 0.160

Interacción Tiempo-Velocidad 0,767 1 1,763 1,763 2,26 0.171

Error 8 6,243 0,780

Total 11 9,927

Para esta mezcla, al igual que para la mezcla 1, los valores-p de ambos factores y su interacción

son mayores al valor de α por lo que no son estadísticamente significativos. Sin embargo, se observa

que el efecto de la velocidad de agitación es nuevamente el efecto más importante, y si se observa

13.3

13.8

14.3

14.8

25 35

Co

nd

uct

ivid

ad (

mS/

cm)

Velocidad de agitación (rpm)

72

la gráfica mostrada en la Figura 5.5.3 se puede apreciar que la velocidad de agitación en nivel alto

es la que genera menores conductividades.

Figura 5.5.3. Gráfico del efecto de la velocidad de agitación para la conductividad en la mezcla 3.

Si bien no en todas las mezclas la velocidad de agitación resulta significativa, es sin duda uno de

los factores que más efecto tiene sobre la variable de conductividad. Una velocidad de agitación en

nivel alto puede promover un mayor contacto entre los reactantes, lo que promueve la remoción

de metales y por ende la disminución de la conductividad en comparación con velocidades menores.

Incluso el hecho de que sea siempre el nivel alto el que promueva menores conductividades da un

indicativo de que, en aras de hallar un punto óptimo, habría que mover los niveles de la velocidad

de agitación hacia velocidades un poco más altas.

En el caso del factor tiempo de agitación, este siempre resultó no significativo en todas las mezcla

y su aporte a la disminución de la conductividad es mínimo como se puede observar de la Figura

5.5.4 la cual muestra las gráficas del efecto del tiempo sobre la conductividad. Por ello es difícil

poder afirmar que un nivel de tiempo alto o bajo favorezca más el proceso ya que su aporte es

menos marcado que el de la velocidad.

11.7

11.9

12.1

12.3

12.5

12.7

25 35

Co

nd

uct

ivid

ad (

mS/

cm)


73

Figura 5.5.4. Gráficas del efecto del tiempo de agitación sobre la conductividad en la mezcla 1

(superior izquierda), mezcla 2 (superior derecha) y mezcla 3 (inferior central).

En todo caso en dos de las tres mezclas se observa que las conductividades bajas se logran con

tiempos de agitación en nivel alto de veinte minutos.

Para asegurarse de que el modelo cumple con los supuestos de normalidad y varianza constante

se analizan las gráficas de normalidad y de residuos contra predichos para cada mezcla. Las Figuras

5.5.5, 5.5.6 y 5.5.7 muestran las gráficas de normalidad para las tres mezclas según se generan con

el programa Minitab.

Figura 5.5.5. Gráfica de probabilidad para la conductividad en la mezcla 1.

74



Con las gráficas de normalidad para los residuos se comprueba si el modelo cumple con el

supuesto de normalidad, en estas gráficas los puntos de los residuos deben seguir un patrón

aproximadamente lineal, y los valores centrales son más importantes que los extremos. Si existen

pequeñas desviaciones de la normalidad, esto no supone un gran problema; sin embargo, pueden

existir puntos donde el residuo dista mucho de los demás, en este caso es necesario estudiar el

punto atípico y las condiciones experimentales alrededor de dicho punto ya que este puede

introducir distorsiones en el análisis.

75

Si se observan las gráficas mostradas en las Figuras 5.5.5, 5.5.6 y 5.5.7 se observa que en el caso

de la conductividad para las tres mezclas la mayoría de los puntos presenta una cercanía a la

linealidad y las desviaciones no son muy grandes, lo que confirma que el supuesto de normalidad

se cumple para el modelo.

En cuanto al supuesto de varianza constante, las Figuras 5.5.8, 5.5.9 y 5.5.10 muestran las gráficas

de residuos contra predichos para la conductividad en las diferentes mezclas.

En este caso las gráficas de residuos contra predichos permiten verificar si se cumple el supuesto

de varianza constante para el modelo. Si se observa la existencia de patrones en las gráficas, esto

implica que no se cumple el supuesto.

Figura 5.5.8. Gráfica de residuos contra predichos para la conductividad en la mezcla 1.


76


En el caso de las gráficas presentadas en las Figuras anteriores, no se observa algún patrón

evidente que se repita; sin embargo, cabe mencionar que dado que solo se realizaron tres

repeticiones para cada corrida, es difícil discernir con claridad si realmente existe o no patrones en

las gráficas.

Ahora se va a analizar el efecto que tienen los factores de estudio sobre la otra variable de interés,

que corresponde a la DQO. En el Cuadro 5.5.4 se observan los resultados del análisis de varianza

para la DQO en la mezcla 1.

Cuadro 5.5.4. Cuadro de análisis de varianza para la DQO en la mezcla 1.


Tiempo (min)

4 850,0 1 70 567 500 70 567 500 0,27 0,620

Velocidad de agitación

(rpm)

4 416,7 1 58 520 833 58 520 833 0,22 0,651

Interacción Tiempo-

Velocidad

5 816,7 1 101 500 833 101 500 833 0,38 0,553

Error

8 2 117 973 333 264 746 667

Total 11 2 348 562 500

77

En este caso vemos de los datos mostrados en el Cuadro 5.5.4 que los valores-p para los dos

factores y su interacción son mayores al valor de α definido de 0,05; lo que indica que no son

estadísticamente significativos sobre la DQO en la mezcla 1. Se observa también que el efecto más

importante en este caso es el de la interacción, y si se observa la gráfica de la Figura 5.5.11 se puede

apreciar que el menor valor de DQO se alcanza con una velocidad de agitación en nivel alto y un

tiempo de reacción en nivel bajo.


mezcla 1.

El Cuadro 5.5.5 se presenta los resultados del ANOVA para la DQO en la mezcla 2.

Cuadro 5.5.5 Cuadro de análisis de varianza para la DQO en la mezcla 2.


Tiempo (min)

-2 500,0 1 18 750 000 18 750 000 0,10 0,766


(rpm)

-15 700,0 1 739 470 000 739 470 000 3,75 0,089


Velocidad

-2 800,0 1 23 520 000 23 520 000 0,12 0,739

Error

8 1 576 246 667 197 030 833

Total 11 2 357 986 667

112000

114000

116000

118000

120000

122000

124000

15 20

DQ

O (

mg/

L)

Tiempo de reacción (min)

25 rpm

35 rpm

78

Se observa de los datos mostrados en el Cuadro 5.5.5 que al igual que sucedió con la mezcla 1, en

la mezcla 2 los valores-p para los dos factores y su interacción son mayores que α por lo que se

acepta la hipótesis nula, lo que quiere decir que ninguno es estadísticamente significativo sobre la

respuesta de la DQO en esta mezcla. Sin embargo, se observa que en el caso del factor velocidad de

agitación, este se halla relativamente cerca al valor de α y además es el efecto más importante. La

Figura 5.5.12 muestra la gráfica del efecto de la velocidad de agitación sobre la DQO para la mezcla

2

Figura 5.5.12. Gráfico del efecto de la velocidad de agitación para la DQO en la mezcla 2.

Se observa que nuevamente al igual que con la mezcla 1, la velocidad en el nivel alto favorece

bajos niveles de DQO en la mezcla 2.

Finalmente el Cuadro 5.5.6 muestra los resultados obtenidos en el análisis de varianza para la

DQO en la mezcla 3.

113000

116000

119000

122000

125000

128000

25 35

DQ

O (

mg/

L)


79

Cuadro 5.5.6 Cuadro de análisis de varianza para la DQO en la mezcla 3.


Tiempo (min)

8 893,3 1 242 100 833 242 100 833 0,96 0,356


(rpm)

4 850,0 1 70 567 500 70 567 500 0,28 0,611


Velocidad

-19 716,7 1 1 166 240 833 1 166 240 833 4,63 0,064

Error

8 2 014 920 000 251 865 000

Total 11 3 493 829 167

Para esta mezcla se observa de los resultados mostrados en el Cuadro 5.5.6 que, de igual manera

que ha ocurrido con las mezclas anteriores, los valores-p de los dos factores y su interacción son

mayores que el valor de α de 0,05 por lo que ninguno de los tres es estadísticamente significativo;

sin embargo, si se observa el valor-p de la interacción, se puede apreciar que este es bastante

cercano al valor de α. La Figura 5.5.13 muestra la gráfica de interacción del tiempo de reacción –

velocidad de reacción para la mezcla 3.


mezcla 3.

85000

90000

95000

100000

105000

110000

115000

120000

15 20

DQ

O (

mg/

L)

Tiempo (min)

25 rpm

35 rpm

80

En este caso la gráfica de la Figura 5.5.13 indica que el valor más bajo de DQO obtenido se dio con

una velocidad de 25 rpm (nivel bajo) en un tiempo de reacción de quince minutos (nivel bajo).

En general para la DQO en ninguna de las tres mezclas los factores estudiados ni sus interacciones

resultan estadísticamente significativos, lo que sugiere que esta variable no se ve afectada por los

efectos de estos factores. Sin embargo, no puede ignorarse que pese a no haber hallado significancia

estadística, algunos de los efectos e interacciones estuvieron bastante cerca del punto de

significancia. Esto apunta a que si bien las condiciones de niveles definidos para los factores no

delimitan un punto significativo, si estos niveles se variaran en dirección a un óptimo según sugieren

los resultados obtenidos, podría que haya significancia. En el caso de la velocidad de agitación, la

cual presenta un efecto más marcado que el tiempo de reacción, pareciera indicar que velocidades

en nivel alto dan mejores resultados, y en el caso del tiempo para las tres mezclas, niveles bajos son

los que dan mejores resultados.

Ahora se procede a verificar los supuestos del modelo mediante la revisión de las gráficas de

normalidad y residuos contra predichos. Para ello las Figuras 5.5.14, 5.5.15 y 5.5.16 muestran las

gráficas de normalidad para las tres mezclas.

Figura 5.5.14. Gráfica de probabilidad para la DQO en la mezcla 1.

81



En este caso se observa en las gráficas de las Figuras 5.5.14 y 5.5.15 que en algunos de los puntos

centrales parecieran haber ligeras variaciones con respecto a la normalidad. Si bien no son

desviaciones excesivas, llaman la atención. Estas desviaciones pueden estar ligadas a las condiciones

experimentales por lo que es difícil discernir con exactitud la causa de las mismas, sin embargo cabe

destacar que el volumen de muestra utilizado para la prueba de DQO es de apenas 0,2 mL y aunque

82

se utilicen las micropipetas dadas por el proveedor de los viales, al usar volúmenes tan pequeños,

la más mínima variación puede introducir una desviación. Por otro lado la gráfica para la mezcla 3

de la Figura 5.5.16 no muestra variaciones importantes apreciables.

Luego las Figuras 5.5.17, 5.5.18 y 5.5.19 muestran las gráficas de residuos contra predichos para

las tres mezclas.

Figura 5.5.17. Gráfica de residuos contra predichos para la DQO en la mezcla 1.


83


Se observa de las Figuras anteriores que, para las tres mezclas las gráficas de residuos contra

predichos, no parecen mostrar patrones. Esto sugiere que se cumple el supuesto de varianza

constante.

Una vez hecho el análisis de varianzas para las tres mezclas y verificados los supuestos, puede

decirse que si bien entre una mezcla y otra puede haber variaciones sobre cuáles condiciones

llevaron a mejores resultados, en general la velocidad de agitación y la interacción de los factores

casi siempre resultaron más importantes o significativos que el tiempo de reacción, y

particularmente para el caso de la velocidad todo parece indicar que un nivel alto de 35 rpm dio los

mejores resultados tanto de conductividad como de DQO para la mayoría de los casos.

En cuanto al tiempo de reacción, si bien este siempre fue el menos significativo de los factores y

su influencia parece ser poca sobre los resultados de las variables estudiadas, en la conductividad

los mejores resultados se obtuvieron con tiempos de veinte minutos en nivel alto, mientras que en

la DQO los mejores resultados se obtuvieron con tiempos de quince minutos en nivel bajo.

El riesgo que se corre de utilizar tiempos de agitación en nivel bajo es que, un tiempo más

prolongado puede asegurar una reacción más completa aún si el tiempo es ligeramente mayor al

requerido; sin embargo, un tiempo de agitación en nivel alto podría implicar también un exceso de

agitación que podría volver a suspender algunos de los sólidos ya sedimentados o romper los

84

flóculos formados, según el nivel de la velocidad de agitación, razón por la cual se observó que en

varias de las mezclas las interacciones eran el efecto más importante.

Por otro lado un tiempo mayor de agitación no solo ayuda a que la reacción tenga el tiempo

suficiente para llevarse a cabo completamente, sino que además provee un tiempo de

sedimentación más prolongado, y si bien la DQO podría arrojar valores ligeramente más elevados

con tiempos de agitación mayores, ya se había mencionado que una segunda etapa de tratamiento

era requerida para terminar de remover los metales y la materia orgánica remanente mediante un

proceso de oxidación química, por lo cual puede aceptarse el uso de un tiempo de agitación en nivel

alto de veinte minutos para la operación.

85

6. DIMENSIONAMIENTO DEL EQUIPO

6.1. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO

En la siguiente página se muestra la Figura 6.1.1 que muestra el diagrama de flujo del proceso. En

este se observan todas las corrientes que ingresan y salen del proceso, así como los diferentes

equipos que intervienen en el tratamiento de los fertilizantes.

6.2. DIMENSIONAMIENTO Y BALANCES DE MASA Y ENERGÍA

Una vez definidas las etapas del proceso y los equipos requeridos para llevar a cabo el tratamiento,

tal como se muestra en el diagrama de flujo del proceso mostrado en la Figura 6.1.1, se procede a

realizar el dimensionamiento de cada una de las unidades en cuestión.

Para efectos del dimensionamiento, debe considerarse que los resultados obtenidos en la etapa

experimental son con diluciones al 10 %v/v de los fertilizantes a tratar, mientras que la planta debe

tratar los fertilizantes sin diluir. El Cuadro 6.2.1 muestra los valores promedio de pH inicial,

conductividad inicial, volumen de lodos y DQO para cada mezcla, así como el promedio de los

promedios para las tres mezclas.

Dado que la planta debe tratar cualquier tipo de mezcla, y no hay algún patrón cíclico que indique

cuáles van a ser las características de esta, se utilizarán los valores promedio de las tres mezclas

estudiadas para el dimensionamiento.

87

Cuadro 6.2.1. Valores promedio de pH, conductividad, volumen de lodos y DQO para las tres mezclas.

Parámetros Promedio Mezcla 1 Mezcla 2 Mezcla 3 Promedio

pH inicial 4,82 4,77 3,89 4,50

Conductividad inicial

(mS/cm)

17,16 24,30 19,18 20,21

Volumen de lodo (m3) 4,32×10-4 3,73×10-4 4,68×10-4 4,24×10-4

DQO (mg/L) 115 630 121 070 101 910 112 870

Con estos datos promedio se procede a proyectar los resultados a la condición de fertilizantes sin

diluir.

En el caso del pH, este se mantiene con el valor promedio de 4,50; ya que no varía tanto respecto

a los valores aproximados que reportan los fabricantes para los fertilizantes, los cuales oscilan entre

3,0 y 5,0.

La conductividad, como se explicó en el capítulo anterior, es una medición indirecta de la

concentración de metales disueltos en los fertilizantes, que para el rango de concentración de

trabajo presenta un comportamiento lineal. De esta manera, para una dilución al 10 %v/v como la

utilizada en el laboratorio, la concentración inicial sin diluir sería 10 veces mayor que la

concentración obtenida. Así la conductividad en fertilizantes sin diluir sería,

Conductividad inicial sin diluir=20,21 mS cm⁄ ×10=202,1 mS cm⁄

La DQO por su lado, tal como se indicó con anterioridad, indica la cantidad de oxígeno equivalente

a materia orgánica, biodegradable y no biodegradable, oxidables por dicromato de potasio. Además,

también se había mencionado que no todos los compuestos inorgánicos aportan a la DQO, ya que

solo algunos son oxidados por el dicromato.

Se revisó la composición de los fertilizantes a tratar y se comparó con la lista de cationes que

aportan a la DQO presentada por Patnaik (1997), para determinar el aporte de sales inorgánicas

88

oxidables por dicromato a la DQO. De los metales que componen los fertilizantes, solo el mangeneso

aporta, ya que el hierro y el cobre presentes se hallan en su forma de oxidación superior.

Se calcula entonces la cantidad de oxígeno requerida para oxidar el manganeso presente y

observar así el aporte de este al valor de DQO. La ecuación 6.2.1 muestra la reacción de oxidación

para el Mn2+.

Mn2++ O2 → MnO2 (6.2.1)

Como cada mezcla posee 250 mL de dos marcas distintas, para un total de 500 mL, se calcula con

esto la masa de manganeso presente en dicho volumen para cada marca de fertilizante, partiendo

de la concentración inicial indicada por el fabricante tal como se muestra en el Cuadro 6.2.2.

Cuadro 6.2.2. Masa de manganeso presente en 250 mL de cada marca de fertilizante.

Presencia de manganeso Fertiplan NPK Foliveex Multiminerales Agroplex Multi

Concentración nominal 326 ppm 0,50 %p/v 0,40 %p/v

Masa (g) 0,0815 1,25 1,00

Teniendo las masas de manganeso presente, se procede entonces a obtener los moles de este en

las mezclas, las cuales constan de un volumen de 500 mL. El Cuadro 6.2.3 muestra los resultados

obtenidos.

Cuadro 6.2.3. Masa y moles de manganeso presentes en 500 mL de las mezclas utilizadas.

Presencia de manganeso Mezcla 1 (A y B) Mezcla 2 (A y C) Mezcla 3 (B y C)

Masa (g) 1,33 1,08 2,25

Moles (mol) 0,0242 0,0197 0,0410

Finalmente, haciendo uso de la relación estequiométrica observada en la ecuación 6.2.1, se

calculan los moles de oxígeno requeridos para oxidar el manganeso en las mezclas. Luego con la

masa molar del oxígeno, se obtiene la masa de este utilizada en la oxidación, la cual se convierte a

miligramos y se divide entre 0,50 L (correspondiente al volumen de mezcla) para obtener así el

aporte correspondiente a la DQO por parte del manganeso. El Cuadro 6.2.4 resume estos resultados.

89

Cuadro 6.2.4. Moles y masa de oxígeno requerido para la oxidación del manganeso presente en las

mezclas utilizadas, así como su aporte a la DQO.

Oxígeno requerido Mezcla 1 (A y B) Mezcla 2 (A y C) Mezcla 3 (B y C)

Moles (mol) 0,0242 0,0197 0,0410

Masa (g) 0,776 0,630 1,31

Aporte a la DQO (mg/L) 1551,1 1259,8 2621,0

Si se compara el aporte que da el manganeso a la DQO con los valores observados para cada

mezcla en el Cuadro 6.2.1, se aprecia que este es mínimo, dando un porcentaje respecto a la DQO

total de 1,34 % para la mezcla 1; 1,04 % para la mezcla 2 y 2,57 % para la mezcla 3.

Esto muestra que la mayor parte de la DQO observada corresponde a materia orgánica remanente

tras el tratamiento. Además, indica que cualquier remoción de DQO que se de en esta etapa del

proceso se debe, principalmente, al efecto de la hidrólisis de compuestos orgánicos presentes en

los fertilizantes; más que a la remoción de metales, pues estos casi no aportan a la DQO como se

aprecia de los resultados obtenidos.

Considerando que el propósito principal de la primera etapa de tratamiento es la remoción de

metales, y que estos casi no aportan a la DQO, se toma el valor promedio mostrado en el cuadro

6.2.1 como el valor de DQO para los cálculos de dimensionamiento.

En cuanto a los lodos, una parte de estos es producto de los metales precipitados durante la

reacción, mientras que otra corresponde al carbonato de calcio agregado como coagulante, el cual

al ser poco soluble se sedimenta, representando una parte importante de los mismos. Debido a esto,

el volumen de los lodos a utilizar para el dimensionamiento es el mismo volumen promedio indicado

en el Cuadro 6.2.1, ya que se atribuye la mayor parte del volumen de los mismos al carbonato

presente, donde la cantidad adicionada en cada prueba no varía.

90

6.2.1. TANQUE DE RECIBO (T-101)

El tanque debe tener un volumen operativo de 0,3 m3 según se definió en el capítulo 2; sin

embargo, cabe mencionar que este no es necesariamente el volumen de trabajo, pues el mismo

depende de muchos factores como la cantidad de fertilizantes vencidos disponibles entre un lote y

otro, así como la disposición de las empresas para tratar o no sus residuos en esta planta, de manera

que no hay un patrón que permita definir un volumen de trabajo constante. Es recomendable

considerar un factor de seguridad a la hora de dimensionar el volumen del tanque por lo que se

utiliza un factor de 1,3 que corresponde a un 30 % del volumen adicional, de esta manera, el

volumen del tanque sería.

VT-101 = 0,3 m3 × 1,3 = 0,39 m3 ≈ 0,4 m3

Para este volumen, si se fija la altura en 1 m se tiene que la ecuación de volumen para un cilindro

es

VT-101 = π

4D2H (6.2.1.1)

Donde despejando para el diámetro del tanque se obtiene que

D =√VT-101×4

πH

(6.2.1.2)

Sustituyendo los valores correspondientes en la ecuación 6.2.1.2,

D =√(0,4 m3)×4

π(1 m)= 0,72m

6.2.2. BOMBA DE ELEVACIÓN (B-101)

Para la bomba se necesita saber la potencia requerida para llevar la mezcla de fertilizantes desde

el tanque hasta el reactor de hidrolización. Para ello se utilizará el procedimiento descrito por

Porras (2015). Debido a que la mayor parte de la mezcla es agua, se tomará que sus propiedades

son similares a la misma. De esta manera se cuenta con los siguientes datos.

91

- Caudal (Q) = 12,00 m3 /h = 0,003 m3 /s (para un volumen de 0,3 m3 se tardaría

aproximadamente dos minutos en llenar el reactor)

- Diámetro de la tubería (D) = 2in = 0,05248 m

- Presión atmosférica = 101,325 kPa

- Densidad de la mezcla (ρlíquido) = 997 kg/m3 (Lide, 2004)

- Longitud del tubo de descarga (L)= 3,60 m (la altura del tubo de descarga es de 2,1m por lo

que se añade 1,5 m adicional de tubería entre las conexiones con la bomba y el reactor)

- Altura inicial (Z1) = 0 m (nivel de referencia)

- Altura de descarga (Z2) = 2,1 m

- Rugosidad (ε) = 4,60×10-5 m (tomado de tablas de Chacón (2012) para acero estirado

soldado comercial)

- Viscosidad de la mezcla (μlíquido) = 8,91×10-4 kg/(m s) (Chacón, 2012)

- Peso específico (γ) = ρlíquido× g = 997 kg/m3 × 9.81 m/s2 = 9780,57 N/m3

- Eficiencia de la bomba (η) = 50 %

Nos interesa ahora calcular el coeficiente de fricción que para números de Reynolds menores a

2000 está dada por la ecuación 6.2.2.1

f =

[

1

-2 log {((ε D⁄ )30,7

)+(2,51

Re √fa

)}]

2

(6.2.2.1)

Donde fa está dado por la ecuación 6.2.2.2

fa = 0,0055{1+ [20 000(ε D⁄ )+10×106

Re]

13⁄

}

(6.2.2.2)

Se observa de las dos ecuaciones anteriores que se requiere por ende el cálculo de la rugosidad

relativa y del número de Reynolds. La ecuación 6.2.2.3 nos muestra el cálculo para la rugosidad

relativa

Rugosidad relativa = ε D⁄ (6.2.2.3)

Sustituyendo los valores correspondientes se obtiene

92

Rugosidad relativa =4,60×10-5 m

0,05248 m= 0,0008765

Luego la ecuación 6.2.2.4 nos muestra el cálculo para el número de Reynolds

Re = Dvρ μ⁄ (6.2.2.4)

El número de Reynolds requiere del cálculo de la velocidad que está dado por la ecuación 6.2.2.5

v = Q A⁄ (6.2.2.5)

Que a su vez requiere calcular el área de sección transversal de la tubería, de esta manera la

fórmula del área está dada por la ecuación 6.2.2.6

A =π

4D2 (6.2.2.6)

Sustituyendo con el diámetro de la tubería

A =π

4(0,05248 m)2= 0,00216 m2

Y luego sustituyendo el área y el caudal en la ecuación 6.2.2.5 se obtiene que la velocidad es

v =0,003 m3 s⁄

0,00216 m2= 1,54 m/s

Habiendo calculado la velocidad, se puede calcular el número de Reynolds sustituyendo los

valores correspondientes

Re =(0,05248 m)(1,54 m/s)(997 kg m3⁄ )

0,000891 kg m s⁄= 90 492,48

Y finalmente sustituyendo el número de Reynolds y la rugosidad relativa en las ecuaciones 6.2.2.1

y 6.2.2.2 se puede obtener el coeficiente de fricción

fa = 0,0055{1+ [20 000(0,0008765)+10×106

90 492,48]

13⁄

} = 0,03322

f = [1

-2 log {((0,0008765)

30,7 ) + (2,51

90 492,48 √0,03322)}]

2

= 0,01784

93

Ahora se procede a calcular las pérdidas por fricción en accesorios y tuberías. Para ello el Cuadro

6.2.2.1 nos resume los accesorios, longitudes equivalentes y pérdidas por fricción para cada uno.

Cuadro 6.2.2.1. Pérdidas por fricción de accesorios en la bomba de elevación.

Tipo de

accesorio

Le/D f Le/D Entrada Descarga

Entrada 0,5 1

Salida 1 1

Codo 90° 30 0,5353 2

Válvula de

compuerta

8 0,1428 1 1

∑ nf Le/D 0,6428 2,2134

∑ f Le/D 2,8562

Nota: Los valores de Le/D se toman de McCabe (2007) y el valor de f Le/D se obtiene multiplicando

Le/D por f calculado anteriormente.

Habiendo obtenido las pérdidas para cada accesorio, se procede ahora a calcular las pérdidas por

accesorios combinados la cual está dada por la ecuación 6.2.2.7

ha = (∑ f Le/D )(v2)

2 g

(6.2.2.7)

Sustituyendo los valores correspondientes se obtiene que

ha = (2,8562)(1,54 m/s)2

2(9,81 m s2⁄ )= 0,346 m

Luego se calcula la pérdida por fricción en la tubería la cual está dada por la ecuación 6.2.2.8

hp = (fL D⁄ )(v2)

2 g

(6.2.2.8)

Sustituyendo en la ecuación anterior se obtiene que las pérdidas por fricción en la tubería

corresponde a

94

hp = ((0,01784)(3,6 m)

0,05248 m ) (1,54 m/s)2

2(9,81 m s2⁄ ) = 0,148 m

Finalmente la pérdida de energía total por unidad de peso está dada por la ecuación 6.2.2.9

hL = ha + hp (6.2.2.9)

Sustituyendo se obtiene

hL = 0,346 m + 0,148 m = 0,494 m

Ahora si se realiza el balance de energía para la bomba se tiene que

P1 γ⁄ + Z1 + v12 2g⁄ + hT - hL = P2 γ⁄ + Z2 + v2

2 2g⁄ (6.2.2.10)

Sin embargo, para este caso P1 = P2 = Patm y v1 = v2, de esta manera los términos P1 γ⁄ y P2 γ⁄ se

cancelan, y de igual manera ocurre con los términos v12 2g⁄ y v2

2 2g⁄ . Así la ecuación 6.2.2.10 se

reduce a la siguiente expresión despejada para hT que es la cabeza total

hT = Z2 - Z1 + hL (6.2.2.11)

Sustituyendo los valores en la ecuación 6.2.2.11 se obtiene que la cabeza total es

hT = 2,1 m - 0 m + 0,494 m = 2,59 m

Por último se tiene que la potencia de la bomba está dada por la ecuación 6.2.2.12

Potencia de la bomba = hTγQ

η

(6.2.2.12)

Sustituyendo los valores en 6.2.2.12 se obtiene que la potencia de la bomba para una eficiencia

del 50 % es

Potencia de la bomba = (2,59 m)(9780,57 N/m3)(0,003 m3/s)

0,5 = 169,13 (N m) s⁄ = 0,227 HP ≈ 0,25HP

Entonces se observa que la potencia mínima requerida de la bomba para trasegar la mezcla de

fertilizantes del tanque al reactor es de 0,25 HP.

95

6.2.3. REACTOR DE HIDROLIZACIÓN (R-101)

En el caso del reactor, se opta por un reactor secuencial que permita llevar a cabo de manera

simultánea la reacción y la sedimentación, ahorrando así espacio y tiempo. El reactor consta de dos

secciones, una superior de forma cilíndrica y una inferior de forma cónica que facilita la evacuación

de los lodos.

En la etapa experimental se utilizó 400 g de carbonato de calcio y 4,0 g de hidróxido de sodio para

llevar a cabo la reacción. El hidróxido de sodio se disuelve completamente, aumentando el pH al

nivel deseado de 12,0; mientras que el carbonato de calcio actúa como coagulante favoreciendo la

sedimentación. Este último no es muy soluble en agua y se deposita con los metales precipitados

como parte de los lodos.

Las cantidades indicadas anteriormente son utilizadas para un volumen de jarra de 500 mL

(0,0005 m3), de manera que para un volumen de 0,3 m3 tendríamos que para el carbonato de calcio

0,0005 m3 → 400 g CaCO3

0,3 m3 → X g CaCO3

De manera que la masa requerida de carbonato de calcio sería

X =(0,3 m3)(400 g CaCO3)

0,0005 m3 = 240 000 g CaCO3 = 240 kg CaCO3

Y para el hidróxido de sodio se tiene que

0,0005 m3 → 4,0 g NaOH

0,3 m3 → X g NaOH

De manera que la masa requerida de hidróxido de sodio sería

X =(0,3 m3)(4,0 g NaOH)

0,0005 m3 = 2 400 g NaOH = 2,4 kg NaOH

Luego de acuerdo al promedio del volumen de lodos generados, se tiene que para un volumen de

tratamiento de 0,3 m3

96

0,0005 m3 → 4,24×10-4 m3 lodo

0,3 m3 → X m3 lodo

De manera que el volumen de lodos sería

X =(0,3 m3)(4,24×10-4m3 lodo)

0,0005 m3 = 0,254 m3 lodo

Ahora al igual que el tanque, el reactor debe tener un volumen operativo de al menos 0,3 m3; sin

embargo, se debe considerar el efecto de la agitación, por lo que se amplía dicho volumen con un

factor de seguridad de 1,5 de manera que el volumen resultante es de 0,45 m3. Adicionalmente,

debe considerarse el volumen de los lodos a ser almacenados. De esta manera si el reactor consta

de una sección superior cilíndrica y una sección inferior cónica se definen las siguientes dimensiones.

- Diámetro del reactor (D) = 1,2 m

- Altura del cono (h) = 0,675 m

La ecuación 6.2.3.1 muestra la fórmula para el cálculo del volumen de un cono

Vcono =πhR2

3

(6.2.3.1)

Sustituyendo los valores correspondientes se obtiene

Vcono =π(0,675 m)(0,60 m)2

3= 0,254 m3

Luego para la sección cilíndrica, la ecuación 6.2.3.2 nos da la fórmula para el cálculo del volumen

de un cilindro

Vcilindro =π

4D2H (6.2.3.2)

Si despejamos la ecuación anterior para la altura del cilindro (H) se obtiene la siguiente ecuación

H =Vcilindro × 4

πD2 (6.2.3.3)

Sustituyendo los valores correspondientes en la ecuación anterior se obtiene que la altura de la

sección cilíndrica del tanque sería

97

H =(0,45 m3) × 4

π(1,2 m)2= 0,40 m

Y la altura total del reactor sería la suma de la altura del cono más la altura de la sección cilíndrica

que corresponde a

Hreactor = 0,675 m + 0,40 m = 1,075 m

Otro aspecto importante a considerar es que, al agregar el hidróxido de sodio en la mezcla de

fertilizantes, este libera calor debido al proceso de disolución del mismo que es exotérmico. El calor

de disolución del hidróxido de sodio es de -44,51 kJ/mol (Lide, 2004). Con este dato y la masa de

hidróxido de sodio agregado de 2,4 kg se pueden obtener los moles de hidróxido a utilizar y obtener

así el calor liberado debido a la disolución del mismo.

mol NaOH = 2 400 g NaOH ×1 mol NaOH

40,0 g NaOH= 60 mol NaOH

Luego

Qdisoln.= 60 mol NaOH × (-44,51 kJ mol⁄ ) = -2 670,6 kJ

Ahora, se obtiene de Van Wylen (2008) que el Cp del agua a 25 °C es 4,184 kJ/(kg K); y la densidad

de la misma a igual temperatura según Lide (2004) es 0,997 g/cm3. De esta manera, con el calor

liberado y el Cp del agua partiendo de agua a temperatura ambiente (25 °C), se puede calcular el

cambio en la temperatura de la mezcla según la ecuación 6.2.3.4. Se aclara que como la mayor parte

de los fertilizantes es agua, se toma el valor de Cp y de la densidad como la misma para las mezclas.

Q = -m × Cp × (Th - Tc) (6.2.3.4)

Reacomodando la ecuación anterior se obtiene

Th =-Q

mCp + Tc

(6.2.3.5)

Es necesario calcular la masa de líquido utilizada para sustituir en la ecuación anterior.

m = 0,3 m3(997 kg m3⁄ ) = 299,1 kg

De manera que partiendo de una mezcla líquida a 25 °C, sustituyendo en la ecuación 6.2.3.5 se

obtiene que la temperatura final es

98

Th =-(-2 670,6 kJ)

(299,1 kg)(4,184 kJ (kg K)⁄ ) + (25 °C+273,15) K = 300,3 K = 27,1 °C

Se observa que el aumento en la temperatura es mínimo debido al calor desprendido por la

disolución del hidróxido de sodio, pasando de 25 °C a 27,1 °C; por lo que no se considera necesario

implementar un sistema de enfriamiento, el cual elevaría los costos operativos por un incremento

de temperatura pequeño.

6.2.4. SEPARADOR DE LODOS (S-101)

Para el separador de lodos se define como medio filtrante arena fina de velocidad intermedia, la

cual tiene las siguientes características (Mora, 2015),

- Factor de forma de la arena (φ): 0.82

- Porosidad (α): 0.4

- Diámetro de grano (d): 5×10-4 m

- Espesor de relleno: 0,2 m

Dadas las características de la arena y sabiendo que el volumen de lodos corresponde a 0,254 m3

se desea que el tiempo de descarga de lodos sea de veinte minutos por lo cual el flujo o caudal de

diseño sería

Q =0,245 m3

20 min(

100 cm

1 m)

3

(1 mL

1 cm3) (

1 L

1000 mL)= 12,73 L min⁄

Una vez definido el caudal de diseño, tomando un filtro circular, se define el diámetro del mismo

como 1,2 m, de manera que el área de sección transversal del separador es

A =π

4(1,2 m)2= 1,13 m2

Y la velocidad de filtración estaría dada por la ecuación 6.2.4.1

v =Q

A

(6.4.2.1)

De manera que sustituyendo se obtiene que la velocidad de filtración es

99

v =12,73 L min⁄

1,13 m2 = 11,25 L (m2 min)⁄

Ahora, para calcular el espesor requerido por los lodos se tiene de la ecuación 6.4.2.2 que el

volumen del separador cilíndrico está dado por

V = A × h (6.4.2.2)

Si se despeja dicha ecuación para la altura se obtiene que la misma está dada por la ecuación 6.4.2.3

h =V

A

(6.4.2.3)

Si sustituimos el volumen de los lodos y el área de sección transversal del separador se obtiene que

el espesor para los lodos es de

h =0,254 m3

1,13 m2= 0,23 m

Tomando un factor de seguridad para este espesor del 30 % se tiene que el espesor final para los

lodos sería de

h = 0,23 m (1,3) = 0,29 m

Sumando los espesores de lodos y de arena se tiene que la altura del separador es de

hT = 0,2 m + 0,29 m = 0,49 m ≈ 0,50 m

6.2.5. BOMBA DE TRASIEGO (B-102)

Para esta bomba de trasiego el procedimiento de dimensionamiento es el mismo que el descrito

para la bomba de elevación. Las condiciones son similares con excepción de los siguientes datos:

- Caudal (Q) = 9,00 m3 /h = 0,0025 m3 /s (para un volumen de 0,3 m3 se tardaría

aproximadamente dos minutos en llenar el reactor)

- Longitud del tubo de descarga (L) = 6,15 m (dicha longitud se estima considerando la posible

distancia que puede haber entre equipo más las diferencias de alturas para descargar el

líquido)

- Altura de descarga (Z2) = 3,0 m

100

De manera que el primer valor que varía es la velocidad, la cual está dada por la ecuación 6.2.2.5

y que corresponde a,

v =0,0025 m3 s⁄

0,00216 m2= 1,16 m/s

Habiendo calculado la velocidad, se puede calcular el número de Reynolds sustituyendo los

valores correspondientes en la ecuación 6.2.2.4

Re =(0,05248 m)(1,16 m/s)(997 kg m3⁄ )

0,000891 kg m s⁄= 67 869,36

Y sustituyendo el número de Reynolds y la rugosidad relativa en las ecuaciones 6.2.2.1 y 6.2.2.2

se puede obtener el coeficiente de fricción

fa = 0,0055{1+ [20 000(0,0008765)+10×106

67 869,36]

13⁄

} = 0,03566

f = [1

-2 log {((0,0008765)

30,7) + (

2,51

67 869,36 √0,03566)}]

2

= 0,01878

Ahora se procede a calcular las pérdidas por fricción en accesorios y tuberías. Para ello el Cuadro

6.2.5.1 nos resume los accesorios, longitudes equivalentes y pérdidas por fricción para cada uno.

Habiendo obtenido las pérdidas para cada accesorio, se procede ahora a calcular las pérdidas por

accesorios combinados de acuerdo a la ecuación 6.2.2.7

ha=(4,0535)(1,16 m/s)2

2(9,81 m s2⁄ )= 0,276 m

Luego se calcula la pérdida por fricción en la tubería según la ecuación 6.2.2.8

hp=((0,01878)(6,15 m)

0,05248 m ) (1,16 m/s)2

2(9,81 m s2⁄ )= 0,150 m

101

Cuadro 6.2.5.1. Pérdidas por fricción de accesorios en la bomba de trasiego.

Tipo de

accesorio

Le/D f Le/D Entrada Descarga

Entrada 0,5 1

Salida 1 1

Codo 90° 30 0,5633 2 2

Válvula de

compuerta

8 0,1502 1 1

∑ nf Le/D 1,7768 2,2768

∑ f Le/D 4,0535

Nota: Los valores de Le/D se toman de McCabe (2007) y el valor de f Le/D se obtiene multiplicando

Le/D por f calculado anteriormente.

Finalmente la pérdida de energía total por unidad de peso está dada por la ecuación 6.2.2.9

hL= 0,276 m + 0,150 m = 0,426 m

Luego la cabeza total está dada por la ecuación 6.2.2.11 y corresponde a

hT = 3,00 m - 0 m + 0,426 m = 3,43 m

Finalmente, la potencia de la bomba está dada por la ecuación 6.2.2.12

Potencia de la bomba = (3,43 m)(9780,57 N/m3)(0,0025 m3/s)

0,5 = 167,53 (N m) s⁄ = 0,225 HP ≈ 0,25HP

Entonces se observa que la potencia mínima requerida de la bomba para trasegar la mezcla de

fertilizantes del tanque al reactor es de 0,25 HP.

6.2.6. REACTOR DE OXIDACIÓN Y REFINAMIENTO (R-102)

En este reactor se lleva a cabo una reacción de oxidación de las especies orgánicas y metálicas

remanentes en la mezcla, mediante la adición de peróxido de hidrógeno. De acuerdo con Carriazo,

Bossa-Benavides & Castillo (2012), la oxidación con peróxido de hidrógeno puede ocurrir por dos

102

vías, una es mediante la disociación del peróxido de hidrógeno en la especies iónicas H+ y HO2-, y la

otra es mediante la formación de radicales libres hidroxilo y perhidroxilo.

La oxidación mediante formación de radicales se ve favorecida mediante el uso de catalizadores,

homogéneos u heterogéneos, de sales de metales de transición; donde el hierro es una de las más

efectivas (Carriazo, Bozza-Benavides & Castillo, 2012). De esta manera podría inferirse que, dado

que los fertilizantes poseen sales de hierro, estas pueden fungir como catalizador para la reacción.

Sin embargo, de acuerdo con Jones (1999) la eficacia de estos depende fuertemente del pH y de si

la catálisis es homogénea u heterogénea. Además también está el factor de la competencia entre la

reacción de oxidación del mismo hierro para formar su correspondiente hidróxido, en

contraposición con su acción catalítica.

De esta manera, se puede indicar que la reacción que se lleva a cabo en este caso se debe,

principalmente, a la disociación del peróxido en sus especies iónicas; aunque no se descarta que en

menor medida pueda ocurrir de manera simultánea formación de radicales libres.

Para el reactor de oxidación y refinamiento, primero se va a calcular la cantidad de reactivos que

se requiere agregar para llevar a cabo la oxidación y remoción de contaminantes. Para ello primero

se requiere calcular la cantidad de ácido nítrico necesario para neutralizar la mezcla. Se necesita

obtener la cantidad de hidróxido de sodio remanente en la mezcla sin reaccionar, para poder

obtener la cantidad de ácido que debe adicionarse. El Cuadro 6.2.6.1 muestra la composición de los

metales y elementos de interés para cada uno de los fertilizantes utilizados según los fabricantes.

Cuadro 6.2.6.1. Composición de los fertilizantes utilizados para los elementos y metales de interés

según los fabricantes.

Elementos Fertiplan NPK Foliveex Multiminerales Agroplex Multi

Nitrógeno 9,00 %p/V 4,00 %p/V

Fósforo 6,60 %p/V 2,00 %p/V

Zinc 710 ppm 2,00 %p/V 0,10 %p/V

Hierro 420 ppm 0,25 %p/V 0,60 %p/V

Manganeso 326 ppm 0,50 %p/V 0,40 %p/V

103

Luego, como cada mezcla posee 250 mL de dos marcas distintas de fertilizantes, se calcula la masa

de elementos y metales de interés presentes en este volumen para cada marca, de manera que

posteriormente se puedan calcular las concentraciones en las mezclas. El Cuadro 6.2.6.2 muestra

las masas correspondientes.

Cuadro 6.2.6.2. Masa de elementos y metales de interés en un volumen de 250 mL de cada marca

de fertilizante

Elementos Fertiplan NPK (A) Foliveex Multiminerales (B) Agroplex Multi (C)

Nitrógeno 22,5 g 10,0 g

Fósforo 16,5 g 5,00 g

Zinc 0,178 g 5,00 g 0,25 g

Hierro 0,105 g 0,625 g 1,50 g

Manganeso 0,0815 g 1,25 g 1,00 g

Habiendo calculado las masas correspondientes, se procede entonces a calcular las

concentraciones de los elementos y metales en cada una de las mezclas. Partiendo del hecho de

que cada mezcla tiene un volumen de 500 mL., el Cuadro 6.2.6.3 muestra las concentraciones

iniciales correspondientes.

Cuadro 6.2.6.3. Concentración inicial de elementos y metales de interés en las mezclas utilizadas

Elementos Mezcla 1 (A y B) Mezcla 2 (A y C) Mezcla 3 (B y C)

Nitrógeno 4,50 %p/V 6,50 %p/V 2,00 %p/V

Fósforo 3,30 %p/V 4,30 %p/V 1,00 %p/V

Zinc 1,04 %p/V 0,09 %p/V 1,05 %p/V

Hierro 0,15 %p/V 0,32 %p/V 0,43 %p/V

Manganeso 0,27 %p/V 0,22 %p/V 0,45 %p/V

Para efectos del cálculo de reactivos requeridos y dimensionamiento, se utilizan los valores de

concentración inicial más altos de entre las tres mezclas, para asegurar que el tratamiento cubra las

concentraciones más elevadas. El Cuadro 6.2.6.4 resume dichas concentraciones.

104

Cuadro 6.2.6.4. Concentraciones iniciales más elevadas para cada elemento o metal de interés entre

las tres mezclas

Elemento Concentración (%p/V)

Nitrógeno 6,50

Fósforo 4,30

Zinc 1,05

Hierro 0,43

Manganeso 0,45

En el capítulo 5 se menciona que la conductividad promedio final para la mezcla 1 es de

8,81 mS/cm; para la mezcla 2 es de 14,04 mS/cm y para la mezcla 3 es de 12,17 mS/cm. Con estos

tres datos se obtiene que el promedio de la conductividad final de las tres mezclas.

Conductividad final promedio = 8,81 mS cm⁄ +14,04 mS cm⁄ +12,17 mS cm⁄

3

Conductividad final promedio = 11,67 mS cm⁄

Luego, recordando que la conductividad presenta un comportamiento lineal, y que el valor

obtenido anteriormente corresponde al de mezclas diluidas al 10 %v/v, la conductividad final

promedio sin diluir corresponde a 116,7 mS/cm. Valiéndose del comportamiento lineal observado

para la conductividad, se procede a calcular las concentraciones finales de metales tras la reacción,

así por ejemplo para el zinc

202,1 mS cm⁄ →1,05 % p V⁄

116,7 mS cm⁄ →X % p V⁄

De esta manera se obtiene que para el zinc la concentración tras la reacción es

X= (116,7 mS cm⁄ )(1,05 % p V⁄ )

202,1 mS cm⁄=0,61 % p V⁄

Además con las concentraciones promedio iniciales y finales para cada metal podemos obtener

el porcentaje de remoción según se muestra a continuación para el zinc.

105

% remoción = 100 %-0,61 % p v⁄ (100 %)

1,05 % p v⁄=41,9 %

El mismo procedimiento se sigue para los demás metales y los resultados obtenidos se muestran

en el Cuadro 6.2.6.5.

Cuadro 6.2.6.5. Concentraciones finales y porcentaje de remoción tras la reacción de precipitación

alcalina de los metales de interés.

Elemento Concentración (%p/V) Porcentaje de remoción (%)

Zinc 0,61 41,90

Hierro 0,25 41,86

Manganeso 0,26 42,22

Nota: solo se muestran los metales ya que estos son los que intervienen en la reacción de

precipitación alcalina.

Ahora se tiene que las reacciones de interés están dadas por las ecuaciones 6.2.6.1, 6.2.6.2 y

6.2.6.3

Zn2++2NaOH → Zn(OH)2+2Na+ (6.2.6.1)

Fe3++3NaOH → Fe(OH)3+3Na+ (6.2.6.2)

Mn2++2NaOH → Mn(OH)2+2Na+ (6.2.6.3)

Teniendo las relaciones estequiométricas, es posible calcular la cantidad de moles de NaOH

requeridos para reaccionar con los metales al inicio y final de la reacción. De esta manera, la

diferencia en los moles de NaOH al inicio y al final corresponde a los moles consumidos, y si se

sustraen del total adicionado, se puede obtener los moles de NaOH que deben ser neutralizados.

Así recordando que se utiliza un volumen de 500 mL de mezcla, se tiene por ejemplo que para el

zinc,

Moles de Zn inicial = 500 mL (1,05 g Zn

100 mL disoln) (

1 mol Zn

65,38 g Zn) = 0,0803 mol Zn

Luego con la estequiometría de la reacción mostrada en la ecuación 6.2.6.1 se obtiene que

1 mol Zn →2 mol NaOH

0,0803 mol Zn →X mol NaOH

106

De manera que

X = (0,0803 mol Zn)(2 mol NaOH)

1 mol Zn= 0,161 mol NaOH

Si se sigue el mismo procedimiento para los demás metales, se obtienen los resultados mostrados

en el Cuadro 6.2.6.6.

Cuadro 6.2.6.6. Moles de metales y NaOH requeridos al inicio y final de la reacción de precipitación

alcalina.

Metales Masa molar

(g/mol)

Inicio Final

Moles de

metal (mol)

Moles de

NaOH (mol)

Moles de

metal (mol)

Moles de

NaOH (mol)

Zinc 65,38 0,0803 0,161 0,0464 0,0927

Hierro 55,84 0,0381 0,1142 0,0220 0,0659

Manganeso 54,94 0,0410 0,0819 0,0236 0,0473

Moles de NaOH requeridos

(mol)

0,357 0,206

Moles de NaOH consumidos 0,357 mol-0,206 mol = 0,151 mol

Recordando del dimensionamiento del reactor de hidrolización, la masa de NaOH que se agrega

es de 2,4 kg para llegar al pH deseado, esto equivale a 60 mol de NaOH, de manera que si a esta

cantidad se le remueven los moles consumidos durante la reacción, se obtiene que los moles de

NaOH que deben ser neutralizados corresponde a 59,85 mol de NaOH.

Una vez sabiendo los moles de NaOH que deben ser neutralizados, la ecuación 6.2.6.4 muestra la

reacción de neutralización que se lleva a cabo en el reactor de oxidación y refinamiento.

HNO3+NaOH → NaNO3+ H2O (6.2.6.4)

Las relaciones estequiométricas en esta reacción son 1:1, de manera que la cantidad de moles de

ácido nítrico que se requieren para neutralizar los moles remanentes de hidróxido de sodio

corresponden al mismo valor de 59,85 mol HNO3. La masa molar del ácido nítrico corresponde a

107

63,01 g/mol y su densidad es de 1,51 g/mL; de manera que el volumen de ácido nítrico que debe

agregarse al reactor para neutralizar el NaOH remanente es el siguiente.

VHNO3 = 59,85 mol HNO3 (

63,01 g HNO3

1 mol HNO3)(

1 mL HNO3

1,51 g HNO3) (

1 L HNO3

1 000 mL HNO3)

VHNO3 = 2,50 L HNO3

Sin embargo, este es el volumen de ácido nítrico puro que se requiere para neutralizar el hidróxido

de sodio remanente. Comercialmente se pueden obtener disoluciones del ácido con diferentes

concentraciones. Utilizando ácido nítrico al 70 % se tiene que el volumen requerido es

VHNO3 = 2 500 mL HNO3 (

100 mL disoln

70 mL HNO3) (

1 L disoln

1 000 mL disoln)

VHNO3 = 3,57 L HNO3 al 70 %

Ahora interesa calcular el volumen de peróxido de hidrógeno que debe añadirse para remover la

carga de DQO a niveles aceptables. Para ello se recuerda del inicio del capítulo que la DQO promedio

para el dimensionamiento corresponde a 112 870 mg/L.

Según FMC Foret (2015), para la oxidación con peróxido de hidrógeno como forma de remoción

de DQO puede utilizarse la siguiente relación teórica: se requiere cerca de 2,1 kg de peróxido de

hidrógeno por cada kilogramo de DQO.

De esta manera para el volumen de mezcla de 0,3 m3 (300 L) que se trata en este reactor, se tiene

que los kilogramos de DQO presentes corresponden a

kg DQO = 300 L (112 870 mg L⁄ ) (1 g

1000 mg) (

1 kg

1000 g)

kg DQO = 33,86 kg

Con este resultado y la relación teórica mencionada anteriormente, se tiene que la masa de

peróxido de hidrógeno que debe de agregarse corresponde a

mH2O2 = (2.1 kg H2O2 kg DQO⁄ ) (33,86 kg DQO)

mH2O2 = 71,11 kg

108

Sabiendo que la densidad del peróxido de hidrógeno es de 1,45 g/cm3se tiene que el volumen

que debe agregarse corresponde a

VH2O2 = 71,11 kg H2O2 (

1000 g H2O2

1 kg H2O2)(

1 cm3 H2O2

1,45 g H2O2)(

1 m H2O2

100 cm H2O2)

3

VH2O2 = 0,049 m3

Finalmente el carbón activado que se adiciona en este reactor funge como agente adsorbente

para eliminar impurezas. Según datos obtenidos de Mora (2015), para un volumen similar al

utilizado se pueden agregar 400g de carbón activado.

De acuerdo con Mora (2015), para un proceso de reacción similar al utilizado en este reactor, se

obtienen porcentajes de remoción de DQO del 80%.

En lo que respecta al dimensionamiento de la unidad, las características operativas del reactor de

oxidación y refinamiento son similares a las del reactor de hidrolización, por lo que se asumen un

dimensionamiento similar, con la salvedad de que la parte cilíndrica del reactor debe tener un

volumen mayor que permita contener no solo el volumen de mezcla, sino también el volumen de

los reactivos adicionados. Así para este reactor se tienen las siguientes características,

- Altura del cono (h): 0,5 m

- Diámetro del reactor (D): 0,7 m

- Volumen del cono: 0,0641 m3

- Volumen de HNO3: 3,57 L = 0,00357 m3

- Volumen de H2O2: 0.049 m3

- Volumen de mezcla (con factor de seguridad del 30 % por agitación): 0,4 m3

Con la información anterior se tiene que el volumen de la sección cilíndrica debe ser de

Vcilindro = 0,00357 m3 + 0,49 m3 + 0,4 m3

Vcilindro = 0,453 m3 ≈ 0,46 m3

Y para este volumen de la sección cilíndrica se tiene que la altura del cilindro sería

H = 4(0,46 m3)

π(0,7 m)2

109

H = 1,20 m

Y la altura total del reactor es

HT = 1,20 m + 0,5 m

HT = 1,70 m

6.2.7. SEPARADOR DE CARBÓN (F-102)

Esta unidad tiene un dimensionamiento similar al del separador anterior. Consiste en un filtro con

arena como medio filtrante con las siguientes características (Mora, 2015).

- Factor de forma de la arena (φ): 0.82

- Porosidad (α): 0.4

- Diámetro de grano (d): 5×10-4 m

- Espesor de relleno: 0,3 m

Dadas las características de la arena y sabiendo que el volumen a descargar a través del separador

es de 0,417 m3 (correspondientes al volumen del reactor sin considerar el factor de seguridad, de

manera que solo incluya el volumen efectivo de mezcla y lodos), se desea que el tiempo de descarga

sea de 30 minutos por lo cual el flujo o caudal de diseño sería

Q =0,417 m3

30 min(

100 cm

1 m)

3

(1 mL

1 cm3) (

1 L

1000 mL)= 13,89 L min⁄

Una vez definido el caudal de diseño, tomando un filtro circular, se define el diámetro del mismo

como 1,2 m; de manera que el área de sección transversal del separador es

A =π

4(1,2 m)2 = 1,13 m2

Y la velocidad de filtración sería

v =13,89 L min⁄

1,13 m2 = 12,28 L (m2 min)⁄

Ahora para calcular el espesor requerido del separador se tiene que

110

h =0,417 m3

1,13 m2= 0,37 m

Tomando un factor de seguridad para este espesor del 30 % se tiene que el espesor sería de

h = 0,37 m (1,3) = 0,48 m

Sumando los espesores se tiene que la altura del separador es de

hT = 0,3 m + 0,48 m = 0,78 m

6.2.8. RESUMEN DEL DIMENSIONAMIENTO

Finalmente el Cuadro 6.2.8.1 resume las dimensiones de los diferentes equipos dimensionados

para el proceso, y el Cuadro 6.2.8.2 resume las características del equipo electromecánico que en

este caso corresponde a las bombas.

Cuadro 6.2.8.1. Dimensiones de las unidades del proceso.

Unidad Volumen (m3) Altura (m) Diámetro (m) Área superificial (m2)

T-101 0,40 1,00 0,72

R-101 0,70 1,075 1,20

S-101 0,57 0,50 1,20 1,13

R-102 0,52 1,70 0,70

S-102 0,88 0,78 1,20 1,13

Cuadro 6.2.8.2. Resumen de equipo electromecánico (bombas).

Unidad Potencia (HP) Caudal (L/min)

B-101 0,25 200

B-102 0,25 150

Cabe aclarar que el proceso aquí descrito funge como un pretratamiento, cuya función principal

es la remoción, tanto de metales disueltos como compuestos orgánicos presentes, mediante

111

tratamientos químicos de precipitación alcalina y oxidación con peróxido de hidrógeno. Sin embargo,

la remoción de metales en los porcentajes mencionados, así como la disminución de la DQO en un

80 % no garantiza que se reduzca la carga contaminante a los límites establecidos en el Reglamento

de Vertido y Reuso de Aguas Residuales para las diferentes variables, por lo que es necesaria una

posterior etapa de tratamiento para terminar de disminuir dicha carga a valores aceptables para su

vertido.

6.3. MANUAL OPERATIVO DE LA PLANTA

El manual operativo se presenta en el anexo 12.7 de conformidad con el formato establecido en

el reglamento 39887-S-MINAE: Reglamento de Aprobación de Sistemas de Tratamiento de Aguas

Residuales publicado en La Gaceta del 19 de setiembre del 2016.

113

7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

7.1. CONCLUSIONES

En las tres mezclas se presenta una disminución en la conductividad de 48,6 %; 42,2 % y

36,5 % respectivamente para las mezclas 1, 2 y 3.

La variación de la conductividad con la concentración de metales presenta un

comportamiento lineal para el rango de concentraciones de trabajo.

Se observa una remoción posterior a la primera etapa de tratamiento de 41,90 % para el

zinc, 41,86 % para el hierro y 42,22 % para el manganeso.

La DQO promedio para las tres mezclas es elevado en comparación con el valor límite

establecido por el Reglamento de Vertido y Reuso de Aguas residuales, lo que sugiere la

necesidad de la segunda etapa de tratamiento.

El aporte de la remoción de metales a la disminución de la DQO es limitado, ya que de estos,

solo el manganeso aporta a la DQO y lo hace de manera pequeña. Las variaciones restantes

en la DQO pueden atribuirse a la hidrólisis alcalina de la materia orgánica.

El análisis de varianza para la conductividad en las mezclas 1 y 3 señala que, no existe

suficiente evidencia estadística significativa para rechazar la hipótesis de que los efectos de

la de la velocidad de agitación, tiempo de reacción y su interacción sean iguales a cero; lo

que quiere decir que estos no alteran significativamente los valores de conductividad

obtenidos.

El análisis de varianza para la conductividad en la mezcla 2 señala que, existe suficiente

evidencia estadística significativa para rechazar la hipótesis de que el efecto de la velocidad

de agitación es igual a cero, lo que quiere decir que la misma tiene un efecto significativo

sobre la respuesta de la conductividad.

El análisis de varianza para la DQO en las tres mezclas señala que, no existe suficiente

evidencia estadística significativa para rechazar la hipótesis de que los efectos de la

velocidad de agitación, tiempo de reacción y su interacción sean iguales a cero, lo que quiere

decir que estos no alteran significativamente los valores de DQO obtenidos.

114

El efecto de la velocidad de agitación resulta ser uno de los más importantes en la mayoría

de las mezclas junto con la interacción de ambos factores.

Las menores conductividades alcanzadas tras el tratamiento y los menores niveles de DQO

se obtienen con una velocidad de agitación en nivel alto de 35 rpm.

Se concluye que el proceso estudiado no es capaz de reducir los parámetros establecidos

en el Reglamento de Vertido y Reuso de Aguas Residuales a los límites máximos permitidos,

por lo que solamente debe ser utilizado, tal como se plantea en este trabajo, como un

tratamiento primario.

115

7.2. RECOMENDACIONES

Realizar un estudio más extensivo sobre el uso y manejo de fertilizantes foliares vencidos

en el país.

Repetir el experimento utilizando un diseño estadístico factorial con punto al centro y

superficie de respuesta que permita identificar un óptimo para el tratamiento.

Valorar el uso de otros coagulantes como sulfato de aluminio o cloruro de hierro, ya que la

dosis de Carbonato de Calcio es muy alta.

Profundizar en el desarrollo y aplicación del método de la conductividad como media

indirecta de la concentración de metales, mediante la realización de pruebas

experimentales que consideren la disociación de sustancias agregadas como parte del

proceso, para poder diferenciarlas de los metales disueltos inicialmente, así como su efecto

sobre la conductividad final y la remoción obtenida.

117

8. NOMENCLATURA

Símbolo Descripción Unidades

(1) Nomenclatura de Yates

A Área m2

AW Desechos agrícolas

B Biomasa de bacterias

CM Cuadrado medio

D Diámetro m

DBO Demanda bioquímica de oxígeno mg/L

DQO Demanda química de oxígeno mg/L

F Biomasa de hongos

F Estadístico para la distribución F

GL Grados de libertad

GyA Grasas y aceites mg/L

H Altura m

H Hipótesis

IW Desechos industriales

L Longitud m

N Total de observaciones

P Presión kPa

Q Calor kJ

Q Caudal m3/s


R Radio m

R Repetición

Re Número de Reynolds

S Biomasa de algas

SAAM Sustancias activas al azul de metileno mg/L

SC Suma de cuadrados

SSed Sólidos sedimentables mL/L

118

SST Sólidos suspendidos totales mg/L

T Temperatura K

Y Observaciones de un tratamiento

V Volumen m3

Z Altura m

a Nomenclatura de Yates

ab Nomenclatura de Yates

b Nomenclatura de Yates

d Diámetro de grano m

f Coeficiente de fricción

g Gravedad m/s2

h Altura m

h Pérdidas por fricción m

k Número de niveles

m Masa g


n Número de observaciones de un

tratamiento

pH Potencial de hidrógeno

v Velocidad m/s

φ Factor de forma

α Porosidad

α Valor de significancia estadística

ε Rugosidad m

γ Peso específico N/m3

η Eficiencia

ρ Densidad Kg/m3

τ Efecto

μ Media

μ Viscosidad kg/m s

119

Subíndices

. Sumatoria

0 Nula

0 Prueba

1 Referente a la primera observación

2 Referente a la segunda observación

A Alternativa

E Error


T Tanque

T Total

TRAT Tratamiento

disoln Disolución

a Accesorios

atm Atmosférica

e Equivalente

i Referente a la i-ésima observación

j Referente a la j-ésima observación

k Referente a la k-ésima repetición

p Tubería

t Tiempo de reacción

t Total

v Velocidad de agitación

tv Interacción tiempo-velocidad

Superíndices

_ Promedio

121

9. BIBLIOGRAFÍA

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125

10. APÉNDICES

10.1. APÉNDICE A: DATOS EXPERIMENTALES

Cuadro 10.1.1. Medición de la conductividad para la primera repetición de la mezcla 1.

No. de

corrida


(mS/cm)

Conductividad tras

adición de

reactivos (mS/cm)

Conductividad durante la prueba

(mS/cm)

5 min 10 min 15 min 20 min

1 16,89 12,92 9,35 8,63 8,60

2 17,12 12,01 10,65 9,41 8,88

3 17,06 10,98 8,58 8,56 9,76 8,39

4 17,10 13,81 10,27 9,23 8,52 8,15

Cuadro 10.1.2. Medición de la conductividad para la segunda repetición de la mezcla 1.

No. de

corrida


(mS/cm)

Conductividad tras

adición de

reactivos (mS/cm)


(mS/cm)


5 17,56 12,89 10,10 9,79 8,90

6 17,25 10,77 9,38 8,45 8,53

7 17,13 13,01 10,59 9,71 8,78 9,69

8 17,16 11,67 9,86 9,04 8,92 8,25

126

Cuadro 10.1.3. Medición de la conductividad para la tercera repetición de la mezcla 1.

No. de

corrida


(mS/cm)

Conductividad tras

adición de

reactivos (mS/cm)


(mS/cm)


9 17,13 12,33 9,49 9,11 8,82

10 17,29 14,00 10,38 9,20 9,40

11 17,22 11,31 9,77 8,97 8,99 8,86

12 17,05 12,09 8,70 7,96 8,31 9,19

Cuadro 10.1.4. Medición del pH, altura de lodos y DQO para la primera repetición de la mezcla 1.

No. de

corrida

pH inicial pH tras

adición de

reactivos

Altura de los

lodos (cm)

Diámetro del

beaker (cm)

DQO (mg/L)

1 4,84 11,85 4,8 10,8 103 300

2 4,83 11,77 4,7 10,8 105 200

3 4,78 11,77 4,6 10,8 104 900

4 4,80 11,80 4,6 10,8 135 000

Cuadro 10.1.5. Medición del pH, altura de lodos y DQO para la segunda repetición de la mezcla 1.

No. de

corrida

pH inicial pH tras

adición de

reactivos

Altura de los

lodos (cm)

Diámetro del

beaker (cm)

DQO (mg/L)

5 4,79 11,80 4,7 11,1 137 400

6 4,82 11,76 4,7 11,1 101 900

7 4,90 11,82 4,4 10,8 128 600

8 4,81 11,73 4,5 11,1 127 800

127

Cuadro 10.1.6. Medición del pH, altura de lodos y DQO para la tercera repetición de la mezcla 1.

No. de

corrida

pH inicial pH tras

adición de

reactivos

Altura de los

lodos (cm)

Diámetro del

beaker (cm)

DQO (mg/L)

9 4,85 11,84 4,6 10,8 101 000

10 4,83 11,80 4,7 10,8 130 400

11 4,79 11,80 4,5 11,1 105 300

12 4,82 11,77 4,7 10,8 106 700


No. de

corrida


(mS/cm)

Conductividad tras

adición de

reactivos (mS/cm)


(mS/cm)


13 24,60 16,75 17,21 16,23 16,39

14 24,80 14,02 16,01 14,42 12,80

15 24,50 14,22 16,45 15,47 15,77 14,51

16 24,30 15,11 16,44 15,51 14,83 13,86


No. de

corrida


(mS/cm)

Conductividad tras

adición de

reactivos (mS/cm)


(mS/cm)


17 24,60 13,99 16,86 15,96 13,55

18 24,40 13,95 14,27 13,75 13,56

19 24,40 15,88 18,17 15,81 15,96 14,49

20 23,00 13,30 15,54 12,84 13,92 13,18

128


No. de

corrida


(mS/cm)

Conductividad tras

adición de

reactivos (mS/cm)


(mS/cm)


21 22,40 14,08 17,17 15,97 14,17

22 24,90 15,58 17,05 15,85 13,21

23 24,70 17,71 16,79 15,84 15,46 15,17

24 25,00 14,30 16,29 15,52 13,72 13,64


No. de

corrida

pH inicial pH tras

adición de

reactivos

Altura de los

lodos (cm)

Diámetro del

beaker (cm)

DQO (mg/L)

13 4,67 12,04 4,0 11,1 119 500

14 5,01 11,91 4,2 10,8 115 500

15 4,80 12,03 4,1 10,8 135 300

16 4,68 12,00 4,0 10,8 116 100


No. de

corrida

pH inicial pH tras

adición de

reactivos

Altura de los

lodos (cm)

Diámetro del

beaker (cm)

DQO (mg/L)

17 4,63 12,07 3,9 10,8 133 900

18 4,59 12,03 4,1 10,8 137 200

19 4,98 12,03 3,9 10,8 115 000

20 5,03 12,01 4,1 10,8 118 000

129


No. de

corrida

pH inicial pH tras

adición de

reactivos

Altura de los

lodos (cm)

Diámetro del

beaker (cm)

DQO (mg/L)

21 5,07 12,04 4,1 10,8 132 900

22 4,57 12,01 4,0 10,8 94 900

23 4,58 12,47 3,9 11,1 136 900

24 4,66 12,00 3,9 11,1 97 600


No. de

corrida


(mS/cm)

Conductividad tras

adición de

reactivos (mS/cm)


(mS/cm)


25 19,51 18,29 12,97 12,29 13,24

26 19,22 19,43 12,34 12,21 11,03

27 19,03 20,03 13,52 12,94 13,66 12,18

28 19,29 19,04 13,07 12,62 12,69 13,20


No. de

corrida


(mS/cm)

Conductividad tras

adición de

reactivos (mS/cm)


(mS/cm)


29 19,84 18,29 14,81 13,62 13,28

30 19,35 18,95 15,11 12,71 11,81

31 19,30 17,76 14,15 12,72 12,13 13,43

32 19,66 18,47 13,84 12,57 12,87 11,69

130


No. de

corrida


(mS/cm)

Conductividad tras

adición de

reactivos (mS/cm)


(mS/cm)


33 19,61 18,65 14,05 15,09 12,50

34 19,40 17,53 13,32 12,60 11,51

35 17,78 16,83 12,68 11,67 10,96 10,73

36 18,18 18,10 11,93 12,39 11,86 11,38


No. de

corrida

pH inicial pH tras

adición de

reactivos

Altura de los

lodos (cm)

Diámetro del

beaker (cm)

DQO (mg/L)

25 3,89 12,00 5,0 11,1 109 800

26 4,01 12,00 5,2 10,8 111 000

27 4,08 12,00 4,9 10,8 109 100

28 3,73 12,00 5,0 10,8 114 100


No. de

corrida

pH inicial pH tras

adición de

reactivos

Altura de los

lodos (cm)

Diámetro del

beaker (cm)

DQO (mg/L)

29 3,86 11,96 5,0 10,8 72 500

30 4,02 12,00 5,0 11,1 108 500

31 3,82 12,06 4,9 10,8 121 300

32 3,89 12,01 5,0 10,8 73 100

131


No. de

corrida

pH inicial pH tras

adición de

reactivos

Altura de los

lodos (cm)

Diámetro del

beaker (cm)

DQO (mg/L)

33 3,89 12,04 5,0 11,1 73 100

34 3,75 11,97 5,1 11,1 109 600

35 3,87 11,95 4,9 10,8 111 100

36 3,90 12,00 4,9 11,1 109 700

Cuadro 10.1.19. Datos de conductividad contra concentración para la mezcla 1.

Concentración de dilución (%v/v) Conductividad (mS/cm)

5 34,85

10 37,17

20 41,61

30 45,89

40 50,49

50 55,30

60 60,04

70 65,06

80 69,65

90 73,91

100 77,20

132



5 49,40

10 52,94

20 59,52

30 66,37

40 73,75

50 81,35

60 89,14

70 97,50

80 105,1

90 112,1

100 117,6



5 34,03

10 37,18

20 42,37

30 47,71

40 53,29

50 59,86

60 66,45

70 73,22

80 79,86

90 86,30

100 92,17

133

10.2 APÉNDICE B: RESULTADOS INTERMEDIOS

Cuadro 10.2.1. Cálculo del volumen de lodos para las tres mezclas

Repetición Volumen de lodo (cm3)

Mezcla 1 Mezcla 2 Mezcla 3

1

439,7 387,1 483,8

430,6 384,8 476,4

421,4 375,6 448,9

421,4 366,4 458,0

2

454,8 357,3 458,0

454,8 375,6 483,8

403,1 357,3 448,9

435,5 375,6 458,0

3

421,4 375,6 483,8

430,6 366,4 493,5

435,5 377,4 448,9

430,6 377,4 474,2

Cuadro 10.2.2. Diseño y datos para conductividad de la mezcla 1 con nomenclatura de Yates

Tiempo

de

agitación

Velocidad

de

agitación

Interacción

tiempo-

velocidad

Conductividad (mS/cm) Total Yates

R1 R2 R3

- - + 8,60 8,90 8,82 26,32 (1)

+ - - 8,39 9,69 8,86 26,94 a

- + - 8,88 8,53 9,40 26,81 b

+ + + 8,15 8,25 9,19 25,59 ab

134

Cuadro 10.2.3. Diseño y datos para DQO de la mezcla 1 con nomenclatura de Yates

Tiempo

de

agitación

Velocidad

de

agitación

Interacción

tiempo-

velocidad

DQO (mg/L) Total Yates

R1 R2 R3

- - + 103 300 137 400 101 000 341 700 (1)

+ - - 104 900 128 600 105 300 338 800 a

- + - 105 200 101 900 130 400 337 500 b

+ + + 135 000 127 800 106 700 369 500 ab


Tiempo

de

agitación

Velocidad

de

agitación

Interacción

tiempo-

velocidad


R1 R2 R3

- - + 16,39 13,55 14,17 44,11 (1)

+ - - 14,51 14,49 15,17 44,17 a

- + - 12,80 13,56 13,21 39,57 b

+ + + 13,86 13,18 13,64 40,68 ab

Cuadro 10.2.5. Diseño y datos para DQO de la mezcla 2 con nomenclatura de Yatres

Tiempo

de

agitación

Velocidad

de

agitación

Interacción

tiempo-

velocidad


R1 R2 R3

- - + 119 500 133 900 132 900 386 300 (1)

+ - - 135 300 115 000 136 900 387 200 a

- + - 115 500 137 200 94 900 347 600 b

+ + + 116 100 118 000 97 600 331 700 ab

135


Tiempo

de

agitación

Velocidad

de

agitación

Interacción

tiempo-

velocidad


R1 R2 R3

- - + 13,24 13,28 12,50 39,02 (1)

+ - - 12,18 13,43 10,73 36,34 a

- + - 11,03 11,81 11,51 34,35 b

+ + + 13,20 11,69 11,38 36,27 ab

Cuadro 10.2.7. Diseño y datos para DQO de la mezcla 3 con nomenclatura de Yates

Tiempo

de

agitación

Velocidad

de

agitación

Interacción

tiempo-

velocidad


R1 R2 R3

- - + 109 800 72 500 73 100 255 400 (1)

+ - - 109 100 121 300 111 100 341 500 a

- + - 111 000 108 500 109 600 329 100 b

+ + + 114 100 73 100 109 700 296 900 ab

10.3. APÉNDICE C: MUESTRA DE CÁLCULO

10.3.1. CÁLCULO DEL VOLUMEN DE LODOS

Para realizar el cálculo del volumen de lodos, se recurre a la ecuación 10.3.1

V = π

4D2h (10.3.1.1)

Utilizando los datos del Cuadro 10.1.4, columna cuatro, fila uno y columna cinco fila uno se

obtiene

V=π

4(10,8 cm)2×(4,8 cm)

136

V=439,7 cm3

Dato que se encuentra en el Cuadro 10.2.1, columna dos, fila uno. Se utilizó la misma fórmula

para el cálculo de todos los volúmenes en cada corrida.

10.3.2. CÁLCULO DE LOS TOTALES DE YATES

Para realizar el cálculo de los totales de Yates se utilizan las ecuaciones 10.3.2.1 a 10.3.2.4

(1)=∑ Yij, con t y v en nivel bajo (10.3.2.1)

a=∑ Yij, con t en nivel alto (10.3.2.2)

b=∑ Yij, con v en nivel alto (10.3.2.3)

ab=∑ Yij, con t y v en nivel alto (10.3.2.4)

Utilizando los datos del Cuadro 10.2.2, columna cuatro, columna cinco, columna seis, fila uno, fila

dos, fila tres y fila cuatro se obtiene

(1) = 8,60 + 8,90 + 8,82

(1) = 26,32

a = 8,39 + 9,69 + 8,86

a = 26,94

b = 8,88 + 8,53 + 9,40

b = 26,81

ab = 8,15 + 8,25 + 9,19

ab = 25,59

Estos datos se muestran en el Cuadro 10.2.2, columna siete, filas uno a la cuatro. Se utiliza el

mismo procedimiento para el cálculo de todos los totales de Yates.

137

10.3.3. CÁLCULO DE LA SUMA DE CUADRADOS PARA EL TRATAMIENTO DEL TIEMPO

Para realizar el cálculo de la suma de cuadrados para el tratamiento del tiempo se recurre a la

ecuación 10.3.3.1.

SCTRAT,t = [a + ab - b - (1)]2

n22 (10.3.3.1)

Utilizando los datos del Cuadro 10.2.2, columna siete, filas uno a la cuatro y n = 3 (número de

observaciones por tratamiento) se obtiene

SCTRAT,t = (26,94 + 25,59 - 26,81 - 26,32)2

3 × 22

SCTRAT,t = 0,030

Este dato se muestra en el Cuadro 5.5.1, columna cuatro, fila uno. Se utiliza la misma fórmula para

el cálculo de todas las sumas de cuadrados para el tratamiento del tiempo.

10.3.4. CÁLCULO DE LA SUMA DE CUADRADOS PARA EL TRATAMIENTO DE LA VELOCIDAD

Para realizar el cálculo de la suma de cuadrados para el tratamiento de la velocidad se recurre a

la ecuación 10.3.4.1.

SCTRAT,v = [b + ab - a - (1)]2

n22 (10.3.4.1)



SCTRAT,v = (26,81 + 25,59 - 26,94 - 26,32)2

3 × 22

SCTRAT,v = 0,062

138

Este dato se muestra en el Cuadro 5.5.1, columna cuatro, fila dos. Se utiliza la misma fórmula para

el cálculo de todas las sumas de cuadrados para el tratamiento de la velocidad.

10.3.5. CÁLCULO DE LA SUMA DE CUADRADOS PARA LA INTERACCIÓN DEL TIEMPO Y LA VELOCIDAD

Para realizar el cálculo de la suma de cuadrados para la interacción del tiempo y la velocidad se

recurre a la ecuación 10.3.5.1.

SCTRAT,tv = [ab + (1) - a - b]2

n22 (11.3.5.1)



SCTRAT,tv = (25,59 + 26,32 - 26,94 - 26,81)2

3 × 22

SCTRAT,tv = 0,282

Este dato se muestra en el Cuadro 5.5.1, columna cuatro, fila tres. Se utiliza la misma fórmula para

el cálculo de todas las sumas de cuadrados para la interacción del tiempo y la velocidad.

10.3.6. CÁLCULO DE LA SUMA DE CUADRADOS TOTAL

Para realizar el cálculo de la suma de cuadrados total se recurre a la ecuación 10.3.6.1.

SCT =∑∑ Yij2

n

j=1

k

i=1

-Y∙∙

2

n22 (10.3.6.1)

Utilizando los datos del Cuadro 10.2.2, columnas cuatro a la seis, filas uno a la cuatro y n = 3

(número de observaciones por tratamiento) se obtiene

139

∑∑ Yij2

n

j=1

k

i=1

= (8,60)2 + (8,90)2 + (8,82)2 + (8,39)2 + (9,69)2 + (8,86)2 + (8,88)2 + (8,53)2 + (9,40)2

+ (8,15)2 + (8,25)2 + (9,19)2

∑∑ Yij2

n

j=1

k

i=1

= 932,67

Luego

Y∙∙ = 8,60 + 8,90 + 8,82 + 8,39 + 9,69 + 8,86 + 8,88 + 8,53 + 9,40 + 8,15 + 8,25 + 9,19

Y∙∙ = 105,66

Finalmente sustituyendo en la ecuación 10.3.6.1

SCT = 932,67 - (105,66)2

3 × 22

SCT = 2,330

Este dato se muestra en el Cuadro 5.5.1, columna cuatro, fila cinco. Se utiliza la misma fórmula

para el cálculo de todas las sumas de cuadrados totales.

10.3.7. CÁLCULO DE LA SUMA DE CUADRADOS PARA EL ERROR

Para realizar el cálculo de la suma de cuadrados para el error se recurre a la ecuación 10.3.7.1.

SCE = SCT -∑ SCTRAT (10.3.7.1)

Utilizando los datos del Cuadro 5.5.1, columna cuatro, filas uno, dos, tres y cinco se obtiene

SCE = 2,330 - 0,030 - 0,062 - 0,282

SCE = 1,957

Este dato se muestra en el Cuadro 5.5.1, columna cuatro, fila cuatro. Se utiliza la misma fórmula

para el cálculo de todas las sumas de cuadrados para el error.

140

10.3.8. CÁLCULO DE LOS GRADOS DE LIBERTAD PARA LOS TRATAMIENTOS

Para realizar el cálculo de los grados de libertad para los tratamientos se recurre a la ecuación

10.3.8.1.

GLTRAT = k - 1 (10.3.8.1)

k se define de la nomenclatura como el número niveles de los factores que corresponde a dos, así

se obtiene

GLTRAT = 2 - 1

GLTRAT = 1

Este dato se muestra en el Cuadro 5.5.1, columna tres, filas uno, dos y tres. Se utiliza la misma

fórmula para el cálculo de todos los grados de libertad para los tratamientos.

10.3.9. CÁLCULO DE LOS GRADOS DE LIBERTAD PARA EL TOTAL

Para realizar el cálculo de los grados de libertad para el total se recurre a la ecuación 10.3.9.1.

GLT = N - 1 (10.3.9.1)

N se define de la nomenclatura como el número total de observaciones que corresponde a 12, así

se obtiene

GLT =12 - 1

GLT = 11

Este dato se muestra en el Cuadro 5.5.1, columna tres, fila cinco. Se utiliza la misma fórmula para

el cálculo de todos los grados de libertad para el total.

10.3.10. CÁLCULO DE LOS GRADOS DE LIBERTAD PARA EL ERROR

Para realizar el cálculo de los grados de libertad para el error se parte de la ecuación 10.3.10.1.

141

GLT = GLE +∑GLTRAT (10.3.10.1)

Si se reacomoda esta ecuación para los grados de libertad del error se obtiene la ecuación

10.3.10.2

GLE = GLT -∑GLTRAT (10.3.10.2)

Utilizando los datos del Cuadro 5.5.1, columna tres, filas uno, dos, tres y cinco se obtiene

GLE = 11 - 3

GLE = 8

Este dato se muestra en el Cuadro 5.5.1, columna tres, fila cuatro. Se utiliza la misma fórmula para

el cálculo de todos los grados de libertad del error.

10.3.11. CÁLCULO DEL CUADRADO MEDIO PARA LOS TRATAMIENTOS

Para realizar el cálculo del cuadrado medio para los tratamientos se recurre a la ecuación

10.3.11.1.

CMTRAT = SCTRAT

GLTRAT

(10.3.11.1)

Utilizando los datos del Cuadro 5.5.1, columnas tres y cuatro, fila uno y con k definido como el

número niveles de los factores que corresponde a 2, se obtiene

CMTRAT = 0,030

1

CMTRAT = 0,030

Este dato se muestra en el Cuadro 5.5.1, columna cinco, fila uno. Se utiliza la misma fórmula para

el cálculo de todos los cuadrados medios para los tratamientos.

142

10.3.12. CÁLCULO DEL CUADRADO MEDIO PARA EL ERROR

Para realizar el cálculo del cuadrado medio para el error se recurre a la ecuación 10.3.12.1.

CME = SCE

GLE

(10.3.12.1)

Utilizando los datos del Cuadro 5.5.1, columnas tres y cuatro, fila cuatro y con k definido como el

número niveles de los factores que corresponde a 2, se obtiene

CME = 1,957

8

CME = 0,245

Este dato se muestra en el Cuadro 5.5.1, columna cinco, fila cuatro. Se utiliza la misma fórmula

para el cálculo de todos los cuadrados medios para el error.

10.3.13. CÁLCULO DEL ESTADÍSTICO DE PRUEBA F0

Para realizar el cálculo del estadístico de prueba F0 se recurre a la ecuación 10.3.13.1.

F0 = CMTRAT

CME

(10.3.13.1)

Utilizando los datos del Cuadro 5.5.1, columna cinco, filas uno y cuatro se obtiene

F0 = 0,030

0,240

F0 = 0,12

Este dato se muestra en el Cuadro 5.5.1, columna seis, fila uno. Se utiliza la misma fórmula para

el cálculo de todos los estadísticos de prueba F0.

143

10.3.14. CÁLCULO DE LA MASA DE ELEMENTOS Y METALES DE INTERÉS CUANDO LA CONCENTRACIÓN ESTÁ DADA EN

PORCENTAJE MASA-VOLUMEN

Para realizar el cálculo de la masa cuando la concentración se expresa en porcentaje masa-

volumen, debe recordarse que el concepto de dicha concentración es la de masa de soluto por cada

100 mL de disolución, de manera que se recurre a la ecuación 10.3.14.1.

m = V (masa de soluto

100 mL disolución) = V (

%p/V

100)

(10.3.14.1)

Utilizando los datos del Cuadro 6.2.6.1, columna dos, fila uno para un volumen definido de 250 mL

se obtiene

m = 250 mL (9,00 g N

100 mL disoln)

m = 22,5 g de N

Este dato se muestra en el Cuadro 6.2.6.2, columna dos, fila uno. Se utiliza la misma fórmula para

el cálculo de todas las masas cuando la concentración está expresada en porcentaje masa-volumen.

10.3.15. CÁLCULO DE LA MASA DE ELEMENTOS Y METALES DE INTERÉS CUANDO LA CONCENTRACIÓN ESTÁ DADA EN

PARTES POR MILLÓN

Para realizar el cálculo de la masa cuando la concentración se expresa en partes por millón debe

recordarse que 1ppm equivale a 1mg/L, de manera que se recurre a la ecuación 10.3.15.1.

m = V (Cn ) (1 g

1000 mg)

(10.3.15.1)

Utilizando los datos del Cuadro 6.2.6.1, columna dos, fila tres para un volumen definido de 0,250 L

se obtiene

m = 0,250 L (710 mg Zn L disoln⁄ ) (1 g

1000 mg)

m = 0,178 g de Zn

Este dato se muestra en el Cuadro 6.2.6.2, columna dos, fila tres. Se utiliza la misma fórmula para

el cálculo de todas las masas cuando la concentración está expresada en partes por millón.

144

10.3.16. CÁLCULO DE LA CONCENTRACIÓN INICIAL DE ELEMENTOS Y METALES DE INTERÉS PARA LAS MEZCLAS

UTILIZADAS

Para realizar el cálculo de la concentración inicial de elementos y metales de interés para las

mezclas utilizadas sabiendo que el volumen de las mezclas es de 500 mL, se recurre a la ecuación

10.3.16.1.

% p V⁄ = masa de elemento de interés en la mezcla

500 mL(100)

(10.3.16.1)

Utilizando los datos del Cuadro 6.2.6.2, columnas dos y tres, fila tres para el zinc se obtiene

% p V⁄ = 0,178 g Zn + 5,00 g Zn

500 mL(100)

% p V⁄ = 1,04 % p V⁄

Este dato se muestra en el Cuadro 6.2.6.3, columna dos, fila tres. Se utiliza la misma fórmula para

el cálculo de todas las concentraciones iniciales de elementos y metales de interés en las mezclas

utilizadas.

10.3.17. CÁLCULO DEL APORTE A LA DQO DE LA OXIDACIÓN DE MANGANESO EN LAS MEZCLAS

Para realizar el cálculo del aporte a la DQO debido a la oxidación de manganeso en las mezclas,

sabiendo que el volumen de las mezclas es de 0,500 L, se recurre a la ecuación 10.3.17.1.

Aporte a la DQO = mO2 consumido

(1000 mg

1g )

0,500 L

(10.3.17.1)

Utilizando los datos del Cuadro 6.2.4, columna dos, fila dos se obtiene

Aporte a la DQO = (0,776 g) (

1000 mg1 g

)

0,500 L

Aporte a la DQO = 1151,1 mg L⁄

Este dato se muestra en el Cuadro 6.2.4, columna dos, fila tres. Se utiliza la misma fórmula para

el cálculo de todos los aportes a la DQO debido a la oxidación de manganeso en las mezclas.

145

11. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

11.1 ELABORACIÓN DE LAS DILUCIONES DE FERTILIZANTES AL 10 %V/V

1. Con una pipeta de 10 mL tome dicho volumen de uno de los fertilizantes sin diluir y

colóquela en un balón aforado de 100 mL.

2. Agregue agua destilada en el balón hasta alcanzar la marca de aforo.

3. Repita este procedimiento hasta obtener el volumen necesario de fertilizante diluido.

4. Repita el procedimiento completo para las otras dos marcas de fertilizantes

11.2 PRUEBA DE JARRAS PARA EL TRATAMIENTO DE LOS FERTILIZANTES

1. Tome tres beakers de 1 000 mL y en cada uno vierta 500 mL de la mezcla según se indica en

el Cuadro 11.2.1 donde se muestran las corridas experimentales a realizarse en orden

aleatorio y con las mezclas y condiciones correspondientes.

Cuadro 11.2.1. Diseño y orden de las corridas experimentales a realizar.

No. de corrida Repetición Mezcla Tiempo de

reacción (min)

Velocidad de

agitación (rpm)

1 Repetición 1 Mezcla 1 15 25










146

Cuadro 11.2.1. (Continuación) Diseño y orden de las corridas experimentales a realizar.


reacción (min)

Velocidad de

agitación (rpm)





















147

Cuadro 11.2.1. (Continuación) Diseño y orden de las corridas experimentales a realizar.


reacción (min)

Velocidad de

agitación (rpm)







Nota: Revisar el Cuadro 5.1 para saber las marcas de fertilizantes utilizadas en cada mezcla así como

el porcentaje de cada marca de fertilizante presente en la mezcla.

2. Etiquete cada beaker adecuadamente con la mezcla que contiene y el número de corrida

que le corresponde.

3. Utilizando el pHmetro y el multiparámetros mida el pH y la conductividad inicial de las

mezclas.

4. Coloque las jarras en el equipo para prueba de jarras.

5. Mida 4,00 g de hidróxido de sodio para cada jarra con ayuda de una balanza.

6. Agregue la masa de hidróxido de sodio a cada jarra y agite por un minuto a 200 rpm.

7. Mida una masa de 400 g de carbonato de calcio para cada una de las tres jarras con ayuda

de una balanza.

8. Agregue la masa de carbonato de calcio a cada jarra y agite por un minuto a 200 rpm.

9. Utilizando el pHmetro y el multiparámetros mida el pH y la conductividad tras la adición de

los reactivos. Estos son considerados los valores de pH y conductividad en el tiempo cero

de la reacción.

10. Coloque la velocidad de agitación según se indica en el Cuadro 11.2.1 para las primeras tres

jarras y deje agitar cada jarra por el tiempo indicado en el Cuadro 11.2.1 para cada jarra

según corresponda. Con el multiparámetros mida la conductividad de las jarras cada cinco

minutos de manera que tenga mediciones a los cinco minutos, diez minutos, quince minutos

y veinte minutos según la cantidad de tiempo de agitación para las jarras en cuestión.

148

11. Una vez finalizado el tiempo de agitación, retire las jarras del equipo y déjela reposar por

un periodo 40 minutos para que los sólidos precipitados sedimenten adecuadamente.

12. Transcurridos los 40 minutos de reposo mida la altura de los lodos haciendo uso de una

regla. Así mismo mida el diámetro del beaker que contiene los lodos. Esto servirá para

calcular el volumen de lodos generados.

13. Tras medir la altura de los lodos y las dimensiones del beaker proceda a filtrar el contenido

de cada jarra. Para ello coloque un embudo con papel filtro sobre un recipiente contenedor

que puede ser un erlenmeyer y con cuidado decante el contenido de la jarra en el embudo.

11.3 MEDICIÓN DE LA DQO

1. Encienda el reactor COD al menos unos veinte minutos antes de su uso para que el mismo

comience a calentarse y que en el momento de su uso se encuentre a una temperatura

adecuada.

2. Con ayuda de una de las micropipetas brindadas por el fabricante de viales para medición

de DQO tome una muestra de 0,2 mL del filtrado de la etapa anterior y colóquelo en un vial

para medición de DQO debidamente etiquetado con el número de corrida en la tapa.

3. Cierre bien el vial y agite ligeramente el mismo volteándolo varias veces.

4. Repita esto para las muestras de las jarras tratadas.

5. Adicionalmente en un vial de DQO agregue 0,2 mL de agua destilada, cierre y agite. Este

será el blanco.

6. Limpie la superficie del vial con una toalla de microfibra y coloque todos los viales de DQO

con muestra en el reactor COD así como el blanco. Presione el botón que indica temperatura

en 150 °C y gire la perilla del temporizador hasta 120 minutos y espere a que se lleve a cabo

la digestión de las muestras.

7. Una vez transcurrido el tiempo de la digestión, retire los viales del reactor COD y colóquelos

en una gradilla durante un tiempo de veinte minutos para que se enfríen.

8. Encienda el colorímetro Hach e ingrese el código correspondiente a medición de DQO

(Dependiendo del modelo del colorímetro este puede variar por lo que se recomienda

revisar el manual del mismo).

149

9. Una vez que los viales se han enfriado, limpie el vial del blanco con un paño de microfibra y

colóquelo en la abertura del colorímetro, luego tape el vial con el cobertor que dispone el

equipo para esto y presione el botón de cero para ajustar el cero con el blanco.

10. Luego retire el blanco, tome el siguiente vial con muestra, limpie su superficie con un paño

de microfibra, colóquelo en la abertura del colorímetro, tape con el cobertor y presione el

botón de leer para obtener la lectura de DQO para dicho vial. Repita para todos los viales

con muestra restantes.

11. Repita el procedimiento completo para cada corrida según corresponda.

151

12. ANEXOS

153

12.1. INSTRUMENTO DE LA ENCUESTA APLICADA A LAS EMPRESAS Cuestionario para la determinación de la cantidad de fertilizantes foliares de desecho almacenados en Costa Rica Instrucciones Generales:

Este cuestionario está dirigido a empresas que participan en la comercialización de fertilizantes foliares en Costa Rica.

Se solicita responder las preguntas según corresponda.

La información que se solicita se basa en una selección de fertilizantes foliares definida con ayuda del Servicio Fitosanitario del Estado (FSE) basándose en los principales fertilizantes foliares importados al país los cuales corresponden a las siguientes marcas: Atlante, Atlante Plus, Benefit PZ, Bioforge, Flower Power Plus, Foltron Plus, Kadostim, Kelik Mix, Kelik Zinc, Kelpak, Kendal, Megafol, Microcat Boro, Microcat Calcio, Microcat Magnesio, Microcat Mix, Microcat Zinc, Microcat Boro-Molibdeno, Microcat Manganeso, Microcat Zinc-Boro, Microcat Zinc-Manganeso, Nitrofoska Foliar SL 10-4-7, Poliquel Multi, Poliquel Zinc 8%, Razormin, Sephu K 50 y Verdone 10L.

La información que se solicita tendrá un trato confidencial, por esta razón los datos que sean divulgados en el informe público serán agregados protegiendo la identidad de la empresa.

Para cualquier consulta por favor contactar a Tomás Soto Murillo al correo [email protected] o al teléfono 85658866.

1. Información general de la empresa

1.1. Marque con un “X” la o las categorías en las que participa su empresa en el proceso de comercialización de los fertilizantes foliares seleccionados (puede marcar varias opciones)

Fertilizante Importador Formulador Distribuidor

Atlante ( ) ( ) ( )

Benefit PZ ( ) ( ) ( )

Bioforge ( ) ( ) ( )

Flower Power Plus ( ) ( ) ( )

Foltron Plus ( ) ( ) ( )

Kadostim ( ) ( ) ( )

Kelik ( ) ( ) ( )

Kelpak ( ) ( ) ( )

Kendal ( ) ( ) ( )

Megafol ( ) ( ) ( )

mailto:[email protected]

154


Microcat ( ) ( ) ( )

Nitrofoska Foliar SL 10-4-7

( ) ( ) ( )

Poliquel ( ) ( ) ( )

Razormin ( ) ( ) ( )

Sephu K 50 ( ) ( ) ( )

Verdone 10L ( ) ( ) ( )

1.2. Si marcó la opción Formulador para alguno de los fertilizantes seleccionados por favor indicar la cantidad (en litros) formulada según composición para los últimos tres semestres. Utilice el siguiente cuadro.

Fertilizante II Semestre 2015 (Cantidad en litros)

I Semestre 2016 (Cantidad en litros)

II Semestre 2016 (Cantidad en litros)

Atlante

Benefit PZ

Bioforge

Flower Power Plus

Foltron Plus

Kadostim

Kelik

Kelpak

Kendal

Megafol

Microcat


Poliquel

Razormin

Sephu K 50

Verdone 10L

155

2. Inventario 2.1. Por favor indique en el siguiente cuadro la cantidad promedio semestral de inventario

vencido (en litros) correspondiente a los fertilizantes foliares seleccionados que habían disponibles al cierre de cada semestre.


I Semestre 2016 (Cantidad en litros )


Atlante

Benefit PZ

Bioforge

Flower Power Plus

Foltron Plus

Kadostim

Kelik

Kelpak

Kendal

Megafol

Microcat


Poliquel

Razormin

Sephu K 50

Verdone 10L

3. Observaciones

3.1. Si comercializa con alguna otra marca de fertilizante foliar no indicada en el listado por favor completar el siguiente cuadro indicando la información para cada marca adicional.

Fertilizante:

Cadena de comercialización

Importador ( ) Formulador ( ) Distribuidor ( )

Si formula indicar la cantidad en L que formula por semestre

II Semestre 2015 I Semestre 2016 II Semestre 2016

Inventario vencido promedio en L por semestre


156

Fertilizante:







3.2. Anote en el siguiente espacio la disposición o tratamiento que se le da a los fertilizantes

foliares vencidos que se quedan en el inventario.

3.3. Anote en este espacio cualquier observación adicional o corrección respecto a los datos proporcionados

157

12.2. RESPUESTA DE LA EMPRESA A Cuestionario para la determinación de la cantidad de fertilizantes foliares de desecho almacenados en Costa Rica Instrucciones Generales:









Atlante ( ) ( ) ( )

Benefit PZ ( X ) ( ) ( X )





Kelik ( ) ( ) ( )

Kelpak ( ) ( ) ( )

Kendal ( X ) ( ) ( X )

Megafol ( X ) ( ) ( X )


158




( ) ( ) ( )



Sephu K 50 ( ) ( ) ( )

Verdone 10L ( ) ( ) ( )

1.2 Si marcó la opción Formulador para alguno de los fertilizantes seleccionados por favor indicar la cantidad (en litros) formulada según composición para los últimos tres semestres. Utilice el siguiente cuadro.




Atlante

Benefit PZ

Bioforge

Flower Power Plus

Foltron Plus

Kadostim

Kelik

Kelpak

Kendal

Megafol

Microcat


Poliquel

Razormin

Sephu K 50

Verdone 10L

159






Atlante

Benefit PZ 0 0 0

Bioforge

Flower Power Plus

Foltron Plus

Kadostim

Kelik

Kelpak

Kendal 0 0 0

Megafol 0 0 0

Microcat


Poliquel

Razormin

Sephu K 50

Verdone 10L

3. Observaciones


Fertilizante: Calbit C


Importador ( X ) Formulador ( ) Distribuidor ( X )





0 0 0

160

Fertilizante: Brexil Mix







0 0 0


foliares vencidos que se quedan en el inventario. Hasta el momento no hemos tenido problemas con vencimientos. Trabajamos apegados a presu- puestos anuales por producto, para no traer excesos de productos. Además tenemos muy buena respuesta de nuestro proveedor para el despacho de nuestros pedidos. Además revisamos constantemente con nuestros distribuidores los inventarios de los productos que vayan a vencer en los próximos 3 meses, con el fin de cambiárselos y colocarlos con clientes que los vayan a utilizar de inmediato. 1.3. Anote en este espacio cualquier observación adicional o corrección respecto a los datos

proporcionados Si se nos vence algún producto, por algún descuido de lo expresado en el punto 3.2, que se puede dar, el producto lo eliminamos por el método de la aplicación (ya sea en nuestras zonas verdes o en finca propia siempre y cuando este recién vencido, que ha sido el caso en pocas ocasiones.

161

12.3. RESPUESTA DE LA EMPRESA B Cuestionario para la determinación de la cantidad de fertilizantes foliares de desecho almacenados en Costa Rica Instrucciones Generales:









Atlante ( ) ( ) ( )






Kelik ( ) ( ) ( )

Kelpak ( ) ( ) ( )

Kendal ( ) ( ) ( )

Megafol ( ) ( ) ( )


162




( ) ( ) ( )



Sephu K 50 ( ) ( ) ( )

Verdone 10L ( ) ( ) ( )





Atlante

Benefit PZ

Bioforge

Flower Power Plus

Foltron Plus

Kadostim

Kelik

Kelpak

Kendal

Megafol

Microcat


Poliquel

Razormin

Sephu K 50

Verdone 10L

163






Atlante

Benefit PZ

Bioforge

Flower Power Plus

Foltron Plus

Kadostim

Kelik

Kelpak

Kendal

Megafol

Microcat


Poliquel

Razormin

Sephu K 50

Verdone 10L

3. Observaciones


Fertilizante: Humitec


Importador ( ) Formulador ( X ) Distribuidor ( )



40 000 L 80 000 L 80 000 L



300 L 300 L 300 L

164

Fertilizante: Agroenzimas


Importador ( ) Formulador ( ) Distribuidor ( X )



2 500 L 2 500 L 2 500 L




foliares vencidos que se quedan en el inventario. Si quedan vencidos los usamos en nuestras propias fincas con certificación del MAG. Contamos con planta de tratamiento de evapotranspiración.


165

12.4. RESPUESTA DE LA EMPRESA C Cuestionario para la determinación de la cantidad de fertilizantes foliares de desecho almacenados en Costa Rica Instrucciones Generales:









Atlante ( ) ( ) ( )






Kelik ( ) ( ) ( )

Kelpak ( ) ( ) ( )

Kendal ( ) ( ) ( )

Megafol ( ) ( ) ( )


166




( ) ( ) ( )



Sephu K 50 ( ) ( ) ( )

Verdone 10L ( ) ( ) ( )





Atlante

Benefit PZ

Bioforge

Flower Power Plus

Foltron Plus

Kadostim

Kelik

Kelpak

Kendal

Megafol

Microcat


Poliquel

Razormin

Sephu K 50

Verdone 10L

167






Atlante

Benefit PZ

Bioforge

Flower Power Plus

Foltron Plus

Kadostim

Kelik

Kelpak

Kendal

Megafol

Microcat


Poliquel

Razormin

Sephu K 50

Verdone 10L

3. Observaciones


Fertilizante: Marca 1







34 L 23 L

168








19 L 13


foliares vencidos que se quedan en el inventario. Si el producto llega a vencer, se envía a Geocycle a incinerar. Ellos emiten un certificado. Estamos registrados ante la Contraloría del Ambiente. Ninguno de los fertilizantes en la lista lo vendemos nosotros, tenemos un portafolios de foliares propio.


169

12.5. RESPUESTA DE LA EMPRESA D Cuestionario para la determinación de la cantidad de fertilizantes foliares de desecho almacenados en Costa Rica Instrucciones Generales:









Atlante ( ) ( ) ( )






Kelik ( ) ( ) ( )

Kelpak ( ) ( ) ( )

Kendal ( ) ( ) ( )

Megafol ( ) ( ) ( )


170




( ) ( ) ( )



Sephu K 50 ( ) ( ) ( )

Verdone 10L ( ) ( ) ( )





Atlante

Benefit PZ

Bioforge

Flower Power Plus

Foltron Plus

Kadostim

Kelik

Kelpak

Kendal

Megafol

Microcat


Poliquel

Razormin

Sephu K 50

Verdone 10L

171






Atlante

Benefit PZ

Bioforge

Flower Power Plus

Foltron Plus

Kadostim

Kelik

Kelpak

Kendal

Megafol

Microcat


Poliquel

Razormin

Sephu K 50

Verdone 10L

3. Observaciones







200 000 L 250 000 L 300 000 L



0 L 0 L 0 L

172

Fertilizante:








foliares vencidos que se quedan en el inventario. No tenemos ese problema de lotes vencidos.


Si se presentara el problema de lotes vencidos, se analizarían y se reformularían.

173

12.6. COMPOSICIÓN DE LOS PRINCIPALES FERTILIZANTES FOLIARES UTILIZADOS EN COSTA RICA

Fertilizante Características Composición

Agroplex Multi Fertilizante foliar que potencia los

efectos biorreguladores y

bioestimulantes. Brinda algunos

nutrientes (Agrícola Piscis, 2017)

Nitrógeno (4,0 %p/v), fósforo

(2,0 %p/v), potasio (7,0 %p/v),

azufre (1,0 %p/v), zinc (0,1% p/v),

manganeso (0,4 %p/v), hierro

(0,6 %p/v) y magnesio (0,04 %p/v).

Atlante Fertilizante líquido rico en fósforo y

potasio. Su pH se halla entre 4,0 y

5,0; es incoloro y posee una

densidad de entre 1,39 g/mL y

1,40 mg/mL. Compatible con los

fertilizantes más usuales. No se

recomienda mezclarlo con aceites

minerales ni productos cúpricos

(Atlántica Agricultura Natural,

2016).

Pentóxido de fósforo P2O5 soluble

en agua (30 %p/p) y óxido de

potasio K2 O soluble en agua

(16 %p/p).

Benefitz PZ Bioestimulante de aplicación foliar.

No debe mezclarse con pesticidas

(Vadeagro, 2010).

Nitrógeno total (4,0 %p/p),

carbono orgánico de origen

biológico (16,0 %p/p), nucleótidos

(0,2 %p/p), proteínas enzimáticas

(16,0 %p/p), aminoácidos

específicos (3,1 %p/p) y vitaminas

(0,25% p/p).

174


Bioforge Fertilizante foliar líquido utilizado

para la estimulación temprana de

cultivos. Contiene 56 g de

ingrediente activo por litro de

producto y posee una densidad de

1,12 g/mL. Es compatible con la

mayoría de agroquímicos

(Vadeagro, 2010).

Nitrógeno (2,0 %p/p) y potasio

(3,0 %p/p).

Fertiplan NPK Fertilizante foliar completo que

además de los principales

nutrientes, contiene varios

micronutrientes, fitohormonas y

vitamina B1 que ayudan al

adecuado desarrollo radicular y de

tejidos de la planta (Seracsa, 2017)

Nitrógeno (9,00 %p/v), pentóxido

de fósforo P2O5 (6,60 %p/v), óxido

de potasio K2 O (5,00 %p/v), boro

(350 ppm), magnesio (210 ppm),

calcio (276 ppm), manganeso (326

ppm), hierro (420 ppm), zinc (710

ppm), azufre (1 100 ppm), cobre

(330 ppm), molibdeno (40 ppm),

clorhidrato de tiamina (35 ppm) y

ácido indol butírico IBA (25 ppm).

Flower Power Plus Fertilizantes foliar y bioestimulador

que ayuda a la floración. Es

compatible con la mayoría de

agroquímicos y contiene 70 g de

ingrediente activo por litro de

producto (Vadeagro, 2010).

Boro (3,0 %p/p), zinc (4,0 %p/p) y

trazas de citoquininas.

175


Foliveex

Multiminerales

Fertilizante foliar a base de

elementos menores y

micronutrientes que contribuyen al

buen desempeño de la planta ante

procesos fisiológicos y factores

externos (Seracsa, 2017).

Magnesio (2,00 %p/v), boro

(0,60 %p/v), zinc (2,00 %p/v),

azufre (2,70 %p/v), manganeso

(0,50 %p/v), hierro (0,25 %p/v),

cobre (0,10 %p/v), molibdeno

(0,05 %p/v), vitamina B1 (35 ppm),

ácidos fúlvicos (0,10 %p/v) y

aminoácidos (0,10 %p/v).

Foltron Plus Fertilizante foliar líquido de alta

concentración, de color oscuro,

con un pH entre 5,3 y 6,5. Es

compatible con fertilizantes,

reguladores de crecimiento,

insecticidas y fungicidas de uso

común (Arysta LifeScience, 2008).

Nitrógeno amoniacal (10,00 %p/p),

fósforo P2O5 (20,00 %p/p), potasio

K2O (5,00 %p/p), hierro (500 ppm),

zinc (500 ppm), magnesio

(100 ppm), manganeso (100 ppm),

boro (80 ppm), cobre (50 ppm),

molibdeno (2 ppm), giberelinas (30

ppm), folcisteína (2 750 ppm),

ácidos húmicos (7,8 g/L) y agua

(56,55 %p/p).

Kadostim Fertilizante foliar para la

estimulación del crecimiento de la

planta. Es compatible con los

insecticidas y fungicidas comunes.

No es compatible con otros

agroquímicos que contengan

aminoácidos de hidrólisis como

agente quelatante (Vadeagro,

2010).

Óxido de potasio K2 O (6 %p/p),

hierro (0,12 %p/p), zinc

(0,09 %p/p), cobre (0,08 %p/p),

manganeso (0,06 %p/p), materia

orgánica (51,9 % p/p) y

aminoácidos libres (47,44 %p/p)

176


Kelik Mix Fertilizante foliar usado como

corrector multicarencial Tiene un

pH de 7,5 y una densidad de

1,32 g/mL (Atlántica Agricultura

Natural, 2016).

Boro soluble en agua (0,65 %p/v),

cobre quelado por EDTA

(0,19 %p/v), hierro quelado por

EDTA (5 %p/v), manganeso

quelado por EDTA (2 %p/v),

molibdeno soluble en agua

(0,18 %p/v) y zinc quelado por

EDTA (0,37 %p/v).

Kelpac Bioestimulante foliar que

promueve el desarrollo de la raíz

en los cultivos. Consiste en una

solución verde con un pH de 4,6 y

una densidad de 1,03 g/mL

(Vadeagro, 2010).

Nitrógeno (3,6 g/L), fósforo P2O5

(17 g/L), potasio K2 O (7,2 g/L),

auxinas (11mg/L), citoquininas

(0,031mg/L), aminoácidos

(2,478 mg/L), carbohidratos

(16,9 g/L), proteínas (3 g/L),

vitaminas (21,7 mg/L) y

micronutrientes en trazas.

Kendal Bioestimulante foliar que estimula

el crecimiento de las plantas y

aumenta su resistencia a

patógenos (Vadeagro, 2010).

Nitrógeno total (2,0 % del cual

1,0 % es orgánico), óxido de

potasio K2 O soluble en agua

(17,0 %), materia orgánica (8,0 %),

extractos vegetales (14,2 %),

oligosacáridos (0,2 %), proteínas

(1,0 %) y vitaminas (0,15 %).

Megafol Bioestimulante foliar que ayuda a

la síntesis de proteínas en la planta

(Vadeagro, 2010).

Nitrógeno total (4,5 %), carbono

orgánico (15,0 %) y aminoácidos

libres (28,0 %).

177


Microcat Mix Corrector multicarencial de

aplicación foliar. Posee un pH de

2,5 y una densidad de 1,27 g/mL

(Atlántica Agricultura Natural,

2016).

Aminoácidos libres (2,5 %p/v),

nitrógeno total (3,8 %p/v), boro

soluble en agua (0,25 %p/v), hierro

soluble en agua (4,1 %p/v),

manganeso soluble en agua (1 %p/v),

óxido de magnesio soluble en agua

(2,5 %p/v), zinc soluble en agua

(1,5 %p/v) y ácidos orgánicos

(10 %p/v).

Nitrofoska Foliar SP

10-4-7

Fertilizante foliar complejo que

contiene macronutrientes y

elementos menores en forma

equilibrada para un adecuado

crecimiento de la planta.

(Vadeagro, 2010).

Nitrógeno (250 g/kg), fósforo (100

g/kg), potasio (175 g/kg), magnesio

(15,7 g/kg), hierro (0,4 g/kg), zinc (0,4

g/kg), manganeso (0,3 g/kg), boro

(0,15 g/kg), cobre (0,05 g/kg) y

molibdeno (0,005 g/kg).

Poliquel Multi Fertilizante foliar que contiene

micronutrientes acomplejados

por agentes orgánicos naturales

que favorecen el crecimiento de

las plantas. Tiene un pH de 6,0 y

es compatible con fungicidas,

insecticidas, fertilizantes y

reguladores de crecimiento de

uso común (Arysta LifeScience,

2008).

Magnesio (1 %p/p), azufre (4 %p/p),

boro (0,04 %p/p), cobalto

(0,002 %p/p), cobre (0,04 %p/p),

hierro (3 %p/p), manganeso

(0,25 %p/p), molibdeno (0,005 %p/p)

y zinc (4 %p/p).

178


Razormin Bioestimulante y enraizante de

aplicación foliar el cual posee un

pH de 4,5 y una densidad de 1,24

g/mL (Atlántica Agricultura

Natural, 2016).

Aminoácidos libres (7 %p/p),

nitrógeno total (4 %p/p),

pentóxido de fósforo soluble en

agua (4 %p/p), óxido de potasio

soluble en agua (3 %p/p), boro

soluble en agua (0,1 %p/p), cobre

soluble en agua (0,02 %p/p), hierro

soluble en agua (0,4 %p/p),

manganeso soluble en agua

(0,1 %p/p), molibdeno soluble en

agua (0,01 %p/p), zinc soluble en

agua (0,085 %p/p) y polisacáridos

(3 %p/p).

Sephu K 50 Fertilizante foliar rico en potasio

quelatado por EDTA. Posee un pH

de 13,0 y una densidad de

1,50 g/mL (Vadeagro, 2010).

Óxido de potasio (33,0 %p/p),

nitrógeno ureico (3,0 %p/p) y EDTA

como agente quelatante

(2,0 %p/p).

Verdone Fertilizante foliar orgánico con

aminoácidos usado para estimular

el crecimiento de las plantas. Es

compatible con fungicidas,

insecticidas y herbicidas pero no

debe mezclarse con productos que

contengan azufre, base de cobre o

con aceites. Su pH se halla entre 6,0

y 7,0 (Vadeagro, 2010).

Aminoácidos totales (46,8 %p/p) y

nitrógeno total (8,0 %p/p).

179

12. 7 MANUAL OPERATIVO DE LA PLANTA

Manual de Operación y Mantenimiento

Planta de Tratamiento de Fertilizantes Foliares Líquidos de

Desecho que contengan Nitrógeno, Fósforo, Zinc, Hierro o

Manganeso

Provincia: San José

Cantón: Montes de Oca

Distrito: San Pedro

Profesional Responsable: Tomás Arturo Soto Murillo

16 de noviembre de 2017

180

OBJETIVO

El objetivo de este manual es permitir la identificación y sistematización de los procesos básicos

para una adecuada operación, mantenimiento y control del sistema de tratamiento de aguas

residuales.

DESCRIPCIÓN DE LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO

La metodología de tratamiento propuesta busca tratar fertilizantes foliares líquidos de desecho,

los cuales no pueden ser utilizados o vendidos debido a la caducidad de los mismos. Si bien los

fertilizante foliares no se clasifican como sustancias peligrosas, su inadecuada disposición puede

ocasionar daños en los ecosistemas debido a las altas concentraciones de metales y nutrientes que

los componen. La Figura 1 muestra el diagrama de flujo del proceso de tratamiento.

Figura 1. Diagrama de flujo del proceso de tratamiento

Para ello, el tratamiento pretende remover en primera instancia los metales de los fertilizantes

mediante un proceso de precipitación alcalina, donde estos reaccionan con hidróxido de sodio en

un pH elevado para formar los correspondientes hidróxidos insolubles, los cuales pueden ser

separados.

181

En esta primera etapa, los fertilizantes vencidos son almacenados en el tanque de recibo, indicado

como T-101 en el diagrama. Una vez alcanzado el volumen de operación, los fertilizantes son

trasegados mediante la bomba B-101 al reactor de hidrolización, que en la Figura 1 corresponde al

R-101. Una vez ahí se agrega el hidróxido de sodio y el carbonato de calcio. Se procede a realizar la

agitación rápida por un tiempo breve con el propósito de favorecer el contacto entre reactivos y la

formación de flóculos. Posteriormente pasar a una agitación lenta por un periodo de tiempo mayor,

lo que permite que la reacción se lleve a cabo y se presente la sedimentación de los lodos.

Finalmente, los lodos son evacuados pasando por el separador, indicado como S-101 en la Figura 1,

para luego ser dispuestos. El líquido tratado es entonces trasegado mediante la bomba B-102, hacia

el reactor de oxidación, indicado como R-102.

Se presenta una segunda fase de oxidación química con peróxido de hidrógeno para la remoción

de los compuestos orgánicos, así como los metales remanentes que no se hayan logrado precipitar

en la primera fase de tratamiento. Como se indicó anteriormente, el líquido tratado del reactor

R- 101 es trasegado, mediante la bomba B-102, hacia el reactor de oxidación R-102. Una vez que el

líquido se halla en el reactor, se agrega ácido nítrico para neutralizar el pH de la mezcla.

Posteriormente, se agrega el peróxido de hidrógeno, se agita y deja reposar, para luego agregar el

carbón activado. Una vez transcurrido el tiempo de reacción, se evacúa el reactor. El separador de

carbón activado S-102 permite recuperar el mismo, mientras el líquido es finalmente dispuesto.

INFORMACIÓN BÁSICA DE DISEÑO

-Jornada laboral

La jornada laboral contempla solo las actividades de mantenimiento y control del sistema las

cuales se ejecutarán 8 horas por días, 3 días a la semana.

-Jornada de trabajo de la planta

Los procesos y operaciones unitarias en el sistema de tratamiento se desarrollan de manera

intermitente cada vez que se alcanza el volumen operativo de la planta.

182

-Caudal de diseño:

Al operar la planta de manera intermitente, una vez alcanzado su volumen operativo, este no

varía con el tiempo. De esta manera el caudal de trabajo es el siguiente:

Caudal promedio diario: 0,3 m3/día

Caudal máximo diario: 0,3 m3/día

Caudal máximo horario: 0.0125 m3/h

-Características del agua residual cruda:

El proceso busca tratar productos agroquímicos, específicamente fertilizantes foliares vencidos.

El Cuadro 1 muestra algunas de las principales marcas de fertilizantes foliares que se manejan en

Costa Rica de acuerdo a registros del Servicio Fitosanitario del Estado.

Cuadro 1. Principales marcas de fertilizantes foliares que se manejan en Costa Rica (SFE, 2015).

Producto Producto Producto Producto

Agroplex Multi Atlante Atlante Plus Benefit PZ

Bioforge Boroplus Fertiplan NPK Flower Power Plus

Foliveex Multiminerales Foltron Plus Kadostim Kelik K-Si

Kelik Boro Kelik Calcio Kelik Calcio-Boro Kelik Magnesio

Kelik Mix Kelik Potasio Kelik Zn Kelpak

Kendal K-Tionic Megafol Microcat Boro

Microcat Calcio Microcat Magnesio Microcat Mix Microcat Zinc

Microcat Boro-

Molibdeno

Microcat

Manganeso

Microcat Zinc-Boro Microcat Zinc-

Manganeso

Microcat Calcio-Boro Micromins

Magnesio

Nitrofoska Foliar SL Poliquel Multi

Razormin Sephu K Verdone

Se aprecia que existe una amplia variedad de marcas disponibles que podrían llegar a ser tratadas,

siendo las presentadas solo una parte de todas las marcas disponible en el mercado. Al ser todos

fertilizantes foliares, su composición en general consiste de sales, óxidos, hidratos o complejos de

183

elementos como nitrógeno, fósforo, potasio, magnesio, hierro, boro, zinc, manganeso, cobre,

molibdeno y calcio entre algunos otros compuestos como aminoácidos o vitaminas.

Se destaca que la presencia o no de alguno de los elementos anteriores depende de las marcas a

tratar y no hay un ciclo determinado que indique cuáles marcas y cuanto de cada una van a llegar a

la planta de tratamiento por lo que no se presenta una caracterización de las aguas crudas

propiamente ya que la misma varía de un lote a otro y debe ser analizada para cada caso particular.

-Características del agua tratada

El Cuadro 2 presenta los límites máximos permitidos para los parámetros de análisis obligatorio

con que debe cumplir el efluente de acuerdo al Reglamento de Vertido y Reuso de Aguas Residuales

33601-MINAE-S.

Cuadro 2. Límites máximos permitidos de los parámetros de análisis con que debe cumplir el

efluente.

Parámetros Límite Máximo Permitido

DBO5,20 (mg/L) 50

DQO (mg/L) 150

Sólidos suspendidos (mg/L) 50

Sólidos sedimentables (mL/L) 1

Grasas y aceites (mg/L) 30

Potencial de hidrógeno 5 a 9

Temperatura (°C) 15 °C ≤ T ≤ 40 °C

Sustancias activas al azul de metileno (mg/L) 5

PERSONAL

La planta de tratamiento funciona de modo autónomo, pero requiere de un operario para realizar

labores de mantenimiento y control. No se requiere que posea un nivel técnico, pero sí que sepa

leer, escribir y realizar las operaciones básicas matemáticas.

184

EQUIPOS Y HERRAMIENTAS

El equipo básico necesario para el mantenimiento y operación del sistema de tratamiento se

presenta en el Cuadro 3.

Cuadro 3. Herramientas necesarias para el mantenimiento y operación de la planta

Herramienta Cantidad necesaria

pH metro – termómetro 1

Conductímetro 1

Cono Inhoff 1

Reactor de digestión para DQO 1

Colorímetro 1

Beaker 500 mL 3

Guantes 3

Anteojos de seguridad 1

Botas de hule 1

PUESTA EN MARCHA

La puesta en marcha de la planta consiste solamente en dejar que el agua fluya hacia el sistema.

OPERACIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO

TANQUE DE RECIBO (T-101)

Esta unidad consiste de un tanque donde se almacenan los fertilizantes foliares vencidos hasta

alcanzar el volumen requerido para operar, definido como 0,3 m3; para luego ser bombeados hasta

la primer fase de tratamiento. Durante el transcurso de los seis meses, que según los resultados se

tarda en alcanzar este volumen, en él se van acumulando los diferentes fertilizantes foliares que

puedan ir llegando a la planta para su tratamiento. Una vez alcanzado el volumen operativo, puede

procederse con las subsecuentes fases del proceso.

185

BOMBA DE ELEVACIÓN (B-101)

Esta consiste en una bomba electromecánica con potencia mínima de 0,25 HP; la cual transporta

los fertilizantes foliares almacenados en el tanque de recibo hasta el reactor de hidrolización. El

caudal de diseño para esta bomba es de 200 L/min y tardaría cerca de minuto y medio en vaciar el

tanque de recibo y llenar el reactor de hidrolización.

REACTOR DE HIDROLIZACIÓN (R-101)

Esta unidad consiste de un reactor secuencial donde se lleva a cabo simultáneamente la

precipitación alcalina de los metales disueltos en los fertilizantes así como la sedimentación de los

mismos. Se escoge el uso de reactores secuenciales para flexibilizar la operación ya que la

composición de las aguas a tratar entre un lote y otro es variable. Los pasos de operación para el

reactor son:

1- Llenado: se produce mientras se bombea el líquido desde el tanque de recibo y tarda 1,5

minutos.

2- Dosificación de reactivos: se agrega la masa de NaOH y CaCO3 especificada en el

dimensionamiento del equipo mientras se agita fuertemente por un tiempo de veinte

minutos. Esto permite que el NaOH se disuelva adecuadamente en la mezcla de reacción,

además de promover un mayor contacto entre el CaCO3 y los incipientes coágulos de

hidróxidos metálicos precipitados, lo que promueve la formación de flóculos de mayor

tamaño.

3- Reacción y sedimentación: De la etapa experimental y el análisis de resultados se observó

que el tiempo no fue un factor estadísticamente significativo, pero los mejores resultados

en términos de la reacción se presentan con tiempos en niveles altos, por lo que se opta por

un tiempo operativo de 20 horas que permita una adecuada reacción y sedimentación de

los sólidos.

4- Evacuación de los lodos: Una vez transcurrido el tiempo de reacción, se evacúan los sólidos

de la unidad.

5- Vaciado: Finalmente una vez removidos los lodos el líquido clarificado es evacuado a la

siguiente unidad de reacción.

186

SEPARADOR DE LODOS (S-101)

El separador de lodos es la unidad encargada de la retención de los lodos generados en el reactor

de hidrolización tras la primera fase de tratamiento. La mayor parte de estos lodos es carbonato de

calcio e hidróxidos metálicos, los cuales deben ser dispuestos adecuadamente.

BOMBA DE TRASIEGO (B-102)

Esta al igual que la bomba de elevación es una bomba electromecánica con potencia mínima de

0,25 HP y caudal de 150 L/min, la cual trasiega el agua clarificada desde el reactor de hidrolización

hacia el reactor de oxidación y refinamiento. Esta bomba tarda un tiempo de dos minutos en

trasegar el líquido clarificado de un reactor a otro.

REACTOR DE OXIDACIÓN Y REFINAMIENTO (R-102)

Este reactor también consiste de un reactor secuencial, en él se agrega H2O2 para promover la

oxidación y remoción de compuestos orgánicos, así como metales remanentes de la primera fase.

Posteriormente se promueve la absorción de compuestos refractarios y subproductos del

tratamiento con carbón activado, el cual puede ser posteriormente recuperado. Los pasos para la

operación de este reactor son:

1- Llenado: se produce mientras el líquido clarificado del reactor de hidrolización es bombeado

a través de la bomba de trasiego hasta el reactor de oxidación y refinamiento. Esta

operación tarda dos minutos.

2- Neutralización: se agrega HNO3 según se indica en los cálculos de dimensionamiento para

neutralizar el pH de la mezcla de reacción.

3- Oxidación: se agrega el H2O2 establecido en el dimensionamiento mientras se agita por un

tiempo de 5 minutos para homogenizar la mezcla y luego se deja reposar por 30 minutos.

4- Absorción: transcurridos los 30 minutos, se agrega el carbón activado según se indica en el

dimensionamiento con agitación por cinco minutos para favorecer el contacto entre

reactivos. Luego se deja reposar por otros 30 minutos para favorecer la sedimentación de

187

los sólidos. Se aclara que para esta fase los tiempos de reposo se toman de Mora (2015)

debido a la similitud entre los procesos.

5- Evacuación: Una vez transcurrido el tiempo de sedimentación se evacúa el reactor. Este

proceso tarda alrededor de 30 minutos que es el tiempo que tarda la filtración en el

separador de carbón.

SEPARADOR DE CARBÓN (S-102)

Esta unidad consiste de un filtro de arena cuyo propósito es retener los sólidos generados, así

como el carbón activado para su posterior regeneración. El caudal de diseño para esta unidad es de

13,89 L/min; de manera que se tarda alrededor de 30 minutos en filtrar el contenido del reactor de

oxidación y refinamiento.

CONTROL OPERACIONAL

El control operacional se realiza con el propósito de evaluar el funcionamiento de la planta y su

efectividad en el cumplimiento de la calidad del agua tratada, según los requerimientos normativos

y de diseño del sistema; así como para evitar daños en las unidades o infraestructura.

-Bitácora

Debe llevarse una bitácora de trabajo donde se conserve un registro diario de las actividades

relevantes que se desarrollen, en función de la operación y control del sistema. Esta debe

permanecer en custodia del operador del sistema y estar siempre actualizada. Cada anotación debe

registrar el nombre y firma de la persona que la realiza.

-Análisis rutinarios

Se deben realizar mediciones rutinarias de los siguientes parámetros operativos:

Caudal: se realizará por medio de los vertederos de aforo el último día de trabajo que

corresponde al de la descarga. Para esto, el operario tomará la lectura de la regleta de cada

188

unidad y utilizará la siguiente ecuación para calcular el caudal. Ambos datos los consignará

en la bitácora.

Q = 1,4H5 2⁄

Donde:

Q = caudal (m3/s)

H = dato de altura en la regleta del vertedero (m)

pH y temperatura: con la ayuda del pH metro (que también registra la temperatura) cada

día laboral se debe realizar una toma de dato de acidez y temperatura de las aguas en el

cárcamo de bombeo, que se reportarán en la bitácora.

Sólidos sedimentables: el último día de trabajo, correspondiente al de la descarga, se

realizará al menos una medición de este parámetro. Para esto, por medio de un recipiente

plástico, se extraerá un litro de agua del cárcamo de bombeo y lo depositará en el cono

Inhoff. Al cabo de 60 minutos tomará el dato de los sólidos sedimentados y los reportará en

la bitácora.

-Análisis periódicos

Al menos una vez semestralmente, un laboratorio autorizado por el Ministerio de Salud, tomará

muestras compuestas del agua en el vertedero de salida para su respectivo análisis físico químico.

POSIBLES PROBLEMAS

Los problemas más típicos que podrían presentarse son los siguientes:

Obstrucción de los separadores de sólidos (S-101 y S-102): si la afluencia de lodos es alta, y

los separadores no se encuentran debidamente limpios, podría presentarse una obstrucción

en los mismos, lo que incrementa el contenido de agua en los lodos separados. En estos

casos se debe lavar el separador para eliminar las obstrucciones y reestablecer la superficie

libre.

189

MANTENIMIENTO

Tras cada una de las corridas operativas de la planta, se deben llevar a cabo las siguientes labores

de mantenimiento:

Lavado de los equipos para evitar la remanencia de sustancia que puedan dañarlos u

obstruirlos.

Inspección de todos los componentes del sistema (tuberías, equipos, estructuras, etc.) para

asegurar su buen estado. Si se presentara algún inconveniente, el operario debe reportarlo

para que se tomen las acciones necesarias.

Retiro de los sólidos del separador para su adecuada disposición.

Vigilar por el orden y aseo de las zonas correspondientes a la planta de tratamiento.

RESIDUOS Y DESECHOS

Habitualmente, los residuos esperados de los procesos del sistema de tratamiento serán los

siguientes:

Sólidos (lodos) extraídos de los separadores (S-101 y S-102)

Estos serán depositados en los recipientes aprobados para tal fin y dispuestos conforme al plan

de manejo de residuos autorizados.

REPORTES OPERACIONALES

Una vez semestralmente, se deberá elaborar y presentar al Ministerio de Salud, el reporte

operacional correspondiente, conforme se establece en el reglamento 33601 Reglamento de

Vertido y Reuso de Aguas Residuales.

190

CUADRO RESUMEN

Actividad Frecuencia

Medición de caudal Diario

Medición de sólidos sedimentables Diario

Medición de pH y temperatura Diario

Limpieza del sistema Semestral

Inspección de la planta Semestral

desarrollo de una metodologÍa para el tratamiento de

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