Universidad de La Salle Universidad de La Salle

Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle

Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería

1-1-2003

Evaluación de la eficiencia de los sistemas de tratamiento y Evaluación de la eficiencia de los sistemas de tratamiento y

esquema preliminar de un sistema terciario en la planta de esquema preliminar de un sistema terciario en la planta de

tratamiento de aguas residuales de Propal S.A tratamiento de aguas residuales de Propal S.A

Ibeth Katerine Hurtátiz Espinosa Universidad de La Salle, Bogotá

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EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DE LOS SISTEMAS DE

TRATAMIENTO Y ESQUEMA PRELIMINAR DE UN SISTEMA TERCIARIO

EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE

PROPAL S.A.

IBETH KATERINE HURTÁTIZ ESPINOSA

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL Y SANITARIA

BOGOTA, D.C.

2003

EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO Y

ESQUEMA PRELIMINAR DE UN SISTEMA TERCIARIO EN LA PLANTA DE

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE PROPAL S.A.

IBETH KATERINE HURTÁTIZ ESPINOSA

Proyecto de Grado para optar al título de Ingeniera Ambiental y Sanitaria

Director EPIFANIO FORERO

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL Y SANITARIA

BOGOTA, D.C.

2003

Nota de aceptación

__________________________________

__________________________________ __________________________________ __________________________________ Director __________________________________ Jurado __________________________________ Jurado Bogotá, Abril de 2003

Ni la Universidad, ni el asesor, ni el jurado

calificador son responsables de las ideas

expuestas por el autor.

A Dios, por acompañarme en todo

momento y brindarme la sabiduría para

realizar el presente trabajo.

A mis padres y hermanos, por brindarme su

amor, confianza y apoyo incondicional para

alcanzar con éxito la consecución del presente

proyecto.

AGRADECIMIENTOS El autor expresa sus agradecimientos a: Roberto Balda, Asesor constante del presente proyecto por su continuo apoyo y orientación para las correcciones del texto. La Empresa Productora de Papeles PROPAL S.A., por brindarme la oportunidad de realizar el presente proyecto en sus instalaciones. César Zuluaga, Ingeniero Industrial y Gerente del Área de Esmaltados por su constante apoyo y valiosa orientación. Marco Bocanegra, Ingeniero Químico y Gerente de Gestión Ambiental, por las explicaciones durante la fase preliminar de inducción del presente proyecto. A todo el personal que labora en el Departamento de Tecnología y en general a toda la familia PROPAL, quienes me brindaron su colaboración y apoyo incondicional durante mi estadía en la empresa y en la ciudad de Cali.

CONTENIDO

pág.

GLOSARIO

INTRODUCCION 18

1. GENERALIDADES 20

1.1 RESEÑA HISTORICA 20

1.2 INFORMACION DE LA EMPRESA 21

1.3 DESCRIPCION DEL PROCESO DE PRODUCCION DE PULPA Y PAPEL

22

1.3.1 Ingenio azucarero. 22

1.3.2 Planta de fibra. 22

1.3.3 Planta de recuperación. 22

1.3.4 Planta de blanqueo. 23

1.3.5 Proceso de preparación de la pasta. 23

1.3.6 Máquina de papel. 23

1.3.7 Planta de esmaltados. 24

1.4 CONTROLES INTERNOS PARA TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

24

1.4.1 Control de vertimientos domésticos. 24

1.4.2 Recuperación de productos químicos del proceso. 25

1.4.3 Laguna de sedimentación de inorgánicos. 26

1.4.4 Pozos de polución, caustificación y planta de agua. 27

1.4.5 Tratamientos internos 27

1.4.5.1 Recuperadores de fibra en las máquinas de papel. 27

1.4.5.2 Zaranda rotatoria en el área de pulpa. 27

1.4.5.3 Recirculación de aguas de proceso en planta de pulpa. 27

1.4.5.4 Planta de desmedulado. 28

1.4.5.5 Blanqueo con oxígeno y peróxido de hidrógeno. 28

1.4.5.6 Preblanqueo con oxígeno. 28

1.4.6 Planta de tratamiento de aguas residuales. 28

1.4.6.1 Pretratamiento. 28

1.4.6.2 Tratamiento primario. 29

1.4.6.3 Tratamiento secundario. 30

2. EVALUACION DE LA EFICIENCIA DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO

33

2.1 PROCEDIMIENTO 33

2.2 PARAMETROS DE DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO

34

2.3 EFICIENCIA DEL CLARIFICADOR 36

2.3.1 Sólidos suspendidos totales (SST). 36

2.3.2 Demanda bioquímica de oxígeno (DBO). 37

2.3.3 Demanda química de oxígeno (DQO). 39

2.3.4 Análisis de resultados. 40

2.4 EFICIENCIA DE LA LAGUNA FACULTATIVA 41

2.4.1 Sólidos suspendidos totales (SST) 41

2.4.2 Demanda bioquímica de oxígeno (DBO). 42

2.4.3 Demanda química de oxígeno (DQO). 44

2.4.4 Análisis de resultados. 45

2.5 EFICIENCIA DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO TOTAL (CLARIFICADOR Y LAGUNA DE AIREACION)

47

2.5.1 Sólidos suspendidos totales (SST) 47

2.5.2 Demanda bioquímica de oxígeno (DBO). 48

2.5.3 Demanda química de oxígeno (DQO). 49

2.5.4 Análisis de resultados. 51

3. ESTUDIO ESTADISTICO DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO

52

3.1 PROCEDIMIENTO 52

3.2 ANALISIS ESTADISTICO 53

3.3 CUADROS DE ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO

46

4. EVALUACION DE LA PRESENCIA DE METALES PESADOS EN LOS EFLUENTES

73

4.1 PROCEDIMIENTO 73

4.2 FUNDAMENTOS TEORICOS 73

4.2.1 Plomo. 73

4.2.2 Cadmio. 73

4.2.3 Cinc. 74

4.2.4 Cromo. 74

4.3 ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO DE LOS METALES PESADOS POR LUGAR DE MUESTREO

74

4.3.1 Río Cauca. 75

4.3.2 Salida laguna facultativa. 75

4.4 ANALISIS ANUAL DE LOS METALES PESADOS 76

5. CARACTERIZACION DE MUESTRAS DE AGUA PARA EL MONTAJE EN LABORATORIO DE UN ESQUEMA PRELIMINAR DE UN SISTEMA TERCIARIO APLICADO AL EFLUENTE DE LA LAGUNA FACULTATIVA

77

5.1 PROCEDIMIENTO 78

5.1.1 Pruebas de jarras. 78

5.1.1.1 Registros de pruebas de jarras 79

5.1.2 Análisis fisicoquímicos. 85

5.1.3 Análisis de resultados. 86

5.1.3.1 Temperatura 86

5.1.3.2 pH 87

5.1.3.3 Sólidos 88

5.1.3.4 Turbidez 90

5.1.3.5 Color 91

5.1.3.6 Demanda Bioquímica de Oxígeno 92

5.1.3.7 Demanda Química de Oxígeno 93

5.1.3.8 Alcalinidad 94

5.1.3.9 Dureza 95

6. MONTAJE EN LABORATORIO DE UN ESQUEMA PRELIMINAR DE UN SISTEMA TERCIARIO APLICADO AL EFLUENTE DE LA LAGUNA FACULTATIVA

96

6.1 FUNDAMENTOS TEORICOS 96

6.1.1 Tratamiento fisicoquímico. 96

6.1.1.1 Coagulación - floculación. 98

6.1.1.2 Sedimentación. 98

6.1.1.3 Filtración. 99

6.2 PROCEDIMIENTO 99

6.3 DESCRIPCION DEL MONTAJE 99

6.3.1 Materiales. 100

6.3.2 Descripción de unidades. 101

6.3.2.1 Tanque de homogenización. 101

6.3.3 Tanque de coagulación – floculación. 102

6.3.4 Tanque de sedimentación. 103

6.3.5 Filtro. 104

6.4 CALCULOS DEL ENSAYO 106

6.4.1 Cálculo del afluente. 106

6.4.2 Cálculo del alumbre. 106

6.4.3 Tiempo de contacto en la cámara de coagulación – floculación.

107

6.4.4 Tiempo de residencia en las etapas de coagulación – floculación – sedimentación.

107

6.5 OBSERVACIONES 107

7. CONCLUSIONES 108

8. RECOMENDACIONES 112

BIBLIOGRAFIA 114

ANEXOS 118

LISTA DE CUADROS

pág.

Cuadro 1. Características de los vertimientos 25 Cuadro 2. Condiciones normales de operación del clarificador 34 Cuadro 3. Condiciones normales de operación de la laguna facultativa 35 Cuadro 4. Comportamiento promedio del clarificador a través del tiempo 40 Cuadro 5. Comportamiento promedio de la laguna facultativa a través del tiempo 46

Cuadro 6. Comportamiento promedio del sistema de tratamiento total a través del tiempo 51

Cuadro 7. Parámetros estadísticos de datos de entrada del clarificador en 1998 57

Cuadro 8. Parámetros estadísticos de datos de salida del clarificador en 1998 58

Cuadro 9. Parámetros estadísticos de datos de entrada del clarificador en 1999 59

Cuadro 10. Parámetros estadísticos de datos de salida del clarificador en 1999 60

Cuadro 11. Parámetros estadísticos de datos de entrada del clarificador en 2000 61

Cuadro 12. Parámetros estadísticos de datos de salida del clarificador en 2000 62

Cuadro 13. Parámetros estadísticos de datos de entrada del clarificador del primer semestre de 2001 63

Cuadro 14. Parámetros estadísticos de datos de salida del clarificador

del primer semestre de 2001 64 Cuadro 15. Parámetros estadísticos de datos de entrada de laguna facultativa en 1998 65

Cuadro 16. Parámetros estadísticos de datos de salida de laguna facultativa en 1998 66

Cuadro 17. Parámetros estadísticos de datos de entrada de laguna facultativa en 1999 67

Cuadro 18. Parámetros estadísticos de datos de salida de laguna facultativa en 1999 68

Cuadro 19. Parámetros estadísticos de datos de entrada de laguna facultativa en 2000 69

Cuadro 20. Parámetros estadísticos de datos de salida de la laguna facultativa en 2000 70

Cuadro 21. Parámetros estadísticos de datos de entrada de laguna facultativa en el primer semestre de 2001 71

Cuadro 22. Parámetros estadísticos de datos de salida de laguna facultativa en el primer semestre de 2001 72

Cuadro 23. Presencia de metales pesados en la bocatoma del Río Cauca 75

Cuadro 24. Presencia de metales pesados en el efluente de la laguna facultativa 75

LISTA DE TABLAS

pág.

Tabla 1. Tabla de datos de la figura 2 36 Tabla 2. Tabla de datos de la figura 3 38 Tabla 3. Tabla de datos de la figura 4 39 Tabla 4. Tabla de datos de la figura 5 42 Tabla 5. Tabla de datos de la figura 6 43 Tabla 6. Tabla de datos de la figura 7 44 Tabla 7. Tabla de datos de la figura 8 48 Tabla 8. Tabla de datos de la figura 9 49 Tabla 9. Tabla de datos de la figura 10 50 Tabla 10. Ejemplo datos de entrada del clarificador en 1998 54 Tabla 11. Ejemplo datos de entrada del clarificador en 1998 que se ajustan a una distribución normal 55

LISTA DE FIGURAS

pág.

Figura 1. Esquema de obtención de datos para la evaluación de los sistemas de tratamiento de agua residual 33

Figura 2. Eficiencias de remoción de SST a través del tiempo obtenidas para el clarificador 37

Figura 3. Eficiencias de remoción de DBO a través del tiempo obtenidas para el clarificador 38

Figura 4. Eficiencias de remoción de DQO a través del tiempo obtenidas para el clarificador 40

Figura 5. Eficiencias de remoción de SST a través del tiempo obtenidas para laguna facultativa 42

Figura 6. Eficiencias de remoción de DBO a través del tiempo obtenidas para la laguna facultativa 43

Figura 7. Eficiencias de remoción de DQO a través del tiempo obtenidas para la laguna facultativa 45

Figura 8. Eficiencias de remoción de SST a través del tiempo obtenidas para el sistema de tratamiento total 48

Figura 9. Eficiencias de remoción de DBO a través del tiempo obtenidas para los sistemas de tratamiento total 49

Figura 10. Eficiencias de remoción de DQO a través del tiempo obtenidas para el sistemas de tratamiento total 50

Figura 11. Obtención de muestras de agua para análisis fisicoquímicos 86 Figura 12. Resultados análisis de temperatura 87 Figura 13. Resultados análisis de pH 88

19

Figura 14. Resultados de análisis de Sólidos Suspendidos Totales 89 Figura 15. Resultados de análisis de sólidos disueltos 89 Figura 16. Resultados de análisis de sólidos totales 90 Figura 17. Resultados de análisis de turbidez 91 Figura 18. Resultados de análisis de color 92 Figura 19. Resultados de análisis de DBO 92 Figura 20. Resultados de análisis de DQO 93 Figura 21. Resultados de análisis de alcalinidad total 94 Figura 22. Resultados de análisis de dureza cálcica 95 Figura 23. Resultados de análisis de dureza total 96 Figura 24. Diagrama de flujo montaje esquema preliminar de un sistema terciario 100

Figura 25. Detalle del filtro para el montaje 104

20

LISTA DE ANEXOS

pág.

Anexo A. Fotografia aerea de Propal Planta 1 21 Anexo B. Diagramas de flujo del proceso de producción de pulpa y papel de Propal Planta 1 24

Anexo C. Diagramas de flujo del sistema de tratamiento de aguas residuales de Propal Planta 1 29

Anexo D. Detalles de los sistemas de tratamiento de Propal planta 1 29 Anexo E. Índices de Control Ambiental (ICA´s) de Propal planta 1 33 Anexo F. Cuadros del comportamiento de la eficiencia de los sistemas de tratamiento de Propal Planta 1 36

Anexo G. Balance hídrico Propal Planta 1 de 2001 41 Anexo H. Normas de vertimiento y calidad del agua en Propal Planta 1 73 Anexo I. Tratamiento de potabilización del agua en Propal planta 1 78 Anexo J. Norma Propal para análisis fisicoquímicos 85

21

GLOSARIO AGUA RESIDUAL INDUSTRIAL: aguas residuales provenientes de las descargas de industrias de manufactura. CARGA ORGÁNICA: producto entre la concentración de la materia orgánica del agua residual y el caudal promedio en un mismo punto (mg/L*m3/día) CAUDAL: volumen del líquido descargado en un tiempo determinado. CONCENTRACIÓN: relación entre la masa de un elemento, compuesto o sustancia y el volumen del liquido que la contiene (mg/L). CRIBADO: eliminación de sólidos gruesos y sedimentables por intercepción. Esta operación se emplea para le reducción de sólidos en suspensión de tamaños distintos. DBO: medida de la cantidad de oxígeno requerido para la oxidación de materia orgánica biodegradable presente en la muestra de agua y como resultado de la acción de oxidación bioquímica aerobia. DQO: cantidad de oxígeno requerido para oxidar la fracción orgánica de una muestra susceptible de oxidación al dicromato o permanganato, en medio ácido. Es una estimación de las materias oxidables en el agua cualquiera que sea su origen, orgánico o mineral. FLOTACIÓN: eliminación de sólidos en suspensión residuales presentes después del tratamiento químico o biológico. Es una operación que se utiliza para separar sólidos de baja densidad de una fase liquida, y se lleva a cabo introduciendo finas burbujas de gas, normalmente aire, en la fase líquida. LODO: subproducto en estado coloidal. Suspensión de un sólido en un líquido. Proviene de tratamientos biológicos. METALES PESADOS: elementos metálicos de masa atómica relativamente elevada y alta densidad. Son persistentes en el medio ambiente y bioacumulativos en los seres vivos.

22

MUESTRA COMPUESTA: son aquellas formadas por mezcla de muestras individuales tomadas en diferentes momentos. La cantidad de flujo individual debe ser proporcional al flujo de caudal en el momento en que la muestra fue tomada. MUESTRA SIMPLE: da las características del agua residual, en el momento en que la muestra es tomada. Se usa generalmente cuando el caudal de agua residual y sus composición es relativamente constante, cuando el flujo de agua residual es intermitente y cuando las muestras compuestas pueden ocultar condiciones extremas de las aguas residuales (pH, temperatura). OXIGENO DISUELTO: parámetro químico de análisis de aguas. Cantidad de oxígeno disponible en el agua (mg/L). pH: medida de la concentración del ión hidrógeno en el agua, expresada como el logaritmo negativo de la concentración molar del ión hidrógeno SEDIMENTACIÓN: consiste en la separación por la acción de la gravedad de las partículas suspendidas cuyo peso específico es mayor que el del agua. Se basa en la diferencia de peso especifico entre partículas sólidas y el liquido donde se encuentran, que acaba en el deposito de las materias en suspensión. El proceso de sedimentación permite la eliminación de sólidos sedimentables y el espesado de fangos. SÓLIDOS DISUELTOS: sales orgánicas e inorgánicas que disueltas en aguas producen iones, que se pueden separar mediante la evaporación. Estos iones incrementan la conductividad del agua. SÓLIDOS SEDIMENTABLES: partículas sólidas que se pueden separar mediante la acción de la gravedad. SÓLIDOS NO SEDIMENTABLES: partículas de tamaño reducido que no se pueden separar por sedimentación (coloides). Se pueden separar mediante adición de sustancias químicas (coagulación) SÓLIDOS TOTALES: conjunto de sólidos presentes en un volumen de agua. TRATAMIENTO PRIMARIO: tratamiento que se emplea para la eliminación de los sólidos en suspensión y los materiales flotantes, impuesta por los límites tanto de descarga al medio receptor, como para poder llevar los efluentes a un tratamiento secundario, bien directamente o pasando por una neutralización u homogeneización.

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TRATAMIENTO SECUNDARIO: reduce la cantidad de materia orgánica en el agua. Por lo general, los procesos empleados microbianos empleados son aeróbicos, permitiendo la aceleración de los procesos naturales de eliminación de residuos. En presencia de oxigeno las bacterias aeróbicas convierten la materia orgánica en formas estables, como dióxido de carbono, agua, nitratos y fosfatos, así como otros materiales orgánicos. TRATAMIENTO TERCIARIO: se utiliza cuando el vertido requiere un grado de tratamiento mayor al que puede aportar un tratamiento secundario, o si el efluente va a reutilizarse. Su objetivo fundamental es la eliminación de contaminantes que no se eliminan con los tratamientos biológicos convencionales. TURBIEDAD: propiedad de la materia cuya determinación se realiza indirectamente a través de la cantidad de luz transmitida y reflejada por las partículas. VERTIMIENTO LÍQUIDO: descarga residual industrial o domestica liquida. Puede caer a una fuente hídrica o a un sistema de recolección.

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RESUMEN

Propal S.A. inició operaciones en 1961en el municipio de Yumbo, Valle del Cauca, convirtiéndose en una de las primeras plantas en el mundo en el aprovechamiento de la fibra de la caña de azúcar como materia prima para la producción de papel. Propal consume aproximadamente 9.000 Galones por minuto de agua del Río Cauca, para sus procesos productivos y de consumo humano, cantidad suficiente para abastecer una población de más de 50.000 habitantes. Conciente de su responsabilidad ante la comunidad, Propal no ha ahorrado esfuerzos económicos, técnicos o humanos para mejorar la calidad de sus efluentes al Río Cauca. Es así, que cuenta con diversos controles internos durante el proceso productivo y una planta de tratamiento de los efluentes compuesta por un clarificador y una laguna facultativa. La calidad del agua arrojada nuevamente al lecho del Río cumple satisfactoriamente con la normatividad vigente. Sin embargo, gracias a la política corporativa de Propal, respecto de la preservación del medio ambiente y en especial del río Cauca, día a día la Empresa ha buscado mecanismos de mejoramiento de los sistemas de tratamiento. El presente proyecto evalúa la eficiencia de las unidades de tratamiento de agua residual de Propal, a través de la recopilación de los datos de los análisis fisicoquímicos desde 1998 hasta el primer semestre 2001. La evaluación se basa en establecer el comportamiento a través del tiempo de los valores de Demanda Bioquímica de Oxígeno, Demanda Química de Oxigeno y Sólidos Suspendidos Totales a la entrada y salida del clarificador, la laguna facultativa y el sistema completo de tratamiento, y la estadística de dichos valores para determinar la variabilidad de los mismos. Los estudios preliminares para el montaje de un sistema terciario aplicado al agua residual tratada que vuelve al Río Cauca, determina de manera inicial los parámetros que se deben tener en cuenta para el estudio completo de la implementación de un tratamiento que permita la recirculación de una parte del caudal de agua residual para incorporarla nuevamente al proceso.

25

SUMMARY Propal began operations in 1961 in Yumbo, Valle del Cauca, becoming one of the first plants in the world to use fiber out of sugar cane as row material for paper production. Propal consumes about 9.000 Gallons of water per minute for its productive processes and human consumption, enough quantity to supply a population of more than 50.000 habitants. Propal knows about its responsibility with the community, so it has not saved economic, technicals or human efforts to improve the quality of waste water coming to the Cauca River. It is this way that it counts on diverse internal controls during the productive process and a waste water treatment plant: clarifier and a lagoon. The quality of the water sent back to the channel of the River fulfills the legislation satisfactorily. However, thanks to the politics of Propal, regarding the preservation of the environment and especially of the Cauca River, day by day the Company has looked for mechanisms of improvement of the treatment systems. The document is based on evaluating the efficiency of removal of polluting loadings of the present treatment units with the purpose of looking for to recommend mechanisms for the improvement of the operation of these systems. Likewise, the formulation of new systems that reduce the consumption of water in Propal is the tool of improvement that will generate definitive solutions that minimize the impact generated to the Cauca River.

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INTRODUCCIÓN

El agua es un recurso preponderante en la evolución del ser humano ya que es protagonista del desarrollo de los pueblos y el crecimiento de las sociedades. El cuidado del recurso hídrico representa para el hombre una preocupación prioritaria que ha venido tomando fuerza a partir de los años sesenta, cuando términos tales como contaminación, protección del medio ambiente, ecología, etc., pasaron a ser palabras de uso común. Hoy por hoy, uno de los compromisos de los Ingenieros Ambientales y Sanitarios es buscar alternativas de manejo de la contaminación estableciendo una escala de preponderancia en la investigación de técnicas de minimización de la contaminación del agua a través de la evaluación y el control de los procesos industriales en el sector manufacturero. La aplicación de sistemas de tratamiento que permitan reducir la descarga de aguas contaminadas a los cuerpos de agua también es un procedimiento prioritario que permite contribuir al cuidado del medio ambiente y los recursos. Propal Planta 1, fabrica papel a partir de bagazo de caña de azúcar. Aunque no requiere de actividades como la producción y explotación de recursos forestales, consume grandes cantidades de agua, energía y otros recursos naturales. Es una fuente de generación de residuos sólidos, emisiones atmosféricas y aguas residuales. Para mitigar los impactos negativos que la producción de papel tiene sobre el medio ambiente, desde sus inicios Propal ha desarrollado proyectos ambientales y ha puesto en funcionamiento diversos sistemas de control y protección ambiental. A través de la evaluación de la eficiencia de los sistemas de tratamiento de agua residual en Propal, es posible determinar las variaciones de las condiciones de diseño para las cuales fueron construidos los sistemas de tratamiento a través del tiempo, así como las variaciones fisicoquímicas del agua residual. El alto consumo de agua del Río Cauca utilizado en la fabricación de papel de Propal S.A. Planta 1 (9020 GPM 1), ha generado la necesidad de formular un esquema preliminar de un sistema terciario para ser aplicado en el efluente tratado, de manera que parte del efluente pueda ser recirculado nuevamente al proceso productivo. En consecuencia, para Propal S.A. los beneficios económicos y ambientales se verán reflejados en la reducción de los costos para la producción 1 Balance hídrico Propal Planta 1

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de papel a través de la disminución del consumo de agua en el proceso. A su vez, el medio ambiente y la calidad de vida del componente social estarán estrechamente ligados a dicho beneficio permitiendo la reducción de carga al Río Cauca, eje primordial en el desarrollo del Departamento del Valle del Cauca.

28

1. GENERALIDADES 1.1 RESEÑA HISTORICA El 19 de Noviembre de 1957, Productora de Papeles Popal S.A. Planta 1 fue fundada por W.R.Grace & Co., de los Estados Unidos el 19 de noviembre de 1957 bajo la razón social Pulpa y Papel Colombianos S.A.- PULPACO, en el municipio de Yumbo, Valle del Cauca. El 11 de octubre de 1958 la razón social se cambió a Pulpa y Papeles Grace Colombianos S.A. PAGRACO. En 1961 se vinculó a la empresa Internacional Paper Company, compañía líder el a producción de pulpa y papel, en ese entonces tomó su actual razón social de Productora de Papeles S.A., Propal. El principal objeto social de la firma es la fabricación, distribución y venta de papeles finos de imprenta y escritura y de sus materias primas y derivados. En 1966 amplió su capacidad productiva a 72.000 toneladas métricas anuales con la adición de una nueva máquina papelera. En 1973 comenzó a operar la planta de recuperación de productos químicos, evitando la contaminación del Río Cauca al recuperar la soda cáustica. Se adquiere un precipitador electroestático para la caldera de recuperación y un lavador de gases tipo venturi para el horno de cal. En 1976 se inicia en Colombia la producción de papeles esmaltados con la instalación de una moderna planta con capacidad de 20.000 toneladas métricas anuales. En 1980, se termina la construcción de dos lagunas de sedimentación para el tratamiento de efluentes inorgánicos. En 1986 se trae la más avanzada tecnología para el proceso de blanqueo de la pulpa por medio de la instalación de un mezclador de cloro gaseoso de alta eficiencia y una cuarta etapa de blanqueo. Entre 1987 y 1990 da al servicio proyectos para la conservación del medio ambiente como la instalación de un precipitador electroestático del 98% de eficiencia y dos ciclones de 95% de eficiencia cada uno en las calderas de potencia para el control de emisiones a la atmósfera y se monta una laguna de 14 hectáreas para el control de la contaminación del agua. En 1990, Propal S.A. alcanza una capacidad de 115.000 ton/año de producción de pulpa y papeles finos. A mediados de este año entra en negociaciones para la compra de Papelcol (actualmente Propal Planta 2). En 1991 empieza a operar el sistema de preblanqueo con oxígeno presentando buenos resultados desde el punto de vista económico y ambiental.

29

En 1995, Propal S.A. generó utilidades netas ajustadas por inflación de $16.911 millones. El crecimiento en la utilidad bruta constituyó un record histórico al pasar de $10.003 millones en 1994 a $43.598 millones en 1995. La producción llegó a 280 – 300 ton/día. En el 2001 se reconstruyó la planta esmaltadora instalando una torre de empalme, sistemas de secado, refilado, enhebrado y control de calidad con el objeto de incrementar la capacidad de producción a 66.000 ton/año y lograr una preparación automática de la preparación del esmalte. Con esto se constituyó como la planta esmaltadora más moderna de Latinoamérica, la cual además tiene como combustible gas natural, reduciendo así la emisión de partículas y gases contaminantes a la atmósfera. Para su operación, la planta está dividida en cuatro grandes áreas: el área de Fibra, Pulpa y Caustificación, el área de Máquinas, al área de Recuperación y Potencia (Recupotencia) y el área de Mantenimiento y Servicios. 1.2 INFORMACIÓN DE LA EMPRESA

Productora de Papeles PROPAL S.A., se encuentra ubicada en el sector dos de la zona industrial de Yumbo, que está comprendida a partir de la quebrada Arroyohondo entre la Autopista Cali - Yumbo y la antigua carretera hasta la intersección con la glorieta de la Américas (Ver Anexo A).

Es el principal productor de papel blanco de la región andina, razón por la cual es una empresa clave para la industria de artes gráficas nacional, además de que contribuye significativamente a la economía regional del Valle del Cauca por cuanto produce papel utilizando el bagazo de la caña, residuo de la producción de azúcar de los ingenios. Algunas cifras dan una idea de las magnitudes de la empresa: exporta el 25% de la producción anual a los mercados de Ecuador, Perú, Venezuela, Centro América, el Caribe y Estados Unidos, genera 1.500 empleos directos y 10.000 indirectos, en su planta Nº 1, es el segundo comprador doméstico de carbón y entre insumos y producto final transporta dos millones de toneladas de carga al año. PROPAL S.A., actualmente produce calidades de papel como: bond, offset, reprográfico, brístol, copia, formas continuas, papel propalcote, cartulina propalcote, y papeles extrafinos.

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1.3 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE PRODUCCION DE PULPA Y PAPEL 1.3.1 Ingenio azucarero. Se inicia en los ingenios azucareros en donde se recolecta el bagazo que resulta de la molienda de la caña de azúcar. Este bagazo es pretratado para remover parte de la médula, o el polvillo que no es apto para la fabricación del papel. 1.3.2 Planta de fibra. El bagazo crudo y tratado recibido de los ingenios se procesa en húmedo a través de un tratamiento que busca desmenuzar los haces de fibra, separar el polvillo o bagacillo para utilizarlos como combustible y extraer y separar respectivamente materiales solubles e insolubles para obtener la mejor calidad de fibra. Para obtener fibra se realiza un desmedulado en seco a través de un molino cilíndrico que permite separar fibra y polvillo, un lavado por flotación de la fibra para remover sólidos extraños, y un desmedulado en húmedo para remover materiales solubles y extraer agua hasta una humedad del 70%. Cuando la fibra pretratada entra en la planta de pulpa, es sometida a un proceso de cocción con soda cáustica y vapor a alta presión y temperatura, conocido como "proceso a la soda" con el fin de eliminar parte de la lignina contenida en la fibra de caña de azúcar. Esta operación se efectúa en digestores continuos. Posteriormente, la pulpa pasa a un tanque donde se efectúa la despresurización. La pulpa, en esta etapa, presenta un color café. Seguidamente es enviada al cuarto de filtros lavadores en contracorriente donde se separa la pulpa del licor residual del cocimiento, más conocido como "licor negro". En seguida, la fibra pasa al sistema de limpieza compuesto por zarandas y depuradores ciclónicos, donde se realiza una separación gruesa y fina de los materiales indeseables, como arena y otras impurezas. La pulpa café obtenida puede continuar al proceso de blanqueo o ser usada en las máquinas papeleras con destino a la fabricación de papeles sin blanquear o naturales. 1.3.3 Planta de recuperación. El licor obtenido en el lavado de la pulpa se concentra en evaporadores para alimentar la unidad de recuperación, en donde la materia orgánica se quema como combustible y la materia inorgánica se recupera como un fundido de carbonato de sodio. Este carbonato disuelto posteriormente se clarifica y se hace reaccionar con cal viva en un apagador de cal, reacción que termina en tanques de retención o caustificadores, formando soda cáustica y carbonato de calcio. El licor resultante se clarifica en un tanque para obtener finalmente soda cáustica, la cual retorna a la planta de pulpa para la cocción de la fibra. Los lodos resultantes se mezclan, se lavan y más tarde se filtran para ser

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calcinados en un horno de cal. El producto primario es cal viva a ser utilizada nuevamente en caustificación para la continuación del ciclo. 1.3.4 Planta de blanqueo. A lo largo del proceso de blanqueo se logra retirar paulatinamente toda la lignina residual que le confiere el color café a la pulpa en las etapas de clorinación, extracción y oxidación con hipoclorito gracias a la reacción química que ocurre en cada una de las torres de retención y a un posterior lavado por filtración para eliminar los productos de cada reacción. Mediante estos procesos químicos de digestión y blanqueo se obtiene la pulpa para producir papeles “Woodfree”, término con el que en la industria papelera se conocen aquellos productos que no contienen lignina. La pulpa blanqueada es utilizada para la producción de papel y cartulinas finas. 1.3.5 Proceso de preparación de la pasta. La pulpa de bagazo blanqueada o sin blanquear debe ser mezclada con una cantidad variable de pulpa de fibra larga de madera, con el objetivo de dar resistencia mecánica a la hoja de papel. Posteriormente pasa por un proceso de refinación donde se cortan las fibras y después se le adicionan los productos químicos como carbonato de calcio, encolantes y aditivos diversos, de acuerdo con la formulación específica de cada grado de papel a ser producido, dependiendo de su uso final necesarios para pasar a las máquinas de papel. La mezcla se pasa a través de unos depuradores ciclónicos, retirando impurezas como arena y astillas del bagazo entre otros, para mejorar la calidad de la pulpa que posteriormente va a entrar a la máquina de papel. 1.3.6 Máquina de papel. La mezcla de fibras, aditivos químicos, colorantes y gran cantidad de agua es depositada sobre una malla girando a alta velocidad. Mediante una combinación de efectos de gravedad y vacío, se retira el agua quedando al final de la malla una estructura húmeda de fibras entrelazadas que es en sí el principio de la hoja de papel. Posteriormente se pasa la hoja de papel por un sistema de prensas y secadores de vapor para eliminar el exceso de humedad que todavía contiene la hoja de papel. La hoja de papel es pasada por un sistema de rodillos, llamado calandria, que prensa la hoja para dar mejores propiedades de apariencia como lisura, calibre y porosidad. Esta hoja continua de papel es enrollada en bobinas de gran tamaño, llamadas jumbos o reeles, donde se corta en rollos más pequeños de acuerdo con lo solicitado por los clientes.

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En la sección de terminados se llevan a cabo actividades tales como: conversión de rollos en hojas, rollos en rollos de otras dimensiones, rollos para ser supercalandreados (reducción de calibre e incremento de la lisura del papel) o rollos para ser embozados (textura predeterminada). La fabricación de papel es un proceso continuo y tiene sistemas computarizados de medida y control de las principales variables y características de calidad de papel. 1.3.7 Planta de esmaltados. Tiene como fin aplicar al papel base por una o ambas caras, un recubrimiento de pigmentos (caolín, dióxido de Titanio), proteínas, almidones y adhesivos sintéticos. Este proceso se realiza aplicando la película de esmalte sobre la superficie del papel base de características predeterminadas y de acuerdo con la calidad que se requiera. El papel esmaltado pasa por un sistema de secado con aire caliente y lámparas infrarrojas para ajustar la humedad final. Se embobina y se pasa por una supercalandria que mediante la acción de una serie de rodillos de pasta, intercalados con rodillos de acero, producen el brillo de la cara, o caras, esmaltadas de la hoja de papel. Finalmente el papel esmaltado se corta y se despacha de acuerdo con los requerimientos del cliente.

El diagrama de flujo del proceso de producción de pulpa y papel se encuentra en el Anexo B.

1.4 CONTROLES INTERNOS PARA TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES Las características de los vertimientos por área de producción aparecen en el Cuadro 1, en términos de pH, caudal (Q), sólidos suspendidos totales (SST), demanda biológica de oxígeno (DBO) y pérdidas de fibra, para las áreas internas en las que el departamento de Control Ambiental caracteriza efluentes. 1.4.1 Control de vertimientos domésticos. Los vertimientos provenientes de edificios, casino y domésticos en general se disponen en 21 pozos sépticos que se encuentran distribuidos en toda la empresa, los cuales remueven la materia orgánica sedimentable. Estos pozos cuentan con un sistema de filtros de tipo anaerobio de alta tasa ascendente, a los que se les realiza mantenimiento y limpieza anualmente. Los filtros retienen los lodos, los cuales son dispuestos por la empresa contratista en el relleno de Navarro de la ciudad de Cali, y el efluente

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de los filtros es enviado al sistema de tratamiento de aguas residuales de la empresa.

Cuadro 1. Características de los vertimientos

ÁREA RESIDUO A TRATAR

DESMEDULADO Baja coloración sólidos suspendidos y sólidos disueltos, azúcares, alcoholes, arenas y fibras

pH = 6.0 Q (caudal) = 965 GPM SST = 20.300 Kg./día DBO = 8045 Kg./día Fibra perdida = 7.63 Ton/día

PULPA Agua con Na OH, licor negro material orgánico disuelto, electrolitos e iones inorgánicos ligados a compuestos orgánicos.

pH = 10.5 Q (caudal) = 1279 GPM SST = 12.217 Kg./día DBO = 2603 Kg./día Fibra perdida = 7.88 Ton/día

BLANQUEO

pH = 3.3 Q (caudal) = 1926 GPM SST = 1238 Kg./día DBO = 2899 Kg./día Fibra perdida = 2.21Ton/día

MAQUINA 1

pH = 7.9 Q (caudal) = 634 GPM SST = 19.412 Kg./día DBO = 1480 Kg./día Fibra perdida = 1.74 Ton/día

MAQUINA 2

pH = 7.7 Q (caudal) = 430 GPM SST = 1569 Kg./día DBO = 544 Kg./día Fibra perdida = 0.53 Ton/día

MAQUINA 3

pH = 8.0 Q (caudal) = 856 GPM SST = 4247 Kg./día DBO = 1069 Kg./día Fibra perdida = 1.63 Ton/día

POZO RECUPERADOR

pH = 8.4 Q (caudal) = 451 GPM SST = 5500Kg./día DBO = 1316 Kg./día Fibra perdida = 5.85Ton/día

Fuente: Índices de Control Ambiental “ICAS”, Laboratorio de Polución Propal Planta 1, año 2001

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1.4.2 Recuperación de productos químicos del proceso. El objetivo de esta planta es recuperar las sales de sodio y aprovechar el calor de combustión de la materia orgánica contenida en el licor negro. Consiste en una etapa de concentración de los residuos cáusticos, provenientes del lavado de la pulpa, producto de la digestión de la fibra de bagazo. Este lavado se efectúa en tres lavadoras en contra corriente. El líquido de lavado concentrado, 8.9% de sólidos recibe el nombre de licor negro débil, el cual se envía a los evaporadores donde se concentra a 45% de sólidos. El licor negro ya concentrado se quema en la Caldera de Recuperación, donde la parte orgánica se convierte en CO2 y en agua; se aprovecha el calor generado de la combustión para producir vapor usado en el ciclo de recuperación. La parte inorgánica se precipita en forma de cenizas fundidas en el fondo de la Caldera, las cuales se disuelven con licor negro débil de lavado proveniente de la planta de caustificación y se envían a esta última como licor verde, rico en Carbonato de Sodio, el cual mediante el proceso Solvey, reaccionando con lechada de cal Ca(OH)2 se convierten en Soda Cáustica que es recirculada al sistema para la digestión de la fibra de bagazo en la planta de pulpa, cerrando el ciclo de recuperación. 1.4.3 Laguna de sedimentación de inorgánicos. Estas lagunas reciben los lodos enviados por bombeo desde el pozo #2 ubicado en la planta de tratamiento de agua industrial. Se denominan como laguna oriental y laguna occidental, cada una tiene una capacidad de 7500 m3 con un tiempo de llenado aproximado de tres meses y una remoción del 97% de los sólidos presentes en el efluente, estando una de ellas en operación, la otra está en secamiento y limpieza.

1. Lagunas de sedimentación de inorgánicos

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1.4.4 Pozos de Polución, Caustificación y Planta de Agua. En la actualidad existen tres pozos de polución en la planta, dos de los cuales están ubicados en la planta de tratamiento de agua residual y el tercero esta ubicado en la zona de caustificación. Estos pozos fueron construidos debido a los desniveles del terreno en la planta de Propal, que impedía la circulación del agua por gravedad. La función de los pozos es recibir el agua residual y bombearla según sea el caso, a su vez estos poseen homogenizadores mecánicos para que los sólidos no se sedimenten dentro de los tanques. Los pozos localizados en la planta de aguas residuales están identificados con el #1 y #2. El pozo #1 recibe los rechazos de máquinas y esmaltados, los cuales son homogenizados en este para ser enviados al área de afluentes antes de la entrada al clarificador. El pozo #2 recibe los lodos de los reactivadores y rechazos de cal, los cuales son homogenizados para ser enviados a las lagunas de sedimentación. Estos pozos están construidos a nivel del piso y fabricados en concreto a una profundidad de 3.5 m. Cada uno de los pozos tiene un agitador accionado por un reductor que es operado por un motor eléctrico y dos bombas centrifugas operadas con motores eléctricos. 1.4.5 Tratamientos internos. Los siguientes son los sistemas de tratamiento y control que existen en la planta de producción para reducción de la contaminación hídrica. 1.4.5.1 Recuperadores de fibra en las máquinas de papel. Existe uno en cada máquina y su objetivo es recuperar la fibra y otros sólidos suspendidos presentes en el agua proveniente de la mesa de formación y cajas de vacío. Esencialmente es un filtro rotatorio del tipo Door Oliver, donde las fibras y sólidos suspendidos se adhieren sobre una malla que cubre dicho filtro y por la aplicación de vacío sobre el cilindro, se extrae la mayor cantidad de agua, obteniéndose un líquido residual de bajo contenido de sólidos y el material recuperado se recircula al proceso. 1.4.5.2 Zaranda rotatoria en el área de pulpa. Los rechazos provenientes de los tornillos alimentadores de fibra a los digestores “Weepage” junto con los que se extraen en la primera etapa de la zaranda clasificadora de pulpa, son enviados a otra zaranda rotatoria donde se recupera la fibra, la cual es retornada al proceso. Los filtrados son tratados en otra zaranda curva, en la cual se separan los sólidos. El filtrado de esta, es enviado a la planta de efluentes. Este sistema sustituyó el sedimentador de fibra existente anteriormente y permite reducir la descarga de fibra a cañería. 1.4.5.3 Recirculación de aguas de proceso en planta de pulpa. Los filtrados de la lavadora cáustica en blanqueo y de los espesadores de la pulpa café, son

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recolectados en un tanque de homogenización y enviados a las lavadoras de bagazo para el tratamiento de la fibra en la planta de desmedulado. Esta recirculación de aguas permite reducir tanto el consumo de agua fresca, como el vertimiento de estos filtrados a la cañería. 1.4.5.4 Planta de desmedulado. En la planta de desmedulado se instaló una zaranda espesadora DMS y un filtro prensa de bandas para retirar del efluente los sólidos suspendidos (bagacillo especialmente), que se rechazan en el proceso de desmedulado en húmedo del bagazo recibido. 1.4.5.5 Blanqueo con oxígeno y peróxido de hidrógeno. En la planta de blanqueo se instaló una etapa adicional para el blanqueo de la pulpa de bagazo, en la cual se adiciona oxígeno gaseoso en un mezclador y peróxido de hidrógeno en la etapa de extracción cáustica. Este proceso presenta como ventaja adicional al blanqueo de la pulpa, la de reducir la contaminación por DQO y DBO5 en el efluente de esta planta, disminuyendo también la utilización del cloro y el vertimiento de estos compuestos al alcantarillado. 1.4.5.6 Preblanqueo con oxígeno. En 1991, se instaló una etapa de preblanqueo con oxígeno en la cual se trata la pulpa café después de ser lavada en las tres etapas respectivas, pasando por una torre donde es tratada con oxígeno gaseoso, en la cual sufre un proceso de deslignificación en medio alcalino y enviada posteriormente a una cuarta etapa de lavado, cuyas aguas son usadas en los lavados de la pulpa café en contracorriente, que constituyen el licor negro que es procesado en el ciclo de recuperación de soda cáustica. Después de la cuarta lavadora, la pulpa es sometida a un proceso de depuración y limpieza antes de ser enviada a la etapa de blanqueo. Este proceso de preblanqueo, junto con los de blanqueo de oxígeno y peróxido de hidrógeno, han contribuido en la disminución de los consumos de cloro y soda cáustica, en un 25%, reduciendo por consiguiente el vertimiento de estos compuestos al alcantarillado y de las cargas de DQO y DBO5, al ser enviado al ciclo de recuperación, el lavado de la cuarta lavadora de esta etapa de preblanqueo, junto con los de las tres lavadoras de pulpa café. 1.4.6 Planta de tratamiento de aguas residuales. 1.4.6.1 Pretratamiento. Los flujos de agua residual de las diferentes áreas llegan a un canal que conduce el flujo a una rejilla autolimpiante con un mecanismo operado por un motor que arrastra dos cadenas, las cuales soportan cuatro rastrillos que limpian la rejilla. Esta se encarga de retener y retirar del efluente los sólidos de gran tamaño (madera, trapos, plásticos, etc.). Los sólidos que son atrapados en la rejilla son transportados a una tolva de recolección y

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posteriormente son dispuestos por la empresa contratista en el relleno de Navarro de la ciudad de Cali. En esta etapa existe un controlador automático de pH y un medidor de flujo que indica el caudal entrante cada hora. 1.4.6.2 Tratamiento primario. El flujo llega a un clarificador circular que tiene una profundidad de 3.66 metros, un diámetro de 39.6 metros y un volumen de 5000 m3, en donde por acción de la gravedad, los sólidos más pesados se sedimentan. La espuma y sobrenadantes son arrastrados por el barredor de espumas y depositados en la caja colectora de espuma, la cual descarga al foso de desechos. En el foso de desechos, la espuma y el polvillo caen en el carro transportador de polvillo y el agua que se filtra pasa a través del lecho de grava y arena del foso de espumas donde se retienen las partículas flotantes que alcancen a pasar luego de ser retirados en forma manual. El filtrado producto de la espuma pasa por el lecho de grava y arena para ser descargado al canal que llega a la laguna facultativa. El clarificador tiene una remoción teórica de sólidos suspendidos totales de 94%, con un tiempo de retención de 2.5 horas.

3. Arriba: clarificador. Abajo entrada agua desde el clarificador hasta la laguna facultativa

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1.4.5.3 Tratamiento secundario. El agua proveniente del clarificador es recolectada por un canal transversal que conecta con varias tuberías formando un ramal, que permiten la entrada constante del agua a la laguna como se observa en la fotografía 3. El tratamiento secundario se realiza en una laguna facultativa en forma de pirámide truncada que está construida por muros de tierra, tiene una capacidad de 628.000 m3 y un tiempo de retención de ocho a diez días. El agua proveniente del clarificador llega a la laguna a través de un canal distribuido por todo el ancho de la laguna, tiene ocho perforaciones en el fondo para permitir el paso uniforme del flujo al sistema. La laguna esta dividida en dos zonas: la primera, que corresponde al 40% del área total, es la zona de aireación, en donde se aplica oxígeno puro al agua a través de un cabezal distribuidor, que proporciona aire hacia los diferentes ramales.

4. Vista laguna facultativa parte aireada: (izq.): construcción de la laguna (disposición de conductos para distribución de aire. (der.): actual vista parte aireada

Por cada ramal el flujo de aire pasa a través de las mangueras principales hacia los flotadores llenando de aire las cámaras de flotación de los mismos y alimentando por mangueras auxiliares cada uno de los difusores de aire. En esta zona ocurre prácticamente todo el proceso de tratamiento ya que las bacterias aeróbicas utilizan el oxígeno disuelto para degradar la matera orgánica. La segunda zona (60%) corresponde a la zona no aireada o de estabilización, la cual es una zona quieta que permite la sedimentación del material degradado en la primera parte de la laguna. Allí se encuentran bacterias facultativas que oxidan el producto de la descomposición aeróbica generando lodos biológicos que se acumulan en el fondo de la laguna. Se le adicionan también nutrientes como urea y fosfato de amonio.

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El agua de la salida de la laguna de aireación alcanza valores óptimos de DBO y DQO, sin embargo la presencia de sólidos disueltos aportan un color pardo oscuro al agua la cual es conducida hacia el Río Cauca.

5. Vista laguna parte anaerobia

• Tratamiento de lodos. Los lodos (sólidos sedimentados) son recogidos por el

barredor y concentrados en una tolva de lodos para ser bombeados a una zaranda rotatoria en donde se les extrae la mayor cantidad posible de agua con el fin de descargarlos con un alto contenido de sólidos a un tornillo prensa “screw press” en donde el lodo es sometido a diferentes presiones: en la entrada a baja presión, en la mitad a presión media y al final (última sección) a alta presión. El lodo exprimido es descargado a la banda transportadora que lo conduce a los terrenos de disposición de la planta. El filtrado, producto del zarandeo y exprimido del lodo es recolectado por un canal y vuelto a descargar al afluente de entrada al clarificador.

6. Sistema de tratamiento de lodos: zaranda rotatoria, tornillo exprimidor, banda transportadora y disposición de lodos deshidratados en el patio de lodos.

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• Laguna de emergencia. Es una laguna de sedimentación primaria para ser utilizada cuando sea necesario sacar de servicio el clarificador o el sistema de tratamiento de lodos en caso de emergencia. Tiene un volumen útil de 18000 m3 aproximadamente y un tiempo de retención aproximado de ocho horas. Actualmente la laguna de emergencia no se encuentra en funcionamiento. Los lodos que se han sedimentado allí, no se han evacuado.

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2. EVALUACIÓN DE LA EFICIENCIA DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO

2.1 PROCEDIMIENTO Para el tratamiento del agua residual de la planta 1, PROPAL cuenta con un sistema primario (clarificador) y un sistema secundario (laguna facultativa). Para determinar la eficiencia de dichos sistemas de tratamiento del agua residual, se obtuvieron los registros mensuales de los ICAS (Índices de Control Ambiental) de 1998, 1999, 2000 y primer semestre de 2001 (Anexo E), respecto de la remoción de sólidos suspendidos totales (SST), demanda bioquímica de oxígeno (DBO) y demanda química de oxígeno (DQO). La evaluación de los sistemas se realizó de acuerdo con la Figura 1.

Figura 1. Esquema de obtención de datos para la evaluación de los sistemas de tratamiento de agua residual

Fuente: el autor Donde:

- Punto 1: datos mensuales y anuales en la entrada del clarificador - Punto 2: datos mensuales y anuales a la salida del clarificador (también

entrada de la laguna facultativa) - Punto 3: datos mensuales y anuales a la salida de la laguna facultativa

(o flujo que llega finalmente al Río Cauca)

1 2 3 Clarificador Laguna de Aireación Río

Cauca

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Para evaluar la eficiencia del clarificador y de la laguna facultativa se compararon los valores de SST, DBO y DQO a la entrada y salida de cada unidad de tratamiento. El presente estudio se basó en dichos datos, ya que diariamente estos son los análisis que se toman en el laboratorio de Polución al agua residual, es así que no existen datos de grasas y aceites, ni de detergentes. Para evaluar la eficiencia de todo el sistema de tratamiento total se compararon los valores de la entrada del clarificador (punto 1) con los de la salida de la laguna facultativa (punto 3). Los valores de eficiencia de remoción de SST, DBO y DQO para el clarificador, la laguna facultativa y el sistema de tratamiento total, se obtuvieron a partir de las siguientes fórmulas: % Eficiencia = (1 - (SST salida (Kg. / día) / SST entrada (Kg. /día))) * 100 % Eficiencia = (1 - (DBO salida (Kg. / día) / DBO entrada (Kg. /día))) * 100 % Eficiencia = (1 - (DQO salida (Kg. / día) / DQO entrada (Kg. /día))) * 100 2.2 PARAMETROS DE DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO

En los Cuadros 2 y 3 se presentan las condiciones normales de operación de los sistemas primario y secundario, las cuales provienen de las condiciones de diseño originales de la planta de tratamiento de aguas residuales de Propal Planta 1, obtenidas de los manuales de operación de los sistemas de tratamiento de agua residual del área de Recupotencia de Propal planta 1.

Cuadro 2. Condiciones de diseño del clarificador

VARIABLE ESPECIFICACIONES Flujo del afluente al clarificador 5800 GPM – 6300 GPM Temperatura del afluente al clarificador 42ºC pH del afluente al clarificador 9.0 – 11.0 Sólidos suspendidos totales en el afluente al clarificador 43.000 Kg. / día

Demanda biológica de oxígeno en el afluente al clarificador 26.000 Kg. / día (máx.)

Temperatura en el efluente del clarificador 42ºC

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pH en el efluente del clarificador 6.5 – 7.5 Sólidos suspendidos totales en el efluente del clarificador 2.500 Kg. / día

Demanda biológica de oxígeno efluente del clarificador 19500 Kg. / día (máx.)

Fuente: Productora de Papeles S.A. Área de Recupotencia FO-31.Tratamiento de efluentes. 1993.

Cuadro 3. Condiciones de diseño de la laguna facultativa

VARIABLE ESPECIFICACIONES Flujo del efluente de la laguna facultativa 8800 GPM Temperatura del afluente a la laguna facultativa 42ºC pH del afluente a la laguna facultativa 6.5 – 7.5 Sólidos suspendidos totales en el afluente a la laguna facultativa 2.500 Kg. / día

Demanda biológica de oxígeno (DBO5) en el afluente a la laguna facultativa 19500 Kg. / día (máx.)

Temperatura en el efluente de la laguna facultativa 40ºC máx.

pH en el efluente de la laguna facultativa 5 – 9 Sólidos suspendidos en el efluente de la laguna facultativa 100 mg / lt

DBO5 en el efluente de la laguna facultativa 3.700 Kg. /d Fuente: Productora de Papeles S.A. Área de Recupotencia FO-31.Tratamiento de efluentes. 1993.

Dado que en el laboratorio de Polución de Propal planta 1 no se tienen valores exactos de eficiencia de las unidades de tratamiento, en el presente proyecto las eficiencias de remoción se determinaron tomando los valores que deben presentarse a la entrada y salida del clarificador y la laguna facultativa, los cuales se describen en las condiciones de diseño recopiladas (cuadros 2 y 3) de los manuales de operación de los sistemas de tratamiento. Posteriormente se aplicaron las fórmulas descritas anteriormente, obteniendo las siguientes eficiencias de remoción teóricas: Clarificador:

% Eficiencia Remoción SST……………………………..94% % Eficiencia Remoción DBO…………………………….25%

Laguna facultativa:

% Eficiencia Remoción SST……………………………..65% % Eficiencia Remoción DBO…………………………….95%

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En el Anexo F se presentan los cuadros evaluativos del comportamiento de la eficiencia del clarificador, la laguna facultativa y el sistema de tratamiento total.

2.3 EFICIENCIA DEL CLARIFICADOR 2.3.1 Sólidos suspendidos totales (SST). Durante 1998, el clarificador alcanzó la remoción más alta en comparación con los otros años evaluados, ya que obtuvo un promedio de 85%. Al observar los promedios de los años 1999 y 2000, se presenta una disminución de la eficiencia del orden del 78% y del 76%. Con respecto al comportamiento de la eficiencia durante el primer semestre del año 2001, se presenta una variabilidad que oscila entre el 71% y el 85%, obteniendo un promedio de 79%. Los porcentajes de eficiencia obtenidos para remoción de SST durante 1999 disminuyeron con respecto al año anterior, obteniéndose un promedio del 78%, destacándose el mes de Marzo cuando se obtuvo la eficiencia de remoción más baja (60%). La variabilidad de las eficiencias de remoción de SST a través del tiempo se observa en la Figura 2, cuya tabla de datos incluye valores de eficiencia mensuales obtenidos desde 1998 hasta 2000. Para el año 2001 se realizó el seguimiento desde Enero hasta Mayo, puesto que el presente proyecto se desarrolló desde Junio de 2001 y por ende los datos de los siguientes meses del año 2001 aun no se determinaban. Tabla 1. Tabla de datos de la figura 2.

% Eficiencias de remoción de SST del clarificador anualmente

MES 1998 1999 2000 2001 ENERO 90 76 76 71

FEBRERO 88 81 67 85 MARZO 89 60 75 80 ABRIL 91 75 82 76 MAYO 89 75 73 81 JUNIO 80 74 78 JULIO 81 81 75

AGOSTO 85 87 84 SEPTIEMBRE 78 84 72

45

OCTUBRE 78 82 77 NOVIEMBRE 85 75 78 DICIEMBRE 88 80 57

De acuerdo con las condiciones de diseño del clarificador de Propal Planta 1, este debería tener una eficiencia de remoción de SST del 94%.

Figura 2. Eficiencias de remoción de SST a través del tiempo obtenidas para el clarificador

0

20

40

60

80

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Tiempo (meses)

% E

fic.

1998

1999

2000

2001

2.3.2 Demanda bioquímica de oxígeno (DBO). El comportamiento de la DBO durante 1998 fue bueno ya que en promedio alcanzó una remoción de 38%. Este valor ha sido el más alto al ser comparado con los otros años. En 1999 la DBO obtenida en promedio fue la más baja con respecto a los otros años, ya que se obtuvieron eficiencias de remoción muy bajas del orden de 1% en el mes de febrero, aunque también se alcanzaron valores altos de remoción como en el mes de noviembre con 63,7%. Estas variaciones tan marcadas y extremas durante el año pueden deberse a errores de lectura en el laboratorio que arrojan cifras muy por debajo o por encima de los valores promedio y los cuales se presentan durante el año. De acuerdo con el promedio obtenido de remoción de DBO en el año 2000, se puede decir que tuvo un alto rendimiento ya que se alcanzó un promedio de 35% de eficiencia.

46

Para el primer semestre del presente año, se presentó una buena remoción de DBO aunque se presentaron algunos picos que afectan el promedio, pero en general se alcanzó una buena eficiencia. La variabilidad de las eficiencias de remoción de DBO del clarificador a través del tiempo se observan en la Figura 3, cuya tabla de datos graficados se presenta a continuación. De acuerdo con las condiciones originales de diseño del clarificador de Propal Planta 1, este debería tener una eficiencia de remoción de DBO del 25%. Tabla 2. Tabla de datos de la figura 3.

% Eficiencias de remoción de DBO del clarificador anualmente

MES 1998 1999 2000 2001 ENERO 34 7 54 41 FEBRERO 36 1 45 37 MARZO 50 38 31 55 ABRIL 43 19 49 12 MAYO 100 59 21 7 JUNIO 37 3 44 JULIO 53 25 28 AGOSTO 27 32 37 SEPTIEMBRE 26 42 14 OCTUBRE 21 33 23 NOVIEMBRE 36 64 29 DICIEMBRE 31 61 47

Figura 3. Eficiencias de remoción de DBO a través del tiempo obtenidas para el clarificador

0

20

40

60

80

100

120

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Tiempo (meses)

% E

fic.

1998

1999

2000

2001

47

2.3.3 Demanda química de oxígeno (DQO). Para 1998, el comportamiento promedio de remoción de DQO fue el más alto con respecto a los siguientes años, ya que se alcanzó una eficiencia máxima de remoción del 81% y una mínima del 30%. En 1999, se presentó un promedio de remoción del 41%. Así mismo se presentaron valores muy bajos en los meses de febrero y mayo. Aunque disminuyó la eficiencia con respecto al año anterior, se obtuvo un buen rendimiento. Durante el año 2000, se ve una nueva disminución en la remoción de DQO con respecto a los años anteriores dado que en meses como julio y diciembre se presentan remociones bajas de 4% y 2% respectivamente, así como valores altos en los meses de abril y octubre del orden de 58% y 59%. Estos picos afectan el promedio anual de eficiencia presentándose errores al momento de establecer un análisis certero con respecto a los promedios anuales de cada parámetro. Durante el primer semestre de 2001, se alcanzó un buen promedio de remoción de 48%. La variabilidad de las eficiencias de remoción de DQO a través del tiempo se observan en la Figura 4, cuya tabla de datos se presenta a continuación: Tabla 3. Tabla de datos de la figura 4.

% Eficiencias de remoción de DQO del clarificador anualmente MES 1998 1999 2000 2001

ENERO 34 32 53 42 FEBRERO 45 5 40 39

MARZO 49 41 29 55 ABRIL 40 59 59 53 MAYO 60 10 40 53 JUNIO 46 81 23 JULIO 46 42 4

AGOSTO 56 56 44 SEPTIEMBRE 44 53 14

OCTUBRE 50 41 58 NOVIEMBRE 30 48 35 DICIEMBRE 81 45 2

Con respecto a la remoción de la DQO del clarificador, dentro de las condiciones originales de la planta no existen valores de entrada y salida de DQO al clarificador que permitieran establecer un valor de eficiencia de remoción

48

esperada. Sin embargo, durante el presente se tomó en cuenta este valor, ya que en las mediciones diarias, mensuales y anuales este parámetro se evalúa en el Laboratorio de Polución de Propal planta 1.

Figura 4. Eficiencias de remoción de DQO a través del tiempo obtenidas para el clarificador

0102030405060708090

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Tiempo (meses)

%Ef

ic.

1998

1999

2000

2001

2.3.4 Análisis de resultados. En el Cuadro 4 se encuentra el análisis de resultados. Cuadro 4. Comportamiento promedio del clarificador a través del tiempo

SST

(Kg/d)

SST

(Kg/d)

DBO

(Kg/d)

DBO

(Kg/d)

DQO

(Kg/d)

DQO

(Kg/d) AÑO

ENTRADA SALIDA

% E

ENTRADA SALIDA

% E

ENTRADA SALIDA

% E

1998 73030 10657 85 29208 18117 38 146244 70419 52

1999 57537 12813 78 20302 14254 30 93956 55167 41

2000 56332 13654 76 31339 20331 35 74668 47712 36

2001 37380 7425 48 16170 10540 21 62974 34660 26 * Valores referidos al primer semestre del año 2001 Fuente: el autor

Especificaciones del clarificador: - SST de diseño = 43000 Kg. / día - DBO de diseño = 26000 Kg. / día - Eficiencia de remoción esperada para SST: 94% - Eficiencia de remoción esperada para DBO: 25%

49

El sistema primario (clarificador) ha disminuido considerablemente la eficiencia para la cual fue diseñado del 94% en remoción de sólidos suspendidos totales debido principalmente a que el clarificador fue diseñado para recibir un flujo promedio de entre 5800 GPM y 6300 GPM.

Este flujo provenía en un comienzo de las áreas de pulpa, desmedulado y máquinas, cuya característica principal radicaba en que eran aguas alcalinas. Sin embargo, se aumentó posteriormente la carga al clarificador hasta alcanzar un promedio actual de 9020 GPM, de acuerdo con el balance hídrico de Propal Planta 1 (Ver Anexo G) ya que se incorporó el efluente de blanqueo (de naturaleza ácida con pH de 2 a 6). A pHs bajos se genera fermentación en el sistema primario y consecuentemente un aumento de los lodos en el fondo del clarificador impidiendo el normal funcionamiento del sistema primario.

La remoción de DBO ha sido la más alta de lo que se esperaba, gracias precisamente a la fermentación generada en este punto. 2.4 EFICIENCIA DE LA LAGUNA FACULTATIVA 2.4.1 Sólidos suspendidos totales (SST). Durante 1998 la laguna facultativa presentó una buena remoción de sólidos ya que alcanzó una eficiencia del 64%, valor que supera los presentados en los años 2000 y lo que llevamos de 2001 ya que durante estos años se presentaron eficiencias del orden de 55 y 51% respectivamente. Para 1999 se obtuvo la mayor eficiencia de remoción, durante este año la eficiencia más baja que se presentó fue del orden de 51%, alcanzando un promedio del 75%. Durante los años 1999 y 2000 se presentó un decrecimiento desde el mes de junio hasta agosto, es decir, aunque estos años no presentaron la misma eficiencia, tuvieron un descenso similar en la remoción durante el mismo periodo de tiempo. En general, el comportamiento de la eficiencia de remoción de sólidos en la laguna es bastante variable, lo que se puede ver representado en la Figura 5, cuya tabla de datos se presenta a continuación:

50

Tabla 4. Tabla de datos de la figura 5.

% Eficiencias de remoción de SST de la laguna facultativa anualmente

MES 1998 1999 2000 2001 ENERO 50 62 30 73 FEBRERO 61 83 84 22 MARZO 23 75 73 73 ABRIL 46 81 65 64 MAYO 61 86 77 27 JUNIO 42 88 46 JULIO 71 63 34 AGOSTO 68 52 22 SEPTIEMBRE 86 67 22 OCTUBRE 76 72 53 NOVIEMBRE 80 74 64 DICIEMBRE 57 69 39

De acuerdo con las condiciones originales de diseño de la laguna facultativa de Propal Planta 1, esta debería tener una eficiencia de remoción de SST del 65%.

Figura 5. Eficiencias de remoción de SST a través del tiempo obtenidas para laguna facultativa

0102030405060708090

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tiempo (meses)

%Ef

ic.

1998

1999

2000

2001

2.4.2 Demanda bioquímica de oxígeno (DBO). Durante los cuatro años evaluados se puede establecer que la eficiencia de la laguna en la remoción de DBO es bastante alta, ya que se presentaron eficiencias siempre dentro del rango del 94% al 98%, lo cual indica que el promedio del efluente ha permanecido

51

constante con valores entre el 95% y el 96% como se ve representado en la Figura 6, cuya tabla de datos graficados se presenta a continuación: Tabla 5. Tabla de datos de la figura 6.

% Eficiencias de remoción de DBO de la laguna facultativa anualmente

MES 1998 1999 2000 2001 ENERO 97 97 96 96 FEBRERO 96 95 95 97 MARZO 98 98 98 96 ABRIL 98 95 94 96 MAYO 96 96 98 97 JUNIO 97 97 96 JULIO 97 95 95 AGOSTO 98 96 96 SEPTIEMBRE 97 96 97 OCTUBRE 97 94 96 NOVIEMBRE 97 88 96 DICIEMBRE 97 94 79

De acuerdo con las condiciones originales de diseño del clarificador de Propal Planta 1, este debería tener una eficiencia de remoción de DBO del 95%.

Figura 6. Eficiencias de remoción de DBO a través del tiempo obtenidas para la laguna facultativa

0

20

40

60

80

100

120

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tiempo (meses)

%Ef

ic.

1998

1999

2000

2001

52

2.4.3 Demanda química de oxígeno (DQO). Al observar el promedio de las eficiencias desde 1998 hasta la actualidad se puede establecer que se ha presentado un decrecimiento en dichos valores ya que durante 1998 se obtuvo un promedio de 87,7%, seguido por un 84,3% para 1999, posteriormente se presentó un 79.3% para 2000 y durante el primer semestre de 2001 se ha alcanzado solo un 75,93% de eficiencia. En la Figura 7 se representa el comportamiento de la laguna facultativa respecto de la remoción de DQO a través de los años evaluados, cuya tabla de datos graficados se presentan a continuación: Tabla 6. Tabla de datos de la figura 7.

% Eficiencias de remoción de DQO de la laguna facultativa anualmente

MES 1998 1999 2000 2001 ENERO 94 83 60 74 FEBRERO 80 93 82 79 MARZO 81 85 84 75 ABRIL 79 87 78 84 MAYO 85 90 86 69 JUNIO 81 57 83 JULIO 90 75 85 AGOSTO 88 86 76 SEPTIEMBRE 91 77 75 OCTUBRE 89 79 75 NOVIEMBRE 91 80 80 DICIEMBRE 83 80 64

Con respecto a la remoción de la DQO de la laguna facultativa, así como con el clarificador, no existen valores de entrada y salida de DQO a la laguna facultativa que permitieran establecer un valor de eficiencia de remoción esperada. Sin embargo, durante el presente proyecto se tomó en cuenta este valor, ya que este parámetro se evalúa en el Laboratorio de Polución de Propal planta 1, de manera diaria, mensual y anual.

53

Figura 7. Eficiencias de remoción de DQO a través del tiempo obtenidas para la laguna facultativa

0102030405060708090

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Timpo (meses)

%E

fic.

1998

1999

2000

2001

2.4.4 Análisis de resultados. La laguna facultativa entró en funcionamiento desde 1990 y desde entonces ha alcanzado eficiencias de remoción altas para DBO y DQO, pero para SST presenta valores muy variables a través del tiempo que indican una baja eficiencia real de remoción. Actualmente la laguna se encuentra colmatada en un 95%, de acuerdo con una aproximación del laboratorio de polución de Propal planta1, y esto ha ocasionado una disminución del 10% en su eficiencia de remoción de SST. Aunque el comportamiento de remoción de DBO de la laguna fue muy bueno durante los años evaluados (eficiencia promedio obtenida de 96%), se presentan valores altos y bajos repentinos en la concentración de los SST a causa del arrastre de lodos. “La cantidad de lodos acumulables varía de acuerdo con la cantidad del material sedimentable del afluente y a la tasa de descomposición del residuo sedimentado”2. La influencia de la capa de lodo la explica Gloyna 3 así: “En una laguna facultativa primaria parte de la reducción de DBO se debe a la sedimentación de la materia orgánica como lodo, el cual se descompone anaeróbicamente para reducir su concentración orgánica y liberar los productos de la fermentación anaeróbica. Inicialmente la capa de lodo aumenta en volumen

2 ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. Acuitratamiento por lagunas de estabilización. 2da edición. Bogotá: Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería, 1994. p. 132. 3 GLOYNA, E.F. Estanques de Estabilización de Aguas Residuales, OMS, Ginebra, 1973.

54

pero eventualmente la DBO añadida por la sedimentación se iguala con la DBO removida por fermentación anaeróbica y el volumen de lodo no aumenta más.” Cuando en el agua residual hay presencia de sólidos inorgánicos estos se sedimentan, se acumulan y empieza el sistema a tener problemas de colmatación: disminución en la profundidad de la laguna, disminución del volumen, disminución de la capacidad disponible y por ende disminución en los tiempos de retención. Con el paso del tiempo la remoción de SST decrece con respecto a su valor inicial como se observa en el Cuadro 5. Ejemplo de cálculo: Eficiencia de remoción de SST de la laguna facultativa durante 1998: % Eficiencia = (1 - (SST salida (Kg. / día) / SST entrada (Kg. /día))) * 100 % Eficiencia = (1 – (3820 Kg. / día) / (10657 Kg. /día)) * 100 % Eficiencia = 64% Cuadro 5. Comportamiento promedio de la laguna facultativa a través del tiempo

SST

(Kg/d)

SST

(Kg/d)

DBO

(Kg/d)

DBO

(Kg/d)

DQO

(Kg/d)

DQO

(Kg/d) AÑO

ENTRADA SALIDA

% E

ENTRADA SALIDA

% E

ENTRADA SALIDA

% E

1998 10657 3820 64 18117 520 97 70419 8630 88 1999 12813 3237 75 14254 638 96 55167 8684 84 2000 13654 6123 55 20331 792 96 47712 9861 79 2001* 7425 2636 39 10540 390 96 34660 5435 50

* Valores referidos al primer semestre del año 2001 Fuente: el autor Especificaciones de la laguna facultativa: - SST de diseño = 2500 Kg. / día - DBO de diseño = 19500 Kg. / día - Eficiencia de remoción esperada para TSS: 65% - Eficiencia de remoción esperada para DBO: 95%

55

2.5 EFICIENCIA DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO TOTAL (CLARIFICADOR Y LAGUNA DE AIREACION)

Para evaluar el comportamiento de la eficiencia del sistema de tratamiento, se determinaron los porcentajes de eficiencia que se esperarían tomando los valores de SST y DBO de las condiciones de diseño originales que debe presentar el clarificador a la entrada del sistema y los valores de SST y DBO que debe presentar la laguna facultativa a la salida, como se muestra a continuación, de manera que se pudiera obtener un valor comparativo para evaluar la eficiencia del sistema de tratamiento total de Propal planta1. Este procedimiento se realizó puesto que el laboratorio de polución de Propal planta 1 no cuenta con datos exactos de eficiencia de remocion que debería tener las dos unidades de tratamiento (clarificador y laguna facultativa), ni tampoco en los manuales de operación de la planta de tratamiento de aguas residuales, Razón por la cual se asumió el valor que se esperaría en la remoción de los parámetros de SST y DBO del sistema de tratamiento total: Se tomaron los valores de diseño que debería tener el clarificador a la entrada y los valores de diseño que debería presentar el efluente de la laguna facultativa: SST afluente al clarificador: 43000 Kg. / día SST efluente de laguna facultativa: 3900 Kg. / día Eficiencia esperada para el sistema total: 91% DBO afluente al clarificador: 26000 Kg. / día DBO efluente de laguna facultativa: 3700 Kg. / día Eficiencia esperada para el sistema total: 85% 2.5.1 Sólidos suspendidos totales (SST). Los valores de eficiencia de remoción de los parámetros de SST del sistema de tratamiento de aguas residuales de Planta 1 conformada por un clarificador y una laguna facultativa son bastante altos dado que se encuentran en un rango promedio anual entre 89% y 95%. La variabilidad de las eficiencias de remoción de TSS del sistema de tratamiento total se puede observar en la Figura 8, cuya tabla de datos graficados se presenta a continuación:

56

Tabla 7. Tabla de datos de la figura 8.

% Eficiencias de remoción de SST del sistema de tratamiento total

anualmente MES 1998 1999 2000 2001

ENERO 95 91 83 92 FEBRERO 95 97 95 88 MARZO 91 90 93 95 ABRIL 95 95 94 91 MAYO 96 96 94 86 JUNIO 89 97 88 JULIO 95 93 83 AGOSTO 95 94 87 SEPTIEMBRE 97 95 65 OCTUBRE 95 95 89 NOVIEMBRE 97 93 92 DICIEMBRE 95 94 74

Figura 8. Eficiencias de remoción de SST a través del tiempo obtenidas para el sistema de tratamiento total

0

20

40

60

80

100

120

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Tiempo (meses)

%Ef

ic.

1998

1999

2000

2001

2.5.2 Demanda bioquímica de oxígeno (DBO). Este parámetro fisicoquímico de gran importancia en la evaluación de la eficiencia de los sistemas de tratamiento alcanza valores de remoción bastante altos entre 97% y 98% en promedio anualmente. Lo que indica que el sistema de tratamiento total arroja resultados satisfactorios en el tratamiento del agua que va a ser enviada al Río Cauca (Ver

57

Figura 9). La tabla de datos correspondiente a la figura 9 se presenta a continuación: Tabla 8. Tabla de datos de la figura 9.

% Eficiencias de remoción de DBO del sistema de tratamiento total

anualmente MES 1998 1999 2000 2001

ENERO 98 97 98 97 FEBRERO 97 95 97 98 MARZO 99 97 98 98 ABRIL 99 96 97 97 MAYO 98 98 99 97 JUNIO 98 97 98 JULIO 98 96 96 AGOSTO 98 97 97 SEPTIEMBRE 98 98 98 OCTUBRE 97 96 97 NOVIEMBRE 98 95 97 DICIEMBRE 98 98 89

Figura 9. Eficiencias de remoción de DBO a través del tiempo obtenidas para los sistemas de tratamiento total

84

86

88

90

92

94

96

98

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Tiempo (meses)

%Ef

ic.

1998199920002001

2.5.3 Demanda química de oxígeno (DQO). El sistema de tratamiento total ha tenido una alta remoción de la DQO ya que ha alcanzado valores promedio anuales entre 87% y 94%. Sin embargo, vale la pena resaltar que aunque estos valores de eficiencia son altos, a través de los años evaluados han disminuido su

58

eficiencia, por lo cual es importante buscar soluciones a los sistemas que permitan el aumento en la eficiencia de remoción de los parámetros fisicoquímicos. La variabilidad de las eficiencias obtenidas en la remoción de DQO del sistema de tratamiento se observan en la Figura 10. Tabla 9. Tabla de datos de la figura 10.

% Eficiencias de remoción de DQO del sistema de tratamiento total

anualmente MES 1998 1999 2000 2001

ENERO 96 89 81 85 FEBRERO 89 93 89 87 MARZO 90 91 89 89 ABRIL 87 95 91 92 MAYO 94 88 92 85 JUNIO 90 92 87 JULIO 95 86 84 AGOSTO 95 94 87 SEPTIEMBRE 95 89 78 OCTUBRE 95 88 90 NOVIEMBRE 94 90 87 DICIEMBRE 97 89 65

Figura 10. Eficiencias de remoción de DQO a través del tiempo obtenidas para el sistema de tratamiento total

0

20

40

60

80

100

120

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12Tiempo (meses)

%Ef

ic.

1998

1999

2000

2001

59

2.5.4 Análisis de resultados. El sistema de tratamiento total presenta buenas características en la remoción de sólidos suspendidos totales, demanda bioquímica de oxígeno y demanda química de oxígeno. Aunque en el sistema primario se presentan deficiencias en la remoción de SST, a través del sistema secundario se mejora considerablemente la remoción de las variables evaluadas, cumpliendo con la normatividad de vertimientos que debe cumplir Propal Planta 1. (Ver Cuadro 6). Cuadro 6. Comportamiento promedio del sistema de tratamiento total a través del tiempo

SST

(Kg/d)

SST

(Kg/d)

DBO

(Kg/d)

DBO

(Kg/d)

DQO

(Kg/d)

DQO

(Kg/d) AÑO

ENTRADA SALIDA

% E

ENTRADA SALIDA

% E

ENTRADA SALIDA

% E

1998 73030 3820 95 29208 520 98 146244 8630 94 1999 57537 3237 94 20302 638 97 93956 8684 91 2000 56332 6123 89 31339 792 97 74668 9861 87 2001 37380 2636 56 16170 390 59 62974 5435 54

Fuente: el autor Valores de eficiencia de remoción que debería presentar el sistema de tratamiento total: - Eficiencia de remoción esperada para SST: 91% - Eficiencia de remoción esperada para DBO: 85%

60

3. ESTUDIO ESTADISTICO DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO

3.1 PROCEDIMIENTO El uso de mediciones estadísticas tales como media, mediana, moda, desviación estándar y coeficiente de variación es común, bajo el supuesto que los datos se ajusten a una distribución normal. Si los datos analizados presentan una distribución sesgada, lo cual se determina con el coeficiente de asimetría, no se pueden emplear estadísticas normales. En muchas aguas residuales los datos sostenidos se ajustan a una distribución sesgada, pero al determinar el logaritmo de estos datos, se obtiene el comportamiento de una distribución normal. La primera fase del estudio estadístico fue establecer la naturaleza da la distribución probabilística de los datos de SST, DBO y DQO a la entrada y salida del clarificador y la laguna facultativa. Este tipo de distribución a la que se ajustan los datos se estableció de la siguiente manera: - Se ordenaron los datos en orden ascendente y posteriormente se enumeraron. - Se calcularon las coordenadas de probabilidades para los datos mediante la

ecuación: Coordenada de Probabilidad, % = (m / (n+1)) * 100

Donde m = numeración asignada n = número total de datos observados - Se representaron gráficamente las parejas de datos (valor observado, coordenada de probabilidad, %). Los datos que se graficaron corresponden al logaritmo de los valores de SST, DBO y DQO, con el fin de obtener una distribución normal. Para este efecto, se determinó el valor del coeficiente de correlación de manera que se aproximara a 1, y así comprobar la naturaleza de una distribución normal. Así mismo se determinó la media geométrica y la medida de la desviación geométrica estándar para cada grupo de valores de DBO, DQO y SST a la entrada y salida del clarificador y la laguna facultativa.

61

3.2 ANALISIS ESTADISTICO En el Capitulo 2 se observó que el comportamiento mensual de los parámetros fisicoquímicos de SST, DBO y DQO durante cada año variaban considerablemente. En el presente capitulo, el manejo de los datos de entrada y salida del clarificador y la laguna facultativa de Propal planta 1, se realiza por medio del análisis gráfico, con el fin de determinar la naturaleza de la distribución probabilística de dicha información. El tipo de distribución a la que se ajustan los datos se puede determinar mediante la realización de gráficas de probabilidad con escala aritmética o con escala logarítmica, en donde, después de ubicar los puntos en el papel, los datos pueden ajustarse a una línea recta. A continuación se describe los pasos para el análisis estadístico de los datos de los sistemas de tratamiento de Propal planta 1. 1. Ordenamiento de los datos en orden ascendente y su enumeración 2. Cálculo de la coordenada de probabilidad para cada dato mediante la siguiente

ecuación:

Coordenada de Probabilidad, % = (m/ (n-1)) * 100

Donde: m = numeración asignada. Dado que los datos obtenidos son mes a mes de cada año, excepto en el año 2001, en donde solamente se obtuvieron datos del primer semestre, m irá de 1 a 12 para los datos mensuales de los años 1998, 1999 y 2000, y de la misma manera m irá de 1 a 5 para los datos mensuales del primer semestre de 2001. (n - 1) = n se refiere al numero total de datos. Este término se utiliza para considerar la posibilidad de que existan datos superiores al máximo o inferiores al mínimo observado. La ubicación de cualquier punto en la gráfica representa el porcentaje o frecuencia de las observaciones que son menores o iguales que el valor indicado. 3. Representación gráfica de las parejas de datos (valor observado, coordenada

de probabilidad) en papel de probabilidad con escala aritmética y con escala logarítmica.

62

Ejemplo de cálculo: Tabla 10. Ejemplo datos de entrada del clarificador en 1998

No. SST

(Kg./día) DBO

(Kg./día) DQO

(Kg./día) %

COORD. 1 53580 19988 52765 7,69 2 59628 23125 75400 15,38 3 60281 26542 82967 23,08 4 60409 27192 108703 30,77 5 60612 29843 115387 38,46 6 66280 30109 123230 46,15 7 74761 30463 144320 53,85 8 76614 30706 157476 61,54 9 77572 31639 160739 69,23

10 80485 32900 173397 76,92 11 81949 33787 214142 84,62 12 124186 34208 346397 92,31

Los datos de la tabla 10, así como todos los demás datos de los sistemas de tratamiento, se graficaron en papel de probabilidad con escala aritmética, con el fin de establecer si correspondían a una distribución normal. Sin embargo los datos graficados no se ajustaron a una línea recta. Esto se considera como un indicio de sesgo, para lo cual fue necesario obtener los logaritmos de los valores. Posteriormente se graficaron estos últimos valores (logaritmo del valor observado, % coordenada de probabilidad) utilizando la escala logarítmica. De esta manera los datos se comportaron como una línea recta, obteniendo así una distribución normal. En la tabla 11 se observan los valores graficados finalmente, para los cuales se obtuvo una distribución normal.

63

Tabla 11. Ejemplo datos de entrada del clarificador que se ajusta a una distribución normal

No. LOG SST LOG DBO LOG DQO % COORD.

1 4,73 4,30 4,72 7,69 2 4,78 4,36 4,88 15,38 3 4,78 4,42 4,92 23,08 4 4,78 4,43 5,04 30,77 5 4,78 4,47 5,06 38,46 6 4,82 4,48 5,09 46,15 7 4,87 4,48 5,16 53,85 8 4,88 4,49 5,20 61,54 9 4,89 4,50 5,21 69,23

10 4,91 4,52 5,24 76,92 11 4,91 4,53 5,33 84,62 12 5,09 4,53 5,54 92,31

La representación de los datos correspondientes al ejemplo de cálculo (tabla 11) se observan en las gráficas del cuadro 7. Después de graficar los datos se obtuvieron las medidas de tendencia central, es decir, la media geométrica y la medida de dispersión: la desviación geométrica estándar. Media geométrica es el resultado de sumar todos los elementos del conjunto y dividir por el número de ellos:

Log Mg = ( Sfi ( log Xi ) ) ) / n

Desviación geométrica estándar representa el alejamiento de una serie de números de su valor medio:

Log sg = v ( ( Sfi ( log2 Xg ) ) / n – 1)

64

En los cuadros 7 a 22 se obtienen los datos ajustados a una distribución normal con las respectivas gráficas de SST, DBO y DQO a la entrada y salida del clarificador y la laguna facultativa desde 1998 hasta el primer semestre de 2001. No se realizó este estudio para los datos de entrada y salida del sistema de tratamiento total, conformado por el clarificador y la laguna facultativa, ya que para la entrada son los mismos valores de entrada del clarificador y para la salida son los valores correspondientes a los datos de salida de la laguna facultativa. 3.3 CUADROS DE ANALISIS ESTADÍSTICO DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO En los cuadros 7 a 22 se obtienen los datos ajustados a una distribución log - normal con las respectivas gráficas de SST, DBO y DQO a la entrada y salida del clarificador y la laguna facultativa desde 1998 hasta el primer semestre de 2001. No se realizó este estudio para los datos de entrada y salida del sistema de tratamiento total, conformado por el clarificador y la laguna facultativa, ya que para la entrada son los mismos valores de entrada del clarificador y para la salida son los valores correspondientes a los datos de salida de la laguna facultativa.

65

Cuadro 7. Parámetros estadísticos de datos de entrada del clarificador en 1998

No. SST

(Kg./día) LOG SST

DBO (Kg./día)

LOG DBO

DQO (Kg./día)

LOG DQO

% COORD.

1 53580 4,73 19988 4,30 52765 4,72 7,69 2 59628 4,78 23125 4,36 75400 4,88 15,38 3 60281 4,78 26542 4,42 82967 4,92 23,08 4 60409 4,78 27192 4,43 108703 5,04 30,77 5 60612 4,78 29843 4,47 115387 5,06 38,46 6 66280 4,82 30109 4,48 123230 5,09 46,15 7 74761 4,87 30463 4,48 144320 5,16 53,85 8 76614 4,88 30706 4,49 157476 5,20 61,54 9 77572 4,89 31639 4,50 160739 5,21 69,23 10 80485 4,91 32900 4,52 173397 5,24 76,92 11 81949 4,91 33787 4,53 214142 5,33 84,62 12 124186 5,09 34208 4,53 346397 5,54 92,31 Coef. Correlación 0,908 0,917 0,966 Media Geométrica 4,853 4,461 5,115 Desv. Geométrica 1,600 1,560 1,110

66

Cuadro 8. Parámetros estadísticos de datos de salida del clarificador en 1998

No. SST

(Kg./día) LOG SST

DBO (Kg./día)

LOG DBO

DQO (Kg./día)

LOG DQO

% COORD.

1 6132 3,79 20974 4,32 140955 5,15 7,69 2 6150 3,79 11867 4,07 31764 4,50 15,38 3 6652 3,82 13917 4,14 38092 4,58 23,08 4 8923 3,95 15169 4,18 43481 4,64 30,77 5 9103 3,96 15873 4,20 45839 4,66 38,46 6 9136 3,96 16955 4,23 64712 4,81 46,15 7 11743 4,07 19180 4,28 89299 4,95 53,85 8 11864 4,07 19211 4,28 84417 4,93 61,54 9 12481 4,10 19512 4,29 50770 4,71 69,23 10 12979 4,11 20092 4,30 62180 4,79 76,92 11 14602 4,16 21026 4,32 93087 4,97 84,62 12 18116 4,26 23626 4,37 100437 5,00 92,31 Coef. Correlación 0,979 0,696 0,345 Media Geométrica 4,00 4,25 4,80 Desv. Geométrica 1,51 1,54 1,60

67

Cuadro 9. Parámetros estadísticos de datos de entrada del clarificador en 1999

No. SST

(Kg./día) LOG SST

DBO (Kg./día)

LOG DBO

DQO (Kg./día)

LOG DQO

% COORD.

1 43118 4,63 13422 4,13 55346 4,74 7,69 2 44405 4,65 13522 4,13 55607 4,75 15,38 3 44831 4,65 15344 4,19 68422 4,84 23,08 4 45174 4,65 17402 4,24 77209 4,89 30,77 5 51090 4,71 18543 4,27 81590 4,91 38,46 6 51888 4,72 19093 4,28 90796 4,96 46,15 7 57306 4,76 19773 4,30 92589 4,97 53,85 8 58273 4,77 20180 4,30 92699 4,97 61,54 9 58814 4,77 21851 4,34 102301 5,01 69,23 10 69656 4,84 22557 4,35 110545 5,04 76,92 11 77207 4,89 27113 4,43 143656 5,16 84,62 12 88678 4,95 34820 4,54 156716 5,20 92,31 Coef. Correlación 0,962 0,960 0,976 Media Geométrica 4,75 4,29 4,95 Desv. Geométrica 1,59 1,55 1,61

68

Cuadro 10. Parámetros estadísticos de datos de salida del clarificador en 1999

No. SST

(Kg./día) LOG SST

DBO (Kg./día)

LOG DBO

DQO (Kg./día)

LOG DQO

% COORD.

1 7404 3,87 7172 3,86 15831 4,20 7,69 2 7756 3,89 10795 4,03 32118 4,51 15,38 3 8578 3,93 11247 4,05 32596 4,51 23,08 4 9561 3,98 11781 4,07 40070 4,60 30,77 5 10828 4,03 12776 4,11 44598 4,65 38,46 6 12279 4,09 13418 4,13 48063 4,68 46,15 7 14140 4,15 13601 4,13 51284 4,71 53,85 8 14493 4,16 14954 4,17 60017 4,78 61,54 9 15339 4,19 15110 4,18 61366 4,79 69,23 10 17239 4,24 17608 4,25 64189 4,81 76,92 11 17869 4,25 21013 4,32 74692 4,87 84,62 12 18266 4,26 21570 4,33 137185 5,14 92,31 Coef. Correlación 0,988 0,955 0,934 Media Geométrica 4,08 4,13 4,68 Desv. Geométrica 1,52 1,53 1,59

69

Cuadro 11. Parámetros estadísticos de datos de entrada del clarificador en 2000

No. SST

(Kg./día) LOG SST

DBO (Kg./día)

LOG DBO

DQO (Kg./día)

LOG DQO

% COORD.

1 20866 4,32 6657 3,82 27324 4,44 7,69 2 21347 4,33 22710 4,36 49940 4,70 15,38 3 46804 4,67 26096 4,42 56307 4,75 23,08 4 47805 4,68 28420 4,45 67449 4,83 30,77 5 48723 4,69 30972 4,49 69427 4,84 38,46 6 49782 4,70 31610 4,50 73022 4,86 46,15 7 63618 4,80 32311 4,51 75199 4,88 53,85 8 66615 4,82 36790 4,57 81718 4,91 61,54 9 71911 4,86 37156 4,57 88889 4,95 69,23 10 72588 4,86 39668 4,60 98015 4,99 76,92 11 78356 4,89 42441 4,63 99513 5,00 84,62 12 87572 4,94 43233 4,64 109214 5,04 92,31 Coef. Correlación 0,910 0,778 0,909 Media Geométrica 4,71 4,46 4,85 Desv. Geométrica 1,59 1,56 1,62

70

Cuadro 12. Parámetros estadísticos de datos de salida del clarificador en 2000

No. SST

(Kg./día) LOG SST

DBO (Kg./día)

LOG DBO

DQO (Kg./día)

LOG DQO

% COORD.

1 5875 3,77 3527 3,55 26229 4,42 7,69 2 7992 3,90 15015 4,18 26827 4,43 15,38 3 9042 3,96 16243 4,21 38709 4,59 23,08 4 10976 4,04 17931 4,25 40518 4,61 30,77 5 11309 4,05 20357 4,31 41464 4,62 38,46 6 12633 4,10 21943 4,34 43086 4,63 46,15 7 15738 4,20 21943 4,34 44692 4,65 53,85 8 15854 4,20 22571 4,35 52202 4,72 61,54 9 15992 4,20 23635 4,37 53218 4,73 69,23 10 16956 4,23 24293 4,39 58759 4,77 76,92 11 19753 4,30 27308 4,44 68337 4,83 84,62 12 21731 4,34 29204 4,47 78508 4,89 92,31 Coef. Correlación 0,971 0,751 0,970 Media Geométrica 4,10 4,26 4,66 Desv. Geométrica 1,43 1,54 1,56

71

Cuadro 13. Parámetros estadísticos de datos de entrada del clarificador primer semestre de 2001

No. SST

(Kg./día) LOG SST

DBO (Kg./día)

LOG DBO

DQO (Kg./día)

LOG DQO

% COORD.

1 58484 4,77 26306 4,42 71436 4,85 16,67 2 73021 4,86 26327 4,42 77155 4,89 33,33 3 75133 4,88 27688 4,44 80667 4,91 50,00 4 77808 4,89 36540 4,56 84174 4,93 66,67 5 80058 4,90 36893 4,57 121519 5,08 83,33 Coef. Correlación 0,876 0,910 0,882 Media Geométrica 4,86 4,48 4,93 Desv. Geométrica 2,04 2,03 2,15

72

Cuadro 14. Parámetros estadísticos de datos de salida del clarificador primer semestre 2001

No. SST

(Kg./día) LOG SST

DBO (Kg./día)

LOG DBO

DQO (Kg./día)

LOG DQO

% COORD.

1 8807 3,94 16356 4,21 34703 4,54 16,67 2 14075 4,15 16718 4,22 37615 4,58 33,33 3 15249 4,18 23160 4,36 41630 4,62 50,00 4 17570 4,24 23177 4,37 51089 4,71 66,67 5 22860 4,36 24462 4,39 57271 4,76 83,33 Coef. Correlación 0,962 0,913 0,987 Media Geométrica 4,17 4,31 4,64 Desv. Geométrica 1,08 1,55 1,58

73

Cuadro 15. Parámetros estadísticos de datos de entrada de laguna facultativa en 1998

No. SST

(Kg./día) LOG SST

DBO (Kg./día)

LOG DBO

DQO (Kg./día)

LOG DQO

% COORD.

1 6132 3,79 11867 4,07 31764 4,50 7,69 2 6150 3,79 13917 4,14 38092 4,58 15,38 3 6652 3,82 15169 4,18 43481 4,64 23,08 4 8923 3,95 15873 4,20 45839 4,66 30,77 5 9103 3,96 16955 4,23 50770 4,71 38,46 6 9136 3,96 19180 4,28 62180 4,79 46,15 7 11743 4,07 19211 4,28 64712 4,81 53,85 8 11864 4,07 19512 4,29 84417 4,93 61,54 9 12481 4,10 20092 4,30 89299 4,95 69,23 10 12979 4,11 20974 4,32 93087 4,97 76,92 11 14602 4,16 21026 4,32 100437 5,00 84,62 12 18116 4,26 23626 4,37 140955 5,15 92,31 Coef. Correlación 0,979 0,961 0,990 Media Geométrica 4,00 4,25 4,80 Desv. Geométrica 1,51 1,54 1,60

74

Cuadro 16. Parámetros estadísticos de datos de salida laguna facultativa 1998

No. SST

(Kg./día) LOG SST

DBO (Kg./día)

LOG DBO

DQO (Kg./día)

LOG DQO

% COORD.

1 1616 3,21 353 2,55 5879 3,77 7,69 2 3039 3,48 376 2,58 6528 3,81 15,38 3 3077 3,49 379 2,58 6610 3,82 23,08 4 3324 3,52 451 2,65 6671 3,82 30,77 5 3446 3,54 479 2,68 7192 3,86 38,46 6 3533 3,55 507 2,71 7936 3,90 46,15 7 3609 3,56 508 2,71 7992 3,90 53,85 8 3943 3,60 536 2,73 9069 3,96 61,54 9 3993 3,60 591 2,77 9141 3,96 69,23 10 4244 3,63 613 2,79 9514 3,98 76,92 11 5114 3,71 627 2,80 10909 4,04 84,62 12 6896 3,84 817 2,91 16124 4,21 92,31 Coef. Correlación 0,891 0,974 0,931 Media Geométrica 3,56 2,70 3,92 Desv. Geométrica 1,46 1,35 1,50

75

Cuadro 17. Parámetros estadísticos de datos de entrada laguna facultativa 1999

No. SST

(Kg./día) LOG SST

DBO (Kg./día)

LOG DBO

DQO (Kg./día)

LOG DQO

% COORD.

1 7404 3,87 7172 3,86 15831 4,20 7,69 2 7756 3,89 10795 4,03 32118 4,51 15,38 3 8578 3,93 11247 4,05 32596 4,51 23,08 4 9561 3,98 11781 4,07 40070 4,60 30,77 5 10828 4,03 12776 4,11 44598 4,65 38,46 6 12279 4,09 13418 4,13 48063 4,68 46,15 7 14140 4,15 13601 4,13 51284 4,71 53,85 8 14493 4,16 14954 4,17 60017 4,78 61,54 9 15339 4,19 15110 4,18 61366 4,79 69,23 10 17239 4,24 17608 4,25 64189 4,81 76,92 11 17869 4,25 21013 4,32 74692 4,87 84,62 12 18266 4,26 21570 4,33 137185 5,14 92,31 Coef. Correlación 0,988 0,955 0,934 Media Geométrica 4,08 4,13 4,68 Desv. Geométrica 1,52 1,53 1,60

76

Cuadro 18. Parámetros estadísticos de datos de salida de laguna facultativa 1999

No. SST

(Kg./día) LOG SST

DBO (Kg./día)

LOG DBO

DQO (Kg./día)

LOG DQO

% COORD.

1 2028 3,31 409 2,61 5752 3,76 7,69 2 2047 3,31 452 2,66 6434 3,81 15,38 3 2143 3,33 454 2,66 6702 3,83 23,08 4 2408 3,38 481 2,68 6865 3,84 30,77 5 2671 3,43 501 2,70 7423 3,87 38,46 6 2975 3,47 617 2,79 8518 3,93 46,15 7 3154 3,50 711 2,85 9275 3,97 53,85 8 3720 3,57 753 2,88 9471 3,98 61,54 9 3818 3,58 774 2,89 10017 4,00 69,23 10 4456 3,65 803 2,90 10276 4,01 76,92 11 4711 3,67 811 2,91 11014 4,04 84,62 12 4711 3,67 893 2,95 12463 4,10 92,31 Coef. Correlación 0,991 0,975 0,990 Media Geométrica 3,49 2,79 3,93 Desv. Geométrica 1,45 1,04 1,51

77

Cuadro19. Parámetros estadísticos de datos de entrada de laguna facultativa 2000

No. SST

(Kg./día) LOG SST

DBO (Kg./día)

LOG DBO

DQO (Kg./día)

LOG DQO

% COORD.

1 7491 3,87 3527 3,55 26229 4,42 7,69 2 7992 3,90 15015 4,18 26827 4,43 15,38 3 9042 3,96 16243 4,21 38709 4,59 23,08 4 10976 4,04 17931 4,25 40518 4,61 30,77 5 11309 4,05 20357 4,31 41464 4,62 38,46 6 12633 4,10 21943 4,34 43086 4,63 46,15 7 15738 4,20 21943 4,34 44692 4,65 53,85 8 15854 4,20 22571 4,35 52202 4,72 61,54 9 15992 4,20 23635 4,37 53218 4,73 69,23 10 16956 4,23 24293 4,39 58759 4,77 76,92 11 19753 4,30 27308 4,44 68337 4,83 84,62 12 21731 4,34 29204 4,47 78508 4,89 92,31 Coef. Correlación 0,985 0,751 0,970 Media Geométrica 4,11 4,26 4,66 Desv. Geométrica 1,53 1,54 1,52

78

Cuadro 20. Parámetros estadísticos de datos de salida de laguna facultativa 2000

No. SST

(Kg./día) LOG SST

DBO (Kg./día)

LOG DBO

DQO (Kg./día)

LOG DQO

% COORD.

1 3532 3,55 550 2,74 7147 3,85 7,69 2 4350 3,64 588 2,77 8251 3,92 15,38 3 4601 3,66 603 2,78 8348 3,92 23,08 4 5122 3,71 656 2,82 9140 3,96 30,77 5 5500 3,74 730 2,86 9539 3,98 38,46 6 5536 3,74 734 2,87 9864 3,99 46,15 7 5700 3,76 792 2,90 10390 4,02 53,85 8 5875 3,77 872 2,94 10492 4,02 61,54 9 6258 3,80 895 2,95 10644 4,03 69,23 10 7926 3,90 902 2,96 10894 4,04 76,92 11 8322 3,92 971 2,99 11536 4,06 84,62 12 9139 3,96 1208 3,08 12082 4,08 92,31 Coef. Correlación 0,971 0,982 0,970 Media Geométrica 3,76 2,89 3,99 Desv. Geométrica 1,49 1,37 1,51

79

Cuadro 21. Parámetros estadísticos de datos de la entrada de laguna facultativa en el primer semestre de 2001

No. SST

(Kg./día) LOG SST

DBO (Kg./día)

LOG DBO

DQO (Kg./día)

LOG DQO

% COORD.

1 8807 3,94 16356 4,21 34703 4,54 16,67 2 14075 4,15 16718 4,22 37615 4,58 33,33 3 15249 4,18 23160 4,36 41630 4,62 50,00 4 17570 4,24 23177 4,37 51089 4,71 66,67 5 22860 4,36 24462 4,39 57271 4,76 83,33 Coef. Correlación 0,962 0,913 0,987 Media Geométrica 4,17 4,31 4,64 Desv. Geométrica 2,04 2,07 2,15

80

Cuadro 22. Parámetros estadísticos de datos de la salida de laguna facultativa en el primer semestre de 2001

No. SST

(Kg./día) LOG SST

DBO (Kg./día)

LOG DBO

DQO (Kg./día)

LOG DQO

% COORD.

1 4153 3,62 673 2,83 8839 3,95 16,67 2 6149 3,79 681 2,83 9321 3,97 33,33 3 6280 3,80 719 2,86 10802 4,03 50,00 4 6860 3,84 814 2,91 10888 4,04 66,67 5 10332 4,01 897 2,95 11778 4,07 83,33 Coef. Correlación 0,940 0,960 0,969 Media Geométrica 3,81 2,88 4,01 Desv. Geométrica 1,95 1,69 2,00

81

4. EVALUACIÓN DE LA PRESENCIA DE METALES PESADOS EN LOS EFLUENTES

4.1 PROCEDIMIENTO El presente análisis se realizó a partir de los registros de los laboratorios particulares que realizaron muestreos en la bocatoma del Río Cauca, de donde Propal toma el agua para tratarla y utilizarla posteriormente en el proceso productivo, y en el efluente de la salida de la laguna facultativa. Desde 1998 hasta 2000, teniendo en cuenta que durante 1999 se realizaron dos análisis en el mes de junio y de noviembre. Los valores arrojados por los laboratorios se compararon con los parámetros referentes a los metales pesados del Decreto 1594 del 26 de junio de 1984, de acuerdo con las normas de vertimiento y calidad del agua que rigen a Propal Planta 1 (Ver Anexo H) que reglamentan las condiciones mínimas que deben cumplir los vertimientos a un cuerpo de agua. 4.2 FUNDAMENTOS TEORICOS A continuación se establecen las características principales de los metales pesados que se encontraron en los efluentes estudiados: 4.2.1 Plomo. El plomo es un metal altamente toxico y también se considera como un probable cancerígeno. La intoxicación por plomo ha sido reconocida durante muchos años, pues se ha reconocido el plomo como causa de lesión cerebral y renal. En los jóvenes, puede causar retardo mental e incluso convulsiones cuando llegan a una edad más avanzada. Esto ha motivado el abandono del uso de conectores de plomo en las tuberías y de las pinturas con base de plomo para la decoración interior. El reconocimiento de que la mayor parte del plomo tetraetilo de la gasolina es expelido a la atmósfera como óxido de plomo contribuyo al programa para minimizar o eliminar la cantidad de gasolina con plomo usada en los motores de combustión interna. 4

4 "Plomo," Enciclopedia Microsoft Encarta 2000.

82

4.2.2 Cadmio. Tiene amplio uso en la manufactura de baterías, y plásticos además se utiliza para en enchapado de productos de hierro como tuercas y tornillos para prevenir la corrosión. La mayor parte del cadmio que llega al medio acuático proviene de las operaciones de enchapado. A niveles extremos cauda la enfermedad llamada “Itai – Itai”, caracterizada por fragilidad ósea e intenso dolor. A niveles bajos de exposición durante un tiempo prolongado causa hipertensión arterial, esterilidad masculina, lesión renal y alteraciones respiratorias parecidas a la influenza. Recientemente se ha descubierto que en el humo del cigarrillo se encuentran cantidades importantes de cadmio.5 4.2.3 Cinc. El metal se usa principalmente como capa protectora o galvanizador para el hierro y el acero, y como componente de distintas aleaciones, especialmente del latón. También se utiliza en las placas de las pilas (baterías) eléctricas secas, y en las fundiciones a troquel. El óxido de cinc, conocido como cinc blanco, se usa como pigmento en pintura. También se utiliza como rellenador en llantas de goma y como pomada antiséptica en medicina. El cloruro de cinc se usa para preservar la madera y como fluido soldador. El sulfuro de cinc es útil en aplicaciones relacionadas con la electroluminiscencia, la fotoconductividad, la semiconductividad y otros usos electrónicos; se utiliza en los tubos de las pantallas de televisión y en los recubrimientos fluorescentes.6

4.2.4 Cromo. En el medio acuático el cromo existe principalmente en forma de cromato (Cr IV). Las formas trivalentes (Cr (III)) se hidrolizan por completo en las aguas naturales, y el cromo se precipita como hidróxido quedando pequeñas cantidades en solución. No hay evidencia que indique que la forma sea deletérea para la salud humana. El cromo se usa extensamente en la industria para hacer aleaciones, refractarios, catalizadores, óxido crómico y sales de cromato. La intoxicación por cromato causa enfermedades de la piel y lesión hepática. Hay algunas razones para pensar que los cromatos son oncogénicos; por esta razón el nivel permisible en las aguas potables ha sido restringido a 0.1 mg/l. 7

5 "Cadmio," Enciclopedia Microsoft Encarta 2000. 6 "Cinc," Enciclopedia Microsoft Encarta 2000. 7 "Cromo," Enciclopedia Microsoft Encarta 2000.

83

4.3 ANALISIS DEL COMPORTAMIENTO DE LOS METALES PESADOS POR

LUGAR DE MUESTREO Los registros estudiados durante el presente capitulo pertenecen a los estudios realizados por el laboratorio de la Universidad del Valle.

Cuadro 23. Presencia de metales pesados en la bocatoma del Río Cauca

1998 1999 (Junio)

1999 (Noviembre) 2000

NORMA Decreto 1594/84

Plomo (ppm) < 0.01 0.1021 < 0.16 < 0.224 0.05 Cadmio (ppm) < 0.001 0.0295 No realizado < 0.0130 0.01 Cinc (ppm) 0.012 0.143 0.046 0.019 15 Cromo (ppm) < 0.001 < 0.151 < 0.08 Valor no

detectable< 0.88 0.05 Fuente: Laboratorios Universidad del Valle. Facultad de Ingeniería. Departamento de procesos Químicos, Biológicos y de Saneamiento Ambiental.

Cuadro 24. Presencia de metales pesados en el efluente de la laguna facultativa

1998 1999

(Junio) 1999

(Noviembre) 2000 NORMA Decreto 1594/84

Plomo (ppm) 0.03 0.068 < 0.16 < 0.224 0.05 Cadmio (ppm) 0.002 0 No fue realizado < 0.0130 0.01 Cinc (ppm) 0.13 0.107 0.052 0.037 15 Cromo (ppm) < 0.001 < 0.151 < 0.08 Valor no

detectable< 0.88 0.05 Fuente: Laboratorios Universidad del Valle. Facultad de Ingeniería. Departamento de procesos químicos, Biológicos y de Saneamiento Ambiental. 4.3.1 Río Cauca. Desde 1998 hasta 2000 el Río Cauca ha presentado un aumento en la presencia de Plomo; así mismo estos valores se encuentran por encima de la norma vigente (Decreto 1594 de 1984). El cadmio, cinc y cromo no tienen un comportamiento constante que permita establecer aumentos o disminuciones a través del tiempo. A su vez, vale la pena resaltar que dichos valores no sobrepasan la norma vigente.

84

4.3.2 Salida laguna facultativa. Al evaluar los metales pesados en la salida de la laguna de aireación se puede establecer que en este punto el comportamiento del plomo es similar al del Río Cauca, dado que se presenta un aumento anual de los valores desde 1998 hasta 2000. Los valores para el cadmio y el cromo son bajos y no presentan un aumento que amerite una mayor atención. 4.4 ANALISIS ANUAL DE LOS METALES PESADOS Durante 1998 los valores de plomo, cadmio, cinc y cromo fueron aumentando desde el Río Cauca hasta el efluente final. Para 1999 se tienen dos mediciones en los meses de junio y noviembre: durante junio los valores de plomo y cadmio disminuyeron notablemente; a su vez el valor de cromo permaneció constante. El comportamiento del cinc fue variable pero aumentó con respecto al valor presentado en el Río Cauca y en el efluente final. Durante el mes de noviembre el valor del plomo fue constante en los tres puntos de medición, sin embargo, este valor aumentó con respecto al presentado durante el mes de junio del mismo año. El cromo permaneció constante durante el mes de noviembre al igual que durante junio, pero vale la pena resaltar que estos valores constantes disminuyeron de un mes a otro en una proporción de 0.151 ppm a 0.08 ppm. Para el año 2000 los valores de cromo, cadmio y plomo permanecieron constantes en los tres puntos de muestreo, a diferencia del valor del cinc, el cual presentó un ascenso al comparar la bocatoma del Río Cauca con el efluente total. La presencia de metales pesados en el Rió Cauca corresponde significativamente a los encontrados en el flujo de la laguna facultativa. Sin embargo, de acuerdo con la información obtenida por el Area de Control Ambiental, no se tiene la noción de una fuente específica que pudiera añadir plomo, que es el metal que aumenta significativamente, al agua durante el proceso hasta su salida en el efluente de la laguna. Vale la pena evaluar la veracidad de los resultados aportados por el laboratorio, ya que se presentan inconsistencias en los valores tomados en el Río Cauca y la salida de la laguna facultativa en los análisis de cromo, pues estos valores son iguales en los dos puntos de muestreo año por año. Es necesario volver a realizar análisis de presencia de metales pesados en la bocatoma del Río Cauca, en los flujos de agua residual de cada área, en el flujo a la entrada del clarificador y a la salida de la laguna facultativa en un laboratorio confiable.

85

5. CARACTERIZACIÓN DE MUESTRAS DE AGUA PARA EL MONTAJE EN LABORATORIO DE UN ESQUEMA

PRELIMINAR DE UN SISTEMA TERCIARIO APLICADO AL EFLUENTE DE LA LAGUNA FACULTATIVA

La elaboración del papel en Propal Planta 1 emplea y vierte frecuentemente grandes cantidades de agua requeridas para lavado, desmedulado en húmedo, preblanqueo, blanqueo de la pulpa, alimentación del digestor, limpieza de la pulpa y preparación de la fibra en general, utilizando en promedio 9020 GPM, que constituye el 98% de la materia prima utilizada en el proceso de producción de papel. El Área de Control Ambiental, a través del presente proyecto pretende establecer los resultados básicos de un esquema preliminar de un sistema terciario que permita el tratamiento del efluente de la laguna facultativa para utilizarlo nuevamente en el proceso productivo. Es decir, se busca que del agua de la laguna facultativa, un 15% o más sea nuevamente tratado para que tenga una naturaleza óptima y sea utilizada dentro del proceso de producción. Propal cuenta con la concesión de agua superficial del Río Cauca otorgada por la CVC (Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca) a través de la resolución 000215 de agosto 17 de 2001 para captar y tratar un caudal de 700 LPS con una vigencia de 10 años. Dado que la fuente de abastecimiento es el Río Cauca, la empresa cuenta con su propia planta da clarificación y potabilización de agua, la cual es utilizada en la producción y consumo humano. Este tratamiento es realizado con sulfato de aluminio, polímeros, cloro, cal viva o carbonato e hipoclorito de sodio, obteniendo agua para la planta y el sistema contra incendio. En el laboratorio de la planta de agua potable, solamente se manejan parámetros de turbidez y pH, para establecer el control horario del agua tratada que va directamente a la planta industrial y consumo humano. Las características que el agua tratada debe presentar son: pH de 6.4 a 7.0 en promedio y una turbiedad de 2.1 NTU (Unidades Nefelométricas de Turbiedad).

El proceso de potabilización consta de varias fases: inicialmente el agua que se toma del Río Cauca pasa por una rejilla para el desbaste de sólidos gruesos, como palos, trapos, piedras, etc., entrando con una turbidez promedio de 150 NTU. Posteriormente el agua es conducida hacia mezclador, en donde se le adiciona sulfato de aluminio como coagulante para que después el agua llegue hasta un reactivador, el cual es un tanque en forma de cono invertido.

86

En la parte superior de este se genera mezcla rápida y luego, en la parte inferior, mezcla lenta. El agua tratada sale por la parte inferior del tanque, allí se forma un lecho de precipitados que se comportan como un lecho filtrante. Gracias a la adición de sulfato de alumbre, el agua adquiere un pH de 5.8. Después el agua pasa a unas canaletas por rebose en donde se le adiciona cal para aumentar el pH a 7.0. En este punto el agua alcanza una turbidez promedio de 2.4, y después de la adición de cal alcanza un valor de 2.7 NTU.

El agua luego es almacenada y enviada a la planta para el uso industrial o de consumo humano. En el primer caso el agua llega a una etapa de filtración a través de filtros de arena y antracita, y para el segundo caso el agua es tratada con adición de hipoclorito para su desinfección. El diagrama de flujo que representa el proceso de potabilización del agua de Propal Planta 1 se encuentra en el Anexo I.

Inicialmente se realizaron pruebas de jarras al agua de la salida de la laguna facultativa con diferentes dosis de coagulante. Posteriormente se obtuvieron muestras de agua que arrojaran los mejores valores de turbidez durante la fase de pruebas de jarras. A estas muestras, junto con muestras de agua de la salida de la laguna facultativa y agua industrial de la planta se les efectuaron diferentes análisis de laboratorio para comparar de esta forma el comportamiento de las muestras tratadas bajo diferentes condiciones ambientales y de operación industrial. 5.1 PROCEDIMIENTO 5.1.1 Pruebas de jarras. Las pruebas de jarras se realizaron con las tres etapas fundamentales: • Mezcla Rápida: se ejecuta a 100 revoluciones durante medio minuto

adicionando el coagulante (sulfato de aluminio). • Mezcla lenta: se ejecuta durante 20 minutos a 40 revoluciones. Durante esta

etapa se realiza la floculación al entrar en contacto las partículas de materia orgánica y atraerse debido a la descompensación eléctrica generada por el coagulante. Los flocs se pueden formar de diferentes tamaños, presentándose preferentemente flocs pesados y grandes que implican menores tiempos de sedimentación requerida y menos problemas en la sedimentación por ausencia de partículas finas.

87

• Sedimentación: se deja en reposo la muestra durante 10 minutos, donde la casi totalidad de sólidos que se encuentran suspendidos son precipitados. La velocidad de sedimentación depende directamente del tamaño de la partícula generado en el proceso de floculación.

Se realizaron pruebas de jarras al efluente de la laguna facultativa con el objeto de establecer un rango de dosificación de coagulante óptimo que determinara valores de turbidez bajos al agua tratada. Para cada prueba se tomaron inicialmente valores de temperatura y pH del agua del efluente de la laguna facultativa. Así mismo, al finalizar cada prueba se tomó el pH final de la muestra del agua tratada que presentara una baja turbidez despues de ser aplicada la dosis de coagulante. El coagulante utilizado en las pruebas fue sulfato de aluminio en una solución de 10 gr. alumbre / lt de agua (valor sugerido por el laboratorio de Polución del Área de Control Ambiental), ya que esta concentracion es la utilizada como dosificacion típica para las pruebas de laboratorio diarias de la planta de agua potable de Propal planta1.

Se realizaron cinco pruebas de jarras, durante cinco días de manera consecutiva. Vale la pena aclarar que se hubiera podido realizar más réplicas a las pruebas de jarras realizadas, sin embargo, el equipo de laboratorio presentaba fallas, razón por la cual tuvo que ser remitido a reparacion inmediata, impidiendo la continuacion de los análisis por mas tiempo. Los resultados de las dosis óptimas de sulfato de alumbre aplicadas a las muestras del efluente de la laguna facultativa se presentan a continuación:

Dosis Óptimas

de Alumbre (ml)

Turbidez (NTU)

30 5 25 4.2 20 3.18 20 3.5 23 2.99

5.1.1.1 Registros de pruebas de jarras. A continuación se presentan los datos obtenidos en las pruebas de jarras efectuadas a muestras de agua de la salida de la laguna facultativa, con una sola réplica, durante cinco días. En cada registro se establecen las condiciones meteorólogicas y de funcionamiento del equipo de jarras.

88

Area de Control Ambiental

Laboratorio de Polucion Planta1

Prueba No.

FORMATO PARA PRUEBAS DE JARRAS

Elaborada por:

KATERINE HURTATIZ

ESTUDIANTE EN PRACTICA

Revisada por:

- Fecha: Noviembre 9 de 2001

Hora: 8:50 am

Temperatura 32 °C

pH inicial de efluente a tratar: 7.36

pH final de vaso 4 6.80

Tiempo y velocidad: 0.5 min………100rpm

20 min………. 40 rpm

10 min………. 0 rpm

Vaso

Dosificación de alumbre (ml)

Turbidez (NTU)

1 Blanco (Efluente de la laguna)

41

2 10 35 3 20 7 4 30 5 5 40 6

OBSERVACIONES:

El equipo de pruebas de jarras presentó probleamas de funcionamiento. Por tal

motivo se tuvo que realizar dos veces el test.

89

Area de Control Ambiental

Laboratorio de Polucion Planta1

Prueba No.

FORMATO PARA PRUEBAS DE JARRAS

Elaborada por:

KATERINE HURTATIZ

ESTUDIANTE EN PRACTICA

Revisada por:

Fecha: Noviembre 13 de 2001

Hora: 9:17 am

Temperatura : 31°C

pH inicial de efluente a tratar: 7.58

pH final de vaso 3 6.80

Tiempo y velocidad: 0.5 min………100 rpm

20 min………. 40 rpm

10 min………. 0 rpm

Vaso Dosificación de alumbre (ml)

Turbidez (NTU)

1 Blanco 36.1 2 20 4.5 3 25 4.2 4 30 5.1

5 35 5.3

OBSERVACIONES: Dado que el análisis realizado ayer arrojó buenos valores de turbidez cuando se aplicaron 30 ml de coagulante, se establecieron dosificaciones cercanas a este valor.

90

Area de Control Ambiental

Laboratorio de Polucion Planta1

Prueba No.

FORMATO PARA PRUEBAS DE JARRAS

Elaborada por:

KATERINE HURTATIZ

ESTUDIANTE EN PRACTICA

Revisada por:

Fecha: Noviembre 14 de 2001

Hora: 9:05 am

Temperatura 29°C

pH inicial de efluente a tratar: 7.44

pH final de vaso 2: 6.88

Tiempo y velocidad: 0.5 min………100 rpm

20 min………. 40 rpm

10 min………. 0 rpm

Vaso Dosificación de alumbre (ml)

Turbidez (NTU)

1 Blanco 35.1 2 20 3.18 3 23 4.13 4 25 5.17 5 27 4.41

OBSERVACIONES:

El equipo para pruebas de jarras presenta problemas de funcinamiento. Es

necesaria su reparacion pronta. Sin embargo la prueba realizada se pudo ejecutar

satisfactoriamente.

91

Area de Control Ambiental

Laboratorio de Polucion Planta1

Prueba No.

FORMATO PARA PRUEBAS DE JARRAS

Elaborada por:

KATERINE HURTATIZ

ESTUDIANTE EN PRACTICA

Revisada por:

Fecha: Noviembre 15 de 2001

Hora 8: 45 am

Temperatura 27°C

pH inicial de efluente a tratar: 7.53

pH final de vaso 2: 6.92

Tiempo y velocidad: 0.5 min………100 rpm

20 min………. 40 rpm

10 min………. 0 rpm

Vaso Dosificación de alumbre (ml)

Turbidez (NTU)

1 Blanco 34.6 2 20 3.5 3 25 3.9 4 30 4.19 5 35 5.77

OBSERVACIONES:

La noche del 14 de Noviembre llovió fuertemente. Esto pudo generar la

disminución de la turbidez de hoy con respecto a los valores tomados en dias

anteriores.

92

Area de Control Ambiental

Laboratorio de Polucion Planta1

Prueba No.

FORMATO PARA PRUEBAS DE JARRAS

Elaborada por:

KATERINE HURTATIZ

ESTUDIANTE EN PRACTICA

Revisada por:

Fecha: Noviembre 16 de 2001

Hora: 2:15 pm

Temperatura 32°C

pH inicial de efluente a tratar: 7.47

pH final de vaso 2: 6.95

Tiempo y velocidad: 0.5 min………100 rpm

20 min………. 40 rpm

10 min………. 0 rpm

Vaso Dosificación de alumbre (ml)

Turbidez (NTU)

1 Blanco 36.3 2 20 2.99 3 23 2.95 4 25 3.46 5 27 4.70

OBSERVACIONES: Esta última prueba tuvo que realizarse en las horas de la tarde, ya que el laboratorio de planta de agua esta realizando ensayos para la reparación del equipo de pruebas de jarras.

93

5.1.2 Análisis fisicoquímicos. En la planta de agua potable de Propal planta 1, solamente se cuentan con valores de pH (6.4 a 7.0) y turbidez (2.1 NTU), parámetros que hora tras hora son evaluados por el analista químico del laborario y que debe presentar el agua industrial que se envia para consumo humano y proceso productivo de la planta. Se realizaron diferentes analisis fisicoquimicos, como temperatura, solidos suspendidos, totales, disueltos, DBO, DQO, dureza, alcalinidad, entre otros, a muestras de agua industrial, durante cinco días, con el fin de conocer más características del agua industrial que utiliza Propal planta 1. Estos mismos analisis se le aplicaron a las muestras de agua de la salida de la laguna facultativa y a las muestras de agua tratada con alumbre durante las pruebas de jarras que hubieran obtenido baja turbidez. Los análisis fisicoquímicos obtenidos permitieron establecer un patrón de comparacion de diferentes parametros entre el agua industrial que utiliza Propal planta 1 en sus procesos, el agua de la salida de la laguna facultativa que se pretende tratar nuevamente con la implementación de un sistema terciario y el agua tratada durante las pruebas de jarras que hubiera obtenido la turbidez más baja. A continuación se explica de donde provenían las tres muestras de agua analizadas durante esta etapa: - Muestra de agua industrial: se refiere al agua que se utiliza para el proceso de

producción y consumo humano de Propal Planta 1, y proviene del tratamiento que recibe el agua del Río Cauca despues de pasar por la planta de potabilización.

- Muestra de agua de la salida de la laguna facultativa: efluente final que va al Río Cauca.

- Muestra de agua de la salida de la laguna facultativa que haya obtenido la turbidez más baja despues de aplicarsele la solución de sulfato de alumbre durante las pruebas de jarras. En la Figura 11 se aprecia el diagrama que representa el procedimiento adoptado para realizar los análiisis fisicoquímicos.

Los análisis fisicoquímicos realizados a las diferentes muestras de agua se llevaron a cabo de acuerdo con el Protocolo para Métodos Analíticos de Propal S.A. aprobado por la CVC (Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca) . (Ver Anexo J)

94

Figura 11. Obtención de muestras de agua para análisis fisicoquímicos

5.1.3 Análisis de resultados. Para establecer el análisis de los resultados obtenidos durante esta fase es necesario tener en cuenta que para las muestras de agua industrial y de la salida de la laguna facultativa se puede tomar un promedio de los valores para establecer la naturaleza del agua estudiada. Sin embargo, para las muestras de agua tratada con sulfato de alumbre durante las pruebas de jarras, no se puede determinar un comportamiento promedio, ya que cada muestra trabaja con dosis de coagulante diferentes, por ende, el comportamiento de remoción de cargas contaminantes no es el mismo. Sin embargo, vale la pena aclarar que al realizar la comparación de algunos parámetros fisicoquímicos a las muestras de agua tratada se pueden establecer patrones de comportamiento similares, ya que las dosis de coagulante no se salen del rango de entre 20 y 30 ml. 5.1.3.1 Temperatura. En la figura 12 se presentan los datos obtenidos durante las mediciones para la temperatura de las diferentes muestras. El agua de la salida de la laguna facultativa tiene una temperatura que por lo general esta sobre los 31°C. El agua industrial presenta valores de entre 20 y 23°C; el agua tratada con alumbre sin embargo presenta un valor cercano al agua de la laguna.

ANALISIS FISICOQUIMICOS

AGUA LAGUNA FACULTATIVA

ADICION DE COAGULANTE

AGUA TRATADA AGUA INDUSTRIAL

95

La temperatura del agua residual es por lo general mayor que la temperatura para el abastecimiento de Propal, esto se debe a la incorporación de agua caliente proveniente del calderas y otras operaciones de producción. Figura 12. Resultados de análisis de temperatura

TEMPERATURA (°C)

AGUA

INDUSTRIAL AGUA TRATADA CON ALUMBRE

AGUA SALIDA LAGUNA FACULTATIVA

DIA 1 22 31 31,7 DIA 2 20 30 31 DIA 3 23 29 31,2 DIA 4 21 29 32,5 DIA 5 22 27 31,3

Comportamiento de la Temperatura

15

20

25

30

35

1 2 3 4 5Dia

Agua Salida lagunafacultativaAgua tratada conalumbreAgua industrial

La medición de la temperatura es importante ya que en los sistemas de tratamiento biológico como la laguna incluyen procesos bacteriológicos que dependen de la temperatura. Es un parámetro muy importante porque afecta directamente las reacciones químicas y las velocidades de reacción. El oxígeno es menos soluble en agua caliente que en agua fría. La temperatura óptima para el desarrollo de la actividad bacteriana está en el rango de 25 a 35°C. De acuerdo con los resultados obtenidos, se determina entonces que la laguna presenta buenos valores de temperatura. Es importante evaluar un sistema de enfriamiento del agua de la laguna facultativa para el momento en que se pretenda establecer un sistema terciario para recircular parte o la totalidad del caudal. 5.1.3.2 pH. Es un término de uso general para expresar la magnitud de acidez o alcalinidad. Como se muestra en la figura 13, durante los análisis se observó que el pH de la salida de la laguna facultativa permanece constante en siete.

96

El agua industrial presenta un pH que se encuentra dentro del rango normal de entre 6.5 y 7. El pH del agua tratada estuvo dentro del rango del pH del agua industrial, lo que indica los buenos resultados del tratamiento con alumbre. Figura 13. Resultados de análisis de pH

PH

AGUA

INDUSTRIAL AGUA TRATADA CON ALUMBRE

AGUA SALIDA LAGUNA FACULTATIVA

DIA 1 6,53 6,8 7,7 DIA 2 6,6 6,8 7,58 DIA 3 6,6 6,41 7,47 DIA 4 7,06 7,11 7,6 DIA 5 7,15 6,69 7,81

Comportamiento de PH

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 2 3 4 5Dia

Agua Salida lagunafacultativaAgua tratada conalumbreAgua industrial

5.1.3.3 Sólidos. Sólidos suspendidos totales (SST). Se refieren a la fracción de sólidos totales retenidos sobre un filtro con un tamaño de poro específico medido después de que ha sido secado a una temperatura específica. La determinación de sólidos suspendidos es de gran valor en el análisis de aguas con carga contaminante, pues determina la eficiencia de los sistemas de tratamiento. Sin embargo, la determinación de sólidos suspendidos es susceptible de errores considerables, ya que dado que normalmente se utilizan para determinar la cantidad de sólidos suspendidos que quedan después de la remoción de los sólidos sedimentables en las unidades primarias y secundarias de tratamiento, no son lo suficientemente viables para ser determinados en aguas para abastecimiento de uso público o industrial. Para nuestro caso, nos permite establecer el comportamiento de la remoción de los sólidos suspendidos tomando como patrón de comparación el agua industrial.

97

Figura 14. Resultados de análisis de Sólidos Suspendidos Totales

SÓLIDOS SUSPENDIDOS TOTALES (mg / L)

AGUA

INDUSTRIAL AGUA TRATADA CON ALUMBRE

AGUA SALIDA LAGUNA FACULTATIVA

DIA 1 7 18 70 DIA 2 9 19 78 DIA 3 8 10 65 DIA 4 10 16 74 DIA 5 1 26 72

Comportamiento SST (mg/l)

010

2030

4050

6070

8090

1 2 3 4 5Dìa

Agua salida lagunafacultativaAgua tratada conalumbreAgua industrial

En la figura 14 se observa que los sólidos suspendidos totales del agua tratada disminuyeron satisfactoriamente con el tratamiento, dado que los valores obtenidos, descienden en la mayoría de los casos analizados, obteniendo una remoción de carga de sólidos en un rango de 40 a 90 mg / L. Sin embargo, el agua tratada con alumbre aún está lejos de obtener valores del agua industrial de Propal, cuyas mediciones de sólidos suspendidos totales están por debajo de 10 mg / L. Sólidos disueltos. Se refieren a los sólidos que pasan a través del filtro y luego son evaporados y secados a una temperatura determinada. Esta medida comprende coloides (tamaño 0.001 a 1 µm) y sólidos disueltos. Figura 15. Resultados análisis Sólidos Disueltos

SÓLIDOS DISUELTOS (mg / L)

AGUA

INDUSTRIAL AGUA TRATADA CON ALUMBRE

AGUA SALIDA LAGUNA FACULTATIVA

DIA 1 78 862 1002 DIA 2 95 824 829 DIA 3 124 877 837 DIA 4 68 824 855 DIA 5 137 849 842

98

Comportamiento Sólidos Disueltos (mg/L)

0

200

400

600

800

1000

1200

1 2 3 4 5Día

Agua salida lagunafacultativaAgua tratada conalumbreAgua industrial

La remoción de sólidos disueltos durante las pruebas fisicoquímicas no fue tan alta como en el caso de los sólidos suspendidos. Figura 16. Resultados análisis Sólidos Totales

SÓLIDOS TOTALES (mg / L)

AGUA

INDUSTRIAL AGUA TRATADA CON ALUMBRE

AGUA SALIDA LAGUNA FACULTATIVA

DIA 1 85 880 1072 DIA 2 104 843 907 DIA 3 132 887 902 DIA 4 78 840 929 DIA 5 138 872 914

Comportamiento Solidos Totales (mg/L)

0

200

400

600

800

1000

1200

1 2 3 4 5Día

Agua salidalaguna facultativaAgua tratada conalumbreAgua industrial

5.1.3.4 Turbidez. La turbidez puede ser causada por una gran variedad de materiales en suspensión, de tamaño variable entre las dispersiones coloidales y las gruesas, dependiendo del grado de turbulencia. La disminución de los sólidos suspendidos indica la reducción de los valores de turbidez, ya que después de adicionar la solución de sulfato de alumbre, como se muestra en la figura 17, el agua de la salida de la laguna facultativa presentó valores de turbidez del orden de 53.17 NTU en promedio y se redujo a valores en un rango de entre 3 a 5 NTU.

99

Figura 17. Resultados análisis Turbidez

TURBIDEZ (mg / L)

AGUA

INDUSTRIAL AGUA TRATADA CON ALUMBRE

AGUA SALIDA LAGUNA FACULTATIVA

DIA 1 2 5 41 DIA 2 2,23 4,2 36,1 DIA 3 2,34 3,18 35,1 DIA 4 3,65 3,5 34,6 DIA 5 3 2,95 102

Comportamiento de la turbidez (NTU)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1 2 3 4 5Día

Agua salida lagunafacultativaAgua tratada conalumbreAgua industrial

5.1.3.5 Color. Las aguas pueden tomar color por contaminación con aguas altamente coloreadas. Las aguas residuales de Propal, presentan altas concentraciones de color gracias a los vertimientos de operaciones provenientes de desmedulado. El agua de la salida de la laguna facultativa obtuvo un valor promedio de color de 392 Unidades de Platino Cobalto. Después de adicionar el coagulante durante las pruebas de jarras, este parámetro disminuyo hasta un rango de 54 a 77 U. PtCo. (Ver figura 18). La intensidad del color aumenta con el pH, efecto que se pudo observar durante los análisis practicados. En la industria papelera, se producen considerables cantidades de líquidos residuales que contienen derivados de la lignina y otros materiales en forma disuelta. Los derivados de la lignina son altamente coloreados y bastante resistentes al ataque biológico. El agua industrial de Propal, que también es utilizada para consumo humano presentó durante los análisis valores de color por encima de 15 unidades. De acuerdo con la Agencia de Protección Ambiental (EPA), el color destinado para el consumo humano no debe exceder de 15 unidades, el cual es el nivel contaminante máximo o secundario recomendado.

100

Figura 18. Resultados análisis color

COLOR (Unidades PtCo)

AGUA

INDUSTRIAL AGUA TRATADA CON ALUMBRE

AGUA SALIDA LAGUNA ACULTATIVA

DIA 1 16 57 213 DIA 2 17 65 457 DIA 3 12 54 197 DIA 4 25 77 520 DIA 5 22 72 639

Comportamiento del Color (U. PtCo)

0

100

200

300

400

500

600

700

1 2 3 4 5Día

Agua salida lagunafacultativaAgua tratada conalumbreAgua industrial

5.1.3.6 Demanda Biológica de Oxígeno. Se define usualmente como la cantidad de oxígeno que requieren las bacterias durante la estabilización de la materia orgánica susceptible de descomposición. Esta prueba halla su importancia en el establecimiento de los criterios de regulación y evaluación de la capacidad de purificación de un cuerpo de agua, así como para el control de la contaminación de un flujo residual. Esta prueba arroja valores en descenso después de ser aplicada la dosis de coagulante en cada caso. Sin embargo es necesario establecer un tratamiento que permita llegar a valores escasos de DBO para que el agua se comporte como agua industrial con valores por debajo de 1 ppm. (Ver figura 19). Figura 19. Resultados análisis DBO

DEMANDA BIOQUIMICA DE OXIGENO (mg/L)

AGUA

INDUSTRIAL AGUA TRATADA CON ALUMBRE

AGUA SALIDA LAGUNA FACULTATIVA

DIA 1 0,1 4,01 11,3 DIA 2 0,09 3 11,7 DIA 3 0,3 3,8 10,9 DIA 4 0,57 4,4 11,4 DIA 5 0,2 3,4 12,5

101

Comportamiento DBO (mg/L)

0

2

4

6

8

10

12

14

1 2 3 4 5Día

Agua salidalaguna facultativaAgua tratada conalumbreAgua industrial

5.1.3.7 Demanda Química de Oxígeno. Permite determinar la concentración de la materia orgánica en los residuos domésticos e industriales. La lignina que está presente en el efluente de la laguna facultativa es completamente oxidada, por tal razón, los valores de DQO obtenidos durante las pruebas son mayores que los de DBO y aumentarían más en la medida en que existiesen cantidades significativas de materia orgánica biológicamente resistente. La DQO en el agua industrial no se detectó durante los análisis. (Ver figura 20) Figura 20. Resultados análisis DQO

DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO (mg/L)

AGUA

INDUSTRIAL AGUA TRATADA CON ALUMBRE

AGUA SALIDA LAGUNA FACULTATIVA

DIA 1 No detectable 26 132 DIA 2 No detectable 37 115 DIA 3 No detectable 23 116 DIA 4 No detectable 48 141 DIA 5 No detectable 36 137

Comportamiento DQO (mg/L)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

1 2 3 4 5

D í a

Agua salida lagunafacultativaAgua tratada conalumbre

102

5.1.3.8 Alcalinidad. La alcalinidad del agua permite medir la capacidad de esta para neutralizar ácidos. Los bicarbonatos son los compuestos que mas contribuyen a la alcalinidad, puesto que se forman cantidades considerables por la acción del dióxido de carbono sobre la materia orgánica. En aguas anaeróbicas o contaminadas se pueden producir sales de ácidos débiles que también contribuyen a la alcalinidad. La alcalinidad a la fenolftaleína durante las pruebas fue 0, dado que el pH de las tres muestras de agua analizadas están por debajo de 7.8, y para determinar la alcalinidad a la fenolftaleína es necesario que el pH de las muestras disminuya aproximadamente desde 10 hasta 8.3 unidades. Figura 21. Resultados análisis Alcalinidad Total

ALCALINIDAD TOTAL (mg CaCO3 / L)

AGUA

INDUSTRIAL AGUA TRATADA CON ALUMBRE

AGUA SALIDA LAGUNA FACULTATIVA

DIA 1 39 48 207 DIA 2 31 85 207 DIA 3 46 44 210 DIA 4 16 90 206 DIA 5 25 77 209

Comportamiento Alcalinidad Total (mg CaCO3)

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4 5Día

Agua salida lagunafacultativaAgua tratada conalumbreAgua industrial

Con respecto a la alcalinidad total, (ver figura 21), referida a la cantidad de ácido requerido para reaccionar con hidróxido, carbonato y bicarbonato, se observó que el sulfato de alumbre utilizado como producto químico para la coagulación del agua de la salida de la laguna facultativa reacciona con esta formando precipitados insolubles de hidróxidos. Los iones de hidrógeno liberados reaccionan entonces con la alcalinidad del agua. Por ende esta alcalinidad actúa como amortiguante del agua dentro de un rango de valores de pH para que el alumbre (coagulante) sea efectivo. Es necesario que exista un exceso de alcalinidad para

103

que el ácido liberado por el coagulante sea neutralizado y se genere una coagulación efectiva y completa. Esta característica es benéfica dentro del tratamiento realizado ya que la alcalinidad total que presenta el agua de la salida de la laguna se encuentra dentro del orden de 208 mg CaCO3/L, llegando hasta un rango de entre 90 y 48 mg CaCO3/L. Es importante tener en cuenta que aunque disminuyó la alcalinidad total no llego a valores tan bajos como los que requiere el agua industrial, la cual, de acuerdo con las mediciones tiene un valor promedio de 29 mg CaCO3 /L. 5.1.3.9 Dureza. Las aguas duras son aquellas que requieren cantidades considerables de jabón para producir espuma y además, producen costras en las tuberías de agua caliente, calentadores, calderas y otras unidades en las que se aumenta materialmente la temperatura del agua. La dureza se causa por cationes metálicos polivalentes. La dureza total es el resultado de obtener la dureza por calcio y por magnesio. Figura 22. Resultados análisis Dureza Cálcica

DUREZA CALCICA (mg CaCO3 / L)

AGUA

INDUSTRIAL AGUA TRATADA CON ALUMBRE

AGUA SALIDA LAGUNA FACULTATIVA

DIA 1 22 127 119 DIA 2 26 119 115 DIA 3 30 122 125 DIA 4 24 120 108 DIA 5 27 122 117

Comportamiento Dureza Cálcica (mgCaCO3/L)

0

20

40

60

80

100

120

140

1 2 3 4 5Día

Agua salida lagunafacultativaAgua tratada conalumbreAgua industrial

Durante los análisis realizados (ver figura 22), se pudo establecer que la dureza cálcica medida en las muestras de agua de la laguna y de agua tratada, en algunos casos aumenta respectivamente. Esto puede deberse a la adición de

104

sulfato de alumbre a las muestras de agua cruda (efluente laguna), ya que en ocasiones los iones aluminio y férrico contribuyen a la dureza del agua. Figura 23. Resultados análisis Dureza Total

DUREZA TOTAL (mg CaCO3 / L)

AGUA

INDUSTRIAL AGUA TRATADA CON ALUMBRE

AGUA SALIDA LAGUNA FACULTATIVA

DIA 1 54 153 175 DIA 2 48 135 177 DIA 3 50 177 180 DIA 4 55 146 150 DIA 5 52 142 165

Comportamiento Dureza Total (mgCaCO3/L)

020406080

100120140160180200

1 2 3 4 5Día

Agua salida lagunafacultativaAgua tratada conalumbreAgua industrial

Al observar los resultados de dureza cálcica, se infiere que el agua tratada obtuvo un aumento con respecto a la dureza que presentó el agua de la salida de la laguna facultativa. Este parámetro es de vital importancia a la hora de diseñar un sistema terciario para el agua proveniente del sistema secundario, dado que esta propiedad del agua puede causar incrustaciones y corrosión a los equipos, provocando su desgaste y deterioro.

105

6. MONTAJE EN LABORATORIO DE UN ESQUEMA PRELIMINAR DE UN SISTEMA TERCIARIO APLICADO AL

EFLUENTE DE LA LAGUNA FACULTATIVA Durante esta fase del proyecto, se realizó el montaje a nivel de laboratorio de un sistema terciario que constó de los siguientes tratamientos: coagulación, floculación, sedimentación y filtración. El sistema de tratamiento adoptado se realizó por indicación del área de Control Ambiental de Propal planta 1. 6.1 FUNDAMENTOS TEÓRICOS Cuando el agua residual requiere un grado de tratamiento mayor que el que puede aportar el proceso secundario, o cuando el efluente va a reutilizarse, es necesario un tratamiento avanzado de las aguas residuales. Hay procesos que permiten eliminar más de un 99% de los sólidos en suspensión y reducir la DBO5 en similar medida. Los sólidos disueltos se reducen por medio de procesos como la ósmosis inversa y la electrodiálisis. La eliminación del amoníaco, la desnitrificación y la precipitación de los fosfatos pueden reducir el contenido en nutrientes. Si se pretende la reutilización del agua residual, la desinfección por tratamiento con ozono es considerada el método más fiable, excepción hecha de la cloración extrema. Existen también otros tratamientos que no son tan complejos y que pueden emplearse en el tratamiento avanzado de las aguas residuales. 6.1.1 Tratamiento fisicoquímico. A diferencia de la alternativa biológica, el tratamiento fisicoquímico no involucra el mejoramiento de la calidad de las Aguas Residuales por medio de un proceso biológico, sino fundamentalmente por reacción física y química sobre la base de adición de reactivos específicos. Las componentes unitarias de este sistema, son fundamentalmente de tipo físico (sedimentación, flotación, filtración, etc.) y a veces vienen complementadas con adición de ciertos reactivos (coagulantes, polielectrolitos, polímeros, etc.) generando reacciones estequiométricas que aumentan la eficiencia de remoción de los parámetros de interés. La adición de coagulantes permite la aglomeración de las partículas presentes en las Aguas Residuales, formándose partículas de mayor tamaño llamadas flóculos, que son más fáciles de remover que las partículas del Agua Residual cruda. La

106

mayor o menor formación de flóculos, así como su tamaño y peso, depende del tipo y cantidad de floculante empleado. Las componentes unitarias involucradas dependerán del tipo de aguas residuales a tratar, contemplando en general algunas de las componentes unitarias comunes a toda alternativa (pretratamiento, homogenización, deshidratación) y algunas de las siguientes:

• Regulación – Homogenización • Coagulación – Floculación • Sedimentación o Flotación • Acidulación • Filtración

A continuación se presenta una descripción breve de algunas las componentes unitarias más importantes de este tipo de tratamiento que se involucraron dentro del presente montaje. 6.1.1.1 Coagulación – floculación. Los criterios de diseño de esta componente unitaria se deben obtener a partir de pruebas de jarras (jar-test) efectuadas al agua residual. Una prueba de jarras consiste en simular a escala de laboratorio, la respuesta de las Aguas Residuales a determinados agentes coagulantes. Un jar-test típico consta de seis jarras, a cada una de las cuales se le adiciona una distinta cantidad de agente coagulante con o sin ajuste de pH. Para ajustar el pH se usa ácido sulfúrico y soda o cal, mientras que para la coagulación, los productos más usados son el cloruro férrico y el sulfato de aluminio. En algunos casos, en particular con los desechos de origen orgánico, el lodo generado puede ser reutilizado como alimento animal, aunque ello depende de los productos químicos usados. En particular, la cal y el sulfato de aluminio pueden no ser aptos para este fin a determinadas concentraciones. Por otro lado, el uso de cal ayuda a una mejor deshidratación de los lodos en sistemas de filtro prensa o de banda. 6.1.1.2 Sedimentación. Una vez hecha la prueba, y sedimentado el lodo, al sobrenadante de cada jarra se le efectúan los análisis de los parámetros de interés según el caso (DBO, DQO, SST, Color, Turbiedad, etc.), debiéndose además registrar el pH residual, y el volumen decantado de lodos. El volumen de lodos decantado constituye un índice de la producción de lodos que se tendrá en una planta de este tipo, el cual puede variar grandemente según el

107

tipo de residuo. De hecho, si el volumen es muy grande, ello se traducirá en una necesidad de tratar un volumen de lodos inmanejable, lo que puede desvirtuar el tratamiento fisicoquímico, aún cuando las eficiencias de remoción sean satisfactorias. 6.1.1.3 Filtración. Esta componente es menos utilizada, a menos que se desee pulir el efluente en términos de determinados parámetros (sólidos del tipo coloidal o disuelto, etc.), o para efectos específicos como remoción de color, olor, etc. Finalmente, debe destacarse que todos los sistemas de tratamiento requieren de un mayor o menor grado de operación y mantenimiento, a cargo de operadores y técnicos debidamente capacitados. En general, se asocia los problemas de una planta de tratamiento a diseños incorrectos aunque suele encontrarse que el problema real es una incorrecta o deficiente operación. 6.2 PROCEDIMIENTO En el Capitulo 5, a través de los ensayos de jarras se determinó la concentración adecuada de coagulante (sulfato de aluminio) para ser aplicado en el montaje realizado. En el presente capitulo se describen las variables y cálculos a través de los cuales se desarrolló un esquema preliminar a escala de laboratorio de un sistema avanzado para tratar el agua de la salida de la laguna de aireación. 6.3 DESCRIPCION DEL MONTAJE El sistema propuesto como tratamiento avanzado para el agua de la salida de la laguna de aireación esta compuesto por dos etapas principales: la primera de coagulación – floculación – sedimentación y la segunda de filtración. En la Figura 24 se presenta el diagrama de flujo que describe el montaje realizado.

108

Figura 24. Diagrama de flujo montaje esquema preliminar de un sistema terciario

Fuente: el autor 6.3.1 Materiales. El listado de materiales utilizados es el siguiente: - Un (1) soporte en madera para la colocación de los tanques - Un (1) soporte para colocación del filtro - Un (1) tanque en vidrio con volumen de 13 L - Un (1) tanque en vidrio dividido en tres tanques pequeños con volúmenes de

1.2, 1.4 y 4 L. - Una (1) botella en plástico de 2 L. - Un (1) compresor - Un (1) agitador eléctrico - Un (1) erlenmeyer de 1000 ml - Difusores para peceras - Dosificadores utilizados normalmente para aplicación de suero - Un (1) aireador - Magnetos - Tres (3) m. de manguerilla en plástico - Un (1) m. de alambre de 2 mm de espesor - Membrana para el filtro - Solución sulfato de aluminio de 10gr/lt - Grava blanca - Arena tamizada - Carbón Activado

AGUA DE LA LAGUNA

FACULTATIVA

TANQUE HOMOGENIZADOR

COAGULACIÓN (MEZCLA

COMPLETA)

FLOCULACIÓN SEDIMENTACIÓN

FILTRACIÓN

SALIDA DE LODOS DE

SEDIMENTACION

AGUA TRATADA

109

6.3.2 Descripción de unidades. Las unidades en vidrio utilizadas para disponer los tratamientos ya se encontraban disponibles en el laboratorio. El tanque utilizado para realizar el ensayo de los tratamientos de coagulación, floculación y sedimentación originalmente estaba dividido en dos compartimientos de 2.6 y 4 L. de capacidad. Para utilizar este tanque dentro del montaje realizado se hizo una modificación, introduciendo una placa de vidrio en el primer compartimiento de manera que se pudieran realizar la fase de coagulación, floculación y sedimentación por separado. Esta placa estaba provista de 2 hileras de orificios para permitir el paso del agua por rebose desde la primera etapa a la segunda.

7. Vista general del montaje de un sistema terciario en el laboratorio de Polución de Propal planta 1.

6.3.2.1 Tanque de homogenización. Se utilizó un tanque en vidrio con un volumen de 13 L. Allí se colocó el agua de la salida de la laguna de aireación que se iba a tratar, la cual, normalmente tiene un color pardo oscuro. Para evitar que se generara sedimentación en este tanque alimentador de dispuso de un difusor que

110

se conectaba con una manguera. Esta llegaba hasta el fondo del tanque, con el fin de enviar una corriente constante de aire para generar mezcla continua dentro del mismo.

8. Detalle del tanque de homogenización con manguerilla para adicionar aire y evitar

sedimentación de partículas 6.3.3 Tanque de coagulación – floculación. Se utilizó un tanque en vidrio con un volumen útil de 1.2 L. A este tanque llegaba el agua proveniente de la primera cámara a través de un dosificador. Un compresor pequeño enviaba aire con presión a través de una manguerilla que se bifurcaba a través de una cruz en plástico. Esta unidad tenía dos reguladores con los cuales se controlaba el aire que iba a cada difusor, de manera que a través de todo el tanque de coagulación hubiese movimiento del agua. En el fondo de la cámara se encontraban los tres distribuidores agregando aire de manera prolongada al agua con objeto de permitir una mezcla continua entre el coagulante y el agua a tratar. Al centro del tanque, donde se encontraban los difusores, se introdujo una manguerilla que dosificaba una solución de sulfato de alumbre preparada previamente. La solución se encontraba en un erlenmeyer de 1000 ml y se enviaba al tanque de coagulación a través de una manguerilla, regulando un caudal de 21.6 ml/h mediante un dosificador. Para evitar que la solución de coagulante se sedimentara con el tiempo, se coloco permanentemente sobre una plancha de agitación. El agua con sulfato de alumbre pasaba posteriormente por rebose al siguiente tanque a través de 6 orificios de 1 cm. de diámetro, ubicados en dos filas de tres orificios cada una. En el fondo de este tanque se empezaban a sedimentar algunos microflóculos lo que permitió la formación de un lecho filtrante que

111

facilitaba la filtración del agua a medida que se iba tratando el flujo entrante. Es decir, el agua que llegaba traía microflocs que en esta etapa formaba flóculos más grandes que por peso llegaban hasta el fondo. El agua volvía a pasar por rebose a la siguiente cámara con una apariencia más clarificada.

9. Detalle del tanque de coagulación: reguladores de aire a presión. Abajo difusores verdes para generar mezcla completa durante la adición de sulfato de aluminio

6.3.4 Tanque de sedimentación. Este tanque, cuyo volumen útil era de 4 L., se encontraba adherido al tanque de floculación. El agua llegaba al tanque de sedimentación a través de cinco orificios de 1 cm. ordenados en una hilera, los cuales ya estaban elaborados. En esta fase de clarificación, el agua llegaba con menos cantidad de sólidos, ya que se evidenciaba un color más claro, en comparación con el color observado en el agua de la salida de la laguna facultativa. Algunos microflocs se sedimentaban y llegaban al fondo del tanque, en donde una maguerilla durante una o dos veces al día evacuaba los lodos. Esta operación se realizaba de manera manual, colocando la manguerilla en los lugares con acumulación de sólidos de manera que el agua que quedaba en el tanque se enviara hacia el filtro con la menor cantidad de sólidos posible.

112

10. Vista lateral del tanque de homogenización y del tanque de coagulación – floculación

– sedimentación. Parte posterior: beaker con solución de sulfato de aluminio. 6.3.5 Filtro. El filtro se construyó en una botella de gaseosa de 2 L. Como lecho filtrante se utilizo grava, arena y carbón activado. Estos materiales se encontraban en el laboratorio de Control Ambiental, razón por la cual fueron utilizados durante la práctica. La Figura 13 muestra en detalle la disposición de las capas de los lechos en el filtro.

Figura 2512. Detalle del filtro para el montaje

Fuente: el autor

ARENA

CARBÓN ACTIVADO

GRAVA

INFLUENTE

LIIENZO PARA SEPARACION DE LECHOS FILTRANTES

EFLUENTE

113

Previamente, el carbón activado fue lavado en repetidas ocasiones para obtener una buena filtración al momento de ser utilizado en el sistema, evitando que este material pudiera adicionar impurezas al agua tratada. El carbón activado y la arena, se tamizaron con anterioridad a fin de obtener tamaños de partícula de 5 mm y 0.5 a 1 mm, respectivamente. En el fondo de la botella se dispuso un lienzo de fibras fuertes para detener las partículas de las capas anteriores. Inicialmente se fijó carbón activado con una profundidad de 8 cm. Posteriormente se colocó un segundo lienzo para detener las partículas de arena y evitar que se mezclaran con el carbón activado. La capa de arena subsiguiente tenía una profundidad de 10 cm. Finalmente, después de colocar otro lienzo de separación de lechos, se dispuso una capa de grava blanca con una profundidad de 4 cm y diámetros de entre 0.5 y 1 cm. Vale la pena aclarar que otra función del lienzo colocado después de cada capa de material filtrante, era permitir el paso del agua reteniendo en el aquellas partículas que no hubieran sido retenidas en los lechos filtrantes. El agua llegaba al filtro desde el tanque de sedimentación a través de una manguerilla que estaba provista en un extremo de un regulador del caudal que debía entrar. El agua tratada llegaba finalmente a un beaker de 1000 ml, en esta etapa el agua contaba visiblemente con una amplia remoción de color, turbidez y sólidos.

11. Filtro del montaje con arena y carbón activado

114

6.4 CALCULOS DEL ENSAYO

6.4.1 Cálculo del afluente. Corresponde al caudal de agua de la salida de la laguna facultativa que se trató en el montaje. Dado que durante el ensayo de jarras se obtuvo una dosificación de entre 20 y 30 ml de alumbre en volúmenes de 800 ml de agua, se realizaron los cálculos para un volumen similar de la siguiente manera:

5 ml * 60 seg. * 60 min. = 818 ml/h 22 seg. 1 min. 1 hora

Lo anterior indica que el caudal que se dosificó fue de 5 ml en 22 segundos. 6.4.2 Cálculo del alumbre. Durante los ensayos de jarras se adicionó como coagulante una solución de sulfato de aluminio de 10 gr/L equivalente a 10000 ppm. Siguiendo la siguiente fórmula referente al cálculo de las concentraciones, se llegó a las siguientes dosificaciones de coagulante:

C1 * V1 = C2 * V2

Donde: C1 = 250 mg/L Concentración de sulfato de aluminio durante las pruebas

de jarras V1 = 800 ml Volumen agua salida de laguna para pruebas de jarras C2 = 10000 mg/L Concentración inicial de sulfato de alumbre (10 gr / L) V2 =

¿? Volumen de sulfato de alumbre para montaje

250 mg/L * 800 ml = 10000 mg/L * V2

V2 = 20 ml

La dosificación de sulfato de aluminio fue calculada de la siguiente manera de acuerdo con el volumen anteriormente hallado:

1.8 ml * 60 min 5 min. 1 hora

Como resultado se adicionó 21.6 ml / h de solución de sulfato de aluminio.

115

6.4.3 Tiempo de contacto en la cámara de coagulación – floculación. Caudal de entrada: Efluente de laguna = 818 ml / h Alumbre = 21.6 ml / h Caudal de entrada total: 839.6 ml / h = 5.32 GAL. / día TCONTACTO = Caudal de entrada / Volumen útil de la cámara TCONTACTO = (5.32 GAL/día) / 0.34 GAL. TCONTACTO = 16 días El tiempo de contacto de la solución de sulfato de alumbre con el efluente de la laguna facultativa es aproximadamente de 16 días. 6.4.4 Tiempo de residencia en las etapas de coagulación – floculación –

sedimentación.

TRESIDENCIA = Caudal de entrada / Volumen total de las cámaras 2, 3 y 4 TRESIDENCIA = (5.32 GAL/día) / 1.78 GAL. TRESIDENCIA = 3 días El tiempo que tardará el caudal de entrada, conformado por el caudal proveniente de la salida de la laguna facultativa y el coagulante empleado (solución de sulfato de aluminio), a través de las cámaras de coagulación, floculación y sedimentación será de tres días. 6.5 OBSERVACIONES Durante esta fase no se realizaron análisis fisicoquímicos antes, durante ni después del tratamiento realizado, dado que antes de establecer dichas comparaciones es necesario realizar varios ajustes al sistema. Sin embargo, el ensayo del montaje de un esquema preliminar para un sistema terciario descrito anteriormente es la base para que en la continuación del presente proyecto se evalúen los aspectos que no se tuvieron en cuenta durante la ejecución de esta fase, y que serán descritos en el capitulo de las conclusiones y recomendaciones a continuación.

116

7. CONCLUSIONES

• A través de la caracterización de la empresa fue posible identificar los

procesos, productos y subproductos que se generan allí, como por ejemplo el alto consumo de agua proveniente del Río Cauca (9020 GPM) y el consecuente tratamiento para su potabilización para consumo humano e industrial, así como el gran aporte de sólidos suspendidos a los vertimientos por parte de las áreas de Máquinas y Refinería.

• La evaluación de la eficiencia de los sistemas de tratamiento de Propal

planta 1, respecto de la remoción de sólidos suspendidos totales, demanda bioquímica de oxígeno y demanda química de oxígeno en el clarificador y la laguna facultativa facilitó establecer la situación actual y real de los sistemas de tratamiento, y las posibles causas por las cuales, el normal funcionamiento de los sistemas de tratamiento se ha afectado.

• De acuerdo con las condiciones normales de operación, el clarificador debe

alcanzar una remoción de SST del 94%, presentando a la entrada un valor máximo de 43.000 Kg. / día y a la salida 2.500 Kg./día. Sin embargo, a través de los años evaluados, el clarificador alcanzó un rango promedio de SST a la entrada en un rango entre 56.000 Kg./d hasta 73.000 Kg./día., y a la salida del clarificador valores mayores de 8.800 Kg./día. El incremento de la carga de sólidos suspendidos en el clarificador se origina en el aumento del flujo en este punto (actualmente recibe en promedio 9020 GPM, alcanzando en algunas circunstancias caudales entre 9500 a 10.000 GPM), ya que el clarificador fue diseñado para recibir un flujo entre 5.800 GPM a 6.300 GPM. Es importante tener en cuenta que en un principio el clarificador solo iba a sedimentar aguas alcalinas provenientes de las áreas de pulpa, desmedulado y máquinas, pero posteriormente se le adicionaron aguas de blanqueo, las cuales tienen una naturaleza ácida (pH de 2 a 6), lo que posiblemente generó un descenso en la eficiencia del sistema, dado que pHs bajos producen fermentación, acumulación de sólidos y la consecuente subida de los lodos del fondo del clarificador.

• La eficiencia de remoción del clarificador ha disminuido a través de los años, ya que de acuerdo con el estudio realizado desde 1998 hasta el primer semestre de 2001, el clarificador presenta remociones de SST de 85%. 78%, 76%. Sin embargo, la eficiencia de remoción de la DBO del clarificador, que debía ser del 25% presentó valores del orden de 30%,

117

35%, 38%, gracias precisamente a la fermentación generada en el clarificador por la acumulación de los sólidos suspendidos.

• La variabilidad de los valores de eficiencia en cada uno de los parámetros

estudiados presenta cierto porcentaje de error causado probablemente por fallas al momento de realizar los análisis de laboratorio.

• La laguna facultativa de Propal planta 1 fue diseñada para una carga a la

entrada de sólidos suspendidos de 2500 Kg/día y a la salida de 100 mg/L, alcanzando una eficiencia de remoción de 65%. A través del estudio de recopilación de datos del comportamiento de la laguna facultativa, los valores que alcanzó en remoción de SST desde 1998 hasta el primer semestre fueron del orden de 55% al 75%. Es importante establecer que la laguna presentó valores altos a la entrada de sólidos, de más de 10000 Kg. /día. Sin embargo presentó excelentes valores de remoción de DBO y DQO de mas del 96% sobrepasando la eficiencia esperada del 95%. En las lagunas facultativas, cuando en el agua residual hay presencia de sólidos inorgánicos, estos se sedimentan, se acumulan y empieza el sistema a tener problemas de colmatación: disminución en la profundidad de la laguna, disminución del volumen, disminución de la capacidad disponible y por ende disminución en los tiempos de retención. Es esta entonces la principal razón por la cual, a diferencia de la excelente remoción de DBO y DQO del sistema secundario, se presenta variabilidad tendiente a la disminución de la eficiencia de remoción de SST.

• El funcionamiento del sistema de tratamiento total presenta buenos resultados

de remoción de carga contaminante, cumpliendo a cabalidad con la normatividad vigente. El sistema de tratamiento total presenta eficiencias de remoción altas, ya que para sólidos suspendidos obtiene valores por encima del 90% y para DBO obtiene valores superiores al 97%. Es decir que aunque individualmente, los dos sistemas de tratamiento presentan problemas de funcionamiento, en conjunto se comportan con buenos valores de remoción de contaminantes que están por debajo de las normas regionales y nacionales.

• A través del estudio estadístico de los índices fisicoquímicos que se han

presentado desde 1998 hasta la actualidad, se establece la variabilidad de los valores analizados. Es decir, al realizar los estudios para establecer el tipo de distribución de los datos, se determinó que estos no se ajustan a una distribución normal, razón por la cual se calcularon los logaritmos de los valores de manera que los datos se ajustaran a una línea recta. De esta manera fue posible establecer un análisis estadístico de los datos recopilados

118

desde 1998 hasta el primer semestre de 2001 respecto a las cargas de entrada y salida de las unidades de tratamiento.

• La presencia de metales pesados en los flujos de agua estudiados tiende a

generar preocupación, ya que específicamente el plomo, a través de los años ha ido aumentando dramáticamente, sobrepasando la norma bajo la cual se hizo la comparación de calidad del agua estudiada (Decreto 1594 de 1984). Los valores de los metales en el Río Cauca son similares a los presentados a la salida de la laguna facultativa, lo que lleva a inferir que la carga de los metales pesados que se presentan en los flujos de la planta podrían ser aportados principalmente por el Río Cauca. Sin embargo, no se tiene una noción clara que indique porque continúan dentro del proceso, ya que no se tienen registros de metales pesados de los flujos internos que finalmente llegan al canal para tratamiento de efluentes. Es importante tener en cuenta que los registros que Propal planta 1 ha hecho a través de un laboratorio particular, pueden presentar cierto porcentaje de error que puede limitar la completa credibilidad de las observaciones aquí expuestas.

• Con respecto a las pruebas de jarras realizadas durante el desarrollo del presente proyecto, se establece que los valores de turbidez más bajos obtenidos del tratamiento con sulfato de alumbre al agua de la salida de la laguna facultativa se encuentran en el rango entre 20 y 30 ml de coagulante. Estos valores son los más recomendados para realizar ensayos de manera prolongada, para establecer una concentración específica de acuerdo con las condiciones del agua de la salida de la laguna facultativa.

• Al examinar los resultados de los análisis fisicoquímicos realizados a las

diferentes muestras, se concluye que el tratamiento hecho al flujo proveniente del sistema secundario de tratamiento con coagulante (sulfato de aluminio) disminuye varios de los parámetros fisicoquímicos al agua de la salida de la laguna facultativa. Estos resultados facilitan la evaluación de un sistema terciario, ya que aunque no se alcanzaron valores iguales o aproximados a los presentados por el agua industrial después de la dosificación de coagulante, se establece una representación de cual podría ser el comportamiento de la fase de coagulación – floculación – sedimentación dentro de un esquema de un sistema terciario. Así mismo permite obtener un registro de la naturaleza del agua industrial que Propal Planta1 utiliza para consumo humano y para el proceso, ya que antes de realizar estos análisis, se revisaron los registros de los parámetros para el agua industrial y solamente se encontró la turbidez y el pH que deben tener.

119

• Propal cuenta con análisis escasos del agua industrial que utiliza en su proceso, razón por la cual la evaluación de los parámetros fisicoquímicos realizados en el presente proyecto facilita la caracterización general de este tipo de agua. Con dichos análisis es posible establecer que sistema de tratamiento terciario se debe utilizar para tratar el agua de la salida de la laguna facultativa de manera que se puedan obtener valores similares a los del agua industrial. Sin embargo, se debe tener en cuenta que todos los análisis fisicoquímicos realizados pueden tener errores de medición, por lo cual se debe ser prudente en la valoración de los mismos.

• En el montaje realizado a nivel de laboratorio se concluyó que el agua de la

salida de la laguna facultativa que se trató durante el experimento obtuvo buenos resultados en cuanto a remoción de sólidos suspendidos, turbidez y color, debido que la apariencia visual del agua tratada tenía gran similitud con el agua industrial. Sin embargo, dado que no se realizaron análisis fisicoquímicos a esta agua no se tienen nociones certeras acerca de la remoción de otros parámetros de vital importancia para el diseño de un sistema avanzado. El sistema propuesto tiene múltiples ventajas dado que este tratamiento no es tan complejo como suelen ser los sistemas avanzados. El sulfato de aluminio utilizado como coagulante es un insumo económico y de fácil consecución puesto que se utiliza como coagulante en la planta de potabilización de agua de Propal planta 1.

A partir del tratamiento propuesto se puede llegar a una investigación profunda y detallada acerca de este tipo de sistema, de manera que en un futuro próximo pueda ser implementado y ejecutado en Propal, trayendo múltiples beneficios a la empresa y al medio ambiente.

120

8. RECOMENDACIONES

• La participación de todas las áreas de producción de Propal Planta 1 deben

buscar mecanismos de control interno para la disminución de la concentración de sólidos, pulpa o fibra en los caudales que llegan finalmente a la planta de tratamiento de aguas residuales, con el fin de prolongar la vida útil de la unidades de tratamiento, y la disminución de los costos de operación de los mismos. Así mismo es necesario que se tenga un control permanente en el mantenimiento de las unidades de tratamiento para mantener una eficiencia de remoción de las cargas contaminantes de los sistemas.

• La baja eficiencia de remoción que ha presentado el clarificador en los

últimos años puede corregirse evaluando un polímero o un coagulante que pueda ser adicionado durante su funcionamiento para aumentar la cantidad de sólidos removidos. Esto traería como beneficio, además de aumentar la eficiencia del clarificador, que se envíe una menor carga de sólidos a la laguna facultativa, aumentando la vida útil de la misma y evitando su colmatación.

• Es importante establecer que la carga superficial del clarificador

recomendada es de 39.77 m3/ m2 – día, la cual se encuentra dentro de los parámetros de diseño para el clarificador (32 – 49 m3/ m2 – día). La carga recomendada se calculó de la siguiente manera:

q = Q / A

Donde: q = carga superficial, m3 /m2 – h Q = Caudal de entrada al clarificador, m3/día A = Área del clarificador, m2. Q = 9000 GPM = 48988.8 m3/día A = p /4*D2 Sabiendo que el diámetro del clarificador es de 39.6 m A = 1231.6 m2

q = 48988.8 m3/día / 1231.6 m2

q = 39.77 m3/m2 –día

121

• Con respecto al funcionamiento de la laguna facultativa, aunque como ya se observó a lo largo del presente documento, la laguna presenta excelentes remociones, se requiere evacuar de su lecho los lodos que se han sedimentado y almacenado durante el tratamiento, ya que con una simple observación de la superficie de la laguna se puede establecer que existen perfiles de lodo que llegan hasta la superficie del agua mientras que en otros lugares de la laguna no sucede lo mismo. La extracción de los lodos acumulados en la laguna facultativa permitirá que se disminuya el consumo de oxígeno, que se controlen las pérdidas de aireación, que se recuperen los tiempos de retención para los cuales fue diseñada y que se evite la presencia de zonas muertas en la laguna.

• De acuerdo con la literatura se recomiendan las siguientes características

de funcionamiento a la laguna facultativa: área de 4 a 60 Ha, tiempo de retención de 5 a 30 días, profundidad de 1.2 a 2.4 m, un pH de salida de 6.5 a 8.5, una eficiencia de remoción del 80 al 95%, presencia de SST en el efluente de 40 a 60 mg/L.

• Es necesario realizar análisis de metales pesados con mas frecuencia, y

especificando lugares de muestreo correspondientes a las diferentes áreas, con el fin de obtener información veraz de los metales generados en el proceso. Pero específicamente, debe realizarse con prontitud un análisis de la presencia de plomo en los efluentes que se generan en cada etapa del proceso productivo y en el efluente final que llega a los sistemas de tratamiento, de manera que se pueda establecer con mayor exactitud la fuente real que ha permitido el aumento de plomo en los efluentes residuales de Propal planta 1.

• Es de vital importancia realizar periódicamente al agua industrial análisis de

laboratorio que incluyan los parámetros aquí presentados dado que se tienen escasos registros acerca de la caracterización y naturaleza de esta. Estos análisis deben involucrar también exámenes bacteriológicos, de manera que se tenga una noción clara del agua requerida para el proceso productivo al momento de diseñar un sistema avanzado que trate el agua proveniente del sistema secundario.

• Respecto del montaje del esquema preliminar de un sistema terciario, es

necesario reevaluar varios aspectos en la continuación del presente proyecto, ya que se requiere la implementación de sistemas de recirculación de agua, puesto que el gasto hídrico en Propal además de ocasionar un impacto en el recurso, genera costos de gran magnitud.

122

• Antes de realizar nuevamente un montaje en el laboratorio del esquema expuesto en el presente proyecto, se debe analizar la remoción de turbidez con dosis óptimas de coagulantes, ensayando no solo con dosis de sulfato de aluminio, sino también con otros productos químicos como cloruro férrico y un polímero, inclusive, evaluando la remoción de sólidos en ensayos en donde se combinen esos coagulantes (sulfato de aluminio + polímero, cloruro férrico + polímero, cloruro férrico, etc.). Sin embargo, se debe tener en cuenta la variabilidad del agua de la salida de la laguna facultativa, y realizar ensayos a diferentes condiciones ambientales así como se producción (en época de lluvia, de verano, durante las jornadas de lavado de máquinas, durante producción normal, etc.)

Es importante tener en cuenta como parámetro para comprobar los diferentes valores de dosis óptima obtenidos, la economía, buscando buenos resultados de remoción a bajos costos de tratamiento.

Después de establecer los mejores resultados de remoción de turbidez y sólidos se puede reevaluar un ensayo a nivel de laboratorio de un sistema terciario, de manera que se construyan unidades de tratamiento proporcionales al caudal a tratar. Por ejemplo, el filtro construido durante la ejecución del presente proyecto tiene una altísima eficiencia que no es proporcional con el bajo caudal que entraba a esta unidad. Se deben establecer parámetros de diseño de los sistemas en escala de laboratorio que permitan una evaluación real de un sistema a nivel macro.

123

BIBLIOGRAFIA

AGUA 2000: CONFERENCIA LATINOAMERICANA EN LAGUNAS DE ESTABILIZACION Y REUSO. Memorias de la I Conferencia Latinoamericana sobre Lagunas de Estabilización y Reuso. Santiago de Cali: CINARA, 2000. APROVECHAMIENTO DE EFLUENTES. Métodos y medidas de protección sanitaria en el tratamiento de aguas residuales. Informe reunión de expertos de la OMS. Ginebra, 1973. CVC, Boletín Informativo: Purifique en forma natural las aguas negras preparado. Yumbo: CVC, 1998, 42 p. CHALELA, José Luis. Régimen legal del medio ambiente: Legis S.A. Actualización 6 de agosto de 2001. FAO. Environmental Impact Assesment and Environmental auditing in the pulpa and paper industry. Fao Foresty Paper, spi, 129 p. GLOYNA, E.F., Estanques de Estabilización de Aguas Residuales, OMS, Ginebra, Spn. 1973. GONZALEZ, Johana y MONTOYA, Diana. Plan de Manejo Ambiental PROPAL planta 1. Yumbo: PROPAL, 2001. HERNANDEZ M, Aurelio. Depuración de aguas residuales. España: Colegio de Ingenieros de caminos, canales y puertos, 1998. 970 p. METCALF y EDDY. Ingeniería de aguas residuales, tratamiento, vertido y reutilización. Segunda edición. España: Mc Graw Hill, 1996. Tomo 2. 950 p.

124

PRODUCTORA DE PAPELES S.A. - PROPAL. Tratamiento de efluentes. Área de Recupotencia. Cali, 1993. REGISTROS Departamento de Control Ambiental, PROPAL S.A. Santiago de Cali, 1998. ROMERO, Jairo Alberto. Acuitratamiento por lagunas de estabilización. Segunda edición. Bogotá: Escuela Colombiana de Ingeniería, 2000. 132 p. SABINO, Carlos A. Cómo hacer una tesis y toda clase de trabajos escritos. Bogotá: Panamericana, 1996. 321 p. ISBN: 958-30-0268-2 INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TECNICAS. Normas colombianas para la presentación de trabajos de investigación. Quinta actualización. Bogotá.: ICONTEC, 2002. 126 P. NTC.1486.

ANEXOS

Anexo A. Fotografía aérea de Propal planta 1

Anexo B. Diagrama de flujo del proceso de producción de pulpa y papel de Propal planta 1

Fuente: laboratorio de Polución, área de Control Ambiental, Propal planta 1, 2001.

CALDERAS DESMEDULADO EN HUMEDO

Polvillo Fibras en suspensión Sólidos disueltos Arenas - Limos

FLUJOS A PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS

RESIDUALES

PLANTA DE PULPA

Fibras en suspensión Sólidos disueltos Arenas - Limos

Fibra Apta

PLANTA DE RECUPERACION

Licor Negro

Licor Blanco Agua de Enfriamiento

Condensados Agua de lavados

Soda Diluida

BLANQUEO

Soda Diluida Hipoclorito

Cloro Ligninas

REFINERIA Agua blanca filtrada

Agua de enfriamiento Fibra en suspensión

MAQUINAS Agua blanca Rica

Agua de enfriamiento Fibra en suspensión

PAPEL

ESMALTADOS

BAGAZO DE CAÑA

Anexo C. Diagrama de flujo del sistema de tratamiento de aguas residuales de Propal planta 1

Fuente: laboratorio de Polución, área de Control Ambiental, Propal planta 1, 2001.

CLARIFICADOR

Efluente laguna Inorgánicos

Refinería Maquina 2

EFLUENTES PLANTAS DESMEDULADO, PULPA, REFINERÍA Y MAQUINAS 1 Y 3

REJILLA AUTOLIMPIANTE

NEUTRALIZACION AUTOMÁTICA

(CONTROL DE PH)

LAGUNA DE EMERGENCIA

LODOS ESPESADOS BOMBEO

DE LODOS

ZARANDA

LAGUNA FACULTATIVA

TORNILLO PRENSA Lodos deshidratados

a patio de lodos

Lodos a clarificador o para disposición final

CLARIFICADO

EFLUENTE LIQUIDO A CLARIFICADOR

ADICION DE NUTRIENTES

RIO CAUCA

Parte aerobia

Parte anaerobia

Dragado De lodos

Anexo F. Cuadros del comportamiento de la Eficiencia de los sistemas de tratamiento de Propal

Planta 1

Fuente: el autor

TSS de diseño = 43000 Kg. / día

DBO de diseño = 26000 Kg. / día

Eficiencia de remoción esperada para TSS: 94%

Eficiencia de remoción esperada para DBO: 25%

Cuadro 1. Comportamiento de la eficiencia del clarificador durante 1998

TSS (Kg./d)

TSS (Kg./d)

DBO (Kg./d)

DBO (Kg./d)

DQO (Kg./d)

DQO (Kg./d) MES

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENERO 60612 6132 90 31639 20974 34 214142 140955 34 FEBRERO 76614 9103 88 30706 19512 36 82967 45839 45

MARZO 59628 6652 89 30109 15169 50 75400 38092 49 ABRIL 66280 6150 91 33787 19180 43 52765 31764 40 MAYO 80485 8923 89 26542 100 100 108703 43481 60 JUNIO 60409 11864 80 30463 19211 37 157476 84417 46 JULIO 77572 14602 81 29843 13917 53 173397 93087 46

AGOSTO 81949 12481 85 23125 16955 27 115387 50770 56 SEPTIEMBRE 53580 11743 78 27192 20092 26 160739 89299 44

OCTUBRE 60281 12979 78 19988 15873 21 123230 62180 50 NOVIEMBRE 124186 18116 85 32900 21026 36 144320 100437 30 DICIEMBRE 74761 9136 88 34208 23626 31 346397 64712 81 PROMEDIO 73030 10657 85 29208 18117 38 146244 70419 52

Cuadro 2. Comportamiento de la eficiencia del clarificador durante 1999

TSS

(Kg/d) TSS

(Kg/d) DBO

(Kg/d) DBO

(Kg/d) DQO

(Kg/d) DQO

(Kg/d) MES ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENERO 51090 12279 76 22557 21013 7 110545 74692 32 FEBRERO 88678 17239 81 13522 13418 1 143656 137185 5 MARZO 44831 17869 60 13422 21570 38 102301 60017 41 ABRIL 43118 10828 75 21851 17608 19 156716 64189 59 MAYO 57306 14140 75 27113 11247 59 55346 61366 10 JUNIO 69656 18266 74 15344 14954 3 81590 15831 81 JULIO 44405 8578 81 20180 15110 25 77209 44598 42 AGOSTO 58814 7756 87 17402 11781 32 90796 40070 56 SEPTIEMBRE 45174 7404 84 18543 10795 42 68422 32118 53 OCTUBRE 51888 9561 82 19093 12776 33 55607 32596 41 NOVIEMBRE 58273 14493 75 19773 7172 64 92589 48063 48 DICIEMBRE 77207 15339 80 34820 13601 61 92699 51284 45 PROMEDIO 57537 12813 78 20302 14254 30 93956 55167 41

Fuente: el autor

TSS de diseño = 43000 Kg. / día

DBO de diseño = 26000 Kg. / día

Eficiencia de remoción esperada para TSS: 94%

Eficiencia de remoción esperada para DBO: 25%

Cuadro 3. Comportamiento de la eficiencia del clarificador durante 2000

TSS

(Kg/d) TSS

(Kg/d) DBO

(Kg/d) DBO

(Kg/d) DQO

(Kg/d) DQO

(Kg/d) MES ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENERO 46804 11309 76 32311 15015 54 56307 26229 53 FEBRERO 66615 21731 67 36790 20357 45 67449 40518 40 MARZO 63618 15992 75 39668 27308 31 73022 52202 29 ABRIL 87572 15854 82 43233 21943 49 109214 44692 59 MAYO 71911 19753 73 37156 29204 21 98015 58759 40 JUNIO 78356 16956 78 42441 23635 44 88889 68337 23 JULIO 49782 12633 75 22710 16243 28 75199 78508 4 AGOSTO 48723 7992 84 28420 17931 37 69427 38709 44 SEPTIEMBRE 21347 5875 72 26096 22571 14 49940 43086 14 OCTUBRE 47805 10976 77 31610 24293 23 99513 41464 58 NOVIEMBRE 72588 15738 78 30972 21943 29 81718 53218 35 DICIEMBRE 20866 9042 57 6657 3527 47 27324 26827 2 PROMEDIO 56332 13654 76 31339 20331 35 74668 47712 36

Fuente: el autor

TSS de diseño = 43000 Kg. / día

DBO de diseño = 26000 Kg. / día

Eficiencia de remoción esperada para TSS: 94%

Eficiencia de remoción esperada para DBO: 25%

Cuadro 4. Comportamiento de la eficiencia del clarificador durante el primer semestre de 2001

3

TSS (Kg./d)

TSS (Kg./d)

DBO (Kg./d)

DBO (Kg./d)

DQO (Kg./d)

DQO (Kg./d) MES

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENERO 80058 22860 71 27688 16356 41 71436 41630 42 FEBRERO 58484 8807 85 36540 23160 37 84174 51089 39 MARZO 77808 15249 80 36893 16718 55 77155 34703 55 ABRIL 73021 17570 76 26327 23177 12 121519 57271 53 MAYO 75133 14075 81 26306 24462 7 80667 37615 53 PROMEDIO 72901 15712 79 30751 20775 30 86990 44462 48

Fuente: el autor

TSS de diseño = 43000 Kg. / día

DBO de diseño = 26000 Kg. / día

Eficiencia de remoción esperada para TSS: 94%

Eficiencia de remoción esperada para DBO: 25%

Cuadro 5. Comportamiento de la eficiencia de la laguna facultativa durante 1998

TSS (Kg./d)

TSS (Kg./d)

DBO (Kg./d)

DBO (Kg./d)

DQO (Kg./d)

DQO (Kg./d) MES

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENERO 6132 3039 50 20974 591 97 140955 7936 94 FEBRERO 9103 3533 61 19512 817 96 45839 9141 80 MARZO 6652 5114 23 15169 376 98 38092 7192 81 ABRIL 6150 3324 46 19180 379 98 31764 6610 79 MAYO 8923 3446 61 11867 451 96 43481 6528 85 JUNIO 11864 6896 42 19211 507 97 84417 16124 81 JULIO 14602 4244 71 13917 479 97 93087 9514 90 AGOSTO 12481 3993 68 16955 353 98 50770 5879 88 SEPTI EMBRE 11743 1616 86 20092 536 97 89299 7992 91

OCTUBRE 12979 3077 76 15873 508 97 62180 6671 89 NOVIEMBRE 18116 3609 80 21026 627 97 100437 9069 91 DICIEMBRE 9136 3943 57 23626 613 97 64712 10909 83 PROMEDIO 10657 3820 64 18117 520 97 70419 8630 88

Fuente: el autor

TSS de diseño = 2500 Kg. / día

DBO de diseño = 19500 Kg. / día

Eficiencia de remoción esperada para TSS: 65%

Eficiencia de remoción esperada para DBO: 95%

Cuadro 6. Comportamiento de la eficiencia de la laguna facultativa durante 1999

TSS (Kg./d)

TSS (Kg./d)

DBO (Kg./d)

DBO (Kg./d)

DQO (Kg./d)

DQO (Kg./d) MES

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENERO 12279 4711 62 21013 711 97 74692 12463 83 FEBRERO 17239 2975 83 13418 617 95 137185 10276 93

MARZO 17869 4456 75 21570 409 98 60017 9275 85 ABRIL 10828 2028 81 17608 811 95 64189 8518 87 MAYO 14140 2047 86 11247 501 96 61366 6434 90 JUNIO 18266 2143 88 14954 481 97 15831 6865 57 JULIO 8578 3154 63 15110 753 95 44598 11014 75

AGOSTO 7756 3720 52 11781 454 96 40070 5752 86 SEPTIEMBRE 7404 2408 67 10795 452 96 32118 7423 77

OCTUBRE 9561 2671 72 12776 774 94 32596 6702 79 NOVIEMBRE 14493 3818 74 7172 893 88 48063 9471 80 DICIEMBRE 15339 4711 69 13601 803 94 51284 10017 80 PROMEDIO 12813 3237 75 14254 638 96 55167 8684 84

Fuente: el autor

TSS de diseño = 2500 Kg. / día

DBO de diseño = 19500 Kg. / día

Eficiencia de remoción esperada para TSS: 65%

Eficiencia de remoción esperada para DBO: 95%

Cuadro 7. Comportamiento de la eficiencia de la laguna facultativa durante 2000

TSS (Kg/d)

TSS (Kg/d)

DBO (Kg/d)

DBO (Kg/d)

DQO (Kg/d)

DQO (Kg/d) MES

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENERO 11309 7926 30 15015 656 96 26229 10492 60 FEBRERO 21731 3532 84 20357 971 95 40518 7147 82 MARZO 15992 4350 73 27308 603 98 52202 8348 84 ABRIL 15854 5536 65 21943 1208 94 44692 9864 78 MAYO 19753 4601 77 29204 550 98 58759 8251 86 JUNIO 16956 9139 46 23635 895 96 68337 11536 83 JULIO 12633 8322 34 16243 872 95 78508 12082 85 AGOSTO 7992 6258 22 17931 734 96 38709 9140 76 SEPTIEMBRE 7491 5875 22 22571 588 97 43086 10894 75 OCTUBRE 10976 5122 53 24293 902 96 41464 10390 75 NOVIEMBRE 15738 5700 64 21943 792 96 53218 10644 80 DICIEMBRE 9042 5500 39 3527 730 79 26827 9539 64 PROMEDIO 13654 6123 55 20331 792 96 47712 9861 79

Fuente: el autor

TSS de diseño = 2500 Kg. / día

DBO de diseño = 19500 Kg. / día

Eficiencia de remoción esperada para TSS: 65%

Eficiencia de remoción esperada para DBO: 95%

Cuadro 8. Comportamiento de la eficiencia de la laguna facultativa durante el primer semestre de 2001

TSS (Kg./d)

TSS (Kg./d)

DBO (Kg./d)

DBO (Kg./d)

DQO (Kg./d)

DQO (Kg./d) MES

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENERO 22860 6149 73 16356 719 96 41630 10888 74 FEBRERO 8807 6860 22 23160 681 97 51089 10802 79 MARZO 15249 4153 73 16718 673 96 34703 8839 75 ABRIL 17570 6280 64 23177 897 96 57271 9321 84 MAYO 14075 10332 27 24462 814 97 37615 11778 69 PROMEDIO 15712 6755 52 20775 757 96 44462 10326 76

Fuente: el autor

TSS de diseño = 2500 Kg. / día

DBO de diseño = 19500 Kg. / día

Eficiencia de remoción esperada para TSS: 65%

Eficiencia de remoción esperada para DBO: 95%

Cuadro 9. Comportamiento de la eficiencia del sistema de tratamiento total durante 1998

TSS (Kg/d)

TSS (Kg/d)

DBO (Kg/d)

DBO (Kg/d)

DQO (Kg/d)

DQO (Kg/d) MES

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENERO 60612 3039 95 31639 591 98 214142 7936 96 FEBRERO 76614 3533 95 30706 817 97 82967 9141 89 MARZO 59628 5114 91 30109 376 99 75400 7192 90 ABRIL 66280 3324 95 33787 379 99 52765 6610 87 MAYO 80485 3446 96 26542 451 98 108703 6528 94 JUNIO 60409 6896 89 30463 507 98 157476 16124 90 JULIO 77572 4244 95 29843 479 98 173397 9514 95 AGOSTO 81949 3993 95 23125 353 98 115387 5879 95 SEPTIEMBRE 53580 1616 97 27192 536 98 160739 7992 95 OCTUBRE 60281 3077 95 19988 508 97 123230 6671 95 NOVIEMBRE 124186 3609 97 32900 627 98 144320 9069 94 DICIEMBRE 74761 3943 95 34208 613 98 346397 10909 97 PROMEDIO 73030 3820 95 29208 520 98 146244 8630 94 Fuente: el autor

Eficiencia de remoción esperada para TSS: 91%

Eficiencia de remoción esperada para DBO: 85%

Cuadro 10. Comportamiento de la eficiencia del sistema de tratamiento total durante 1999

TSS (Kg/d)

TSS (Kg/d)

DBO (Kg/d)

DBO (Kg/d)

DQO (Kg/d)

DQO (Kg/d)

MES ENTRADA SALIDA %

Efic. ENTRADA SALIDA %

Efic. ENTRADA SALIDA %

Efic. ENERO 51090 4711 91 22557 711 97 110545 12463 89 FEBRERO 88678 2975 97 13522 617 95 143656 10276 93 MARZO 44831 4456 90 13422 409 97 102301 9275 91 ABRIL 43118 2028 95 21851 811 96 156716 8518 95 MAYO 57306 2047 96 27113 501 98 55346 6434 88 JUNIO 69656 2143 97 15344 481 97 81590 6865 92 JULIO 44405 3154 93 20180 753 96 77209 11014 86 AGOSTO 58814 3720 94 17402 454 97 90796 5752 94 SEPTIEMBRE 45174 2408 95 18543 452 98 68422 7423 89 OCTUBRE 51888 2671 95 19093 774 96 55607 6702 88 NOVIEMBRE 58273 3818 93 19773 893 95 92589 9471 90 DICIEMBRE 77207 4711 94 34820 803 98 92699 10017 89 PROMEDIO 57537 3237 94 20302 638 97 93956 8684 91 Fuente: el autor

Eficiencia de remoción esperada para TSS: 91%

Eficiencia de remoción esperada para DBO: 85%

Cuadro 11. Comportamiento de la eficiencia del sistema de tratamiento total durante 2000

TSS (Kg/d)

TSS (Kg/d)

DBO (Kg/d)

DBO (Kg/d)

DQO (Kg/d)

DQO (Kg/d) MES

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENERO 46804 7926 83 32311 656 98 56307 10492 81 FEBRERO 66615 3532 95 36790 971 97 67449 7147 89 MARZO 63618 4350 93 39668 603 98 73022 8348 89 ABRIL 87572 5536 94 43233 1208 97 109214 9864 91 MAYO 71911 4601 94 37156 550 99 98015 8251 92 JUNIO 78356 9139 88 42441 895 98 88889 11536 87 JULIO 49782 8322 83 22710 872 96 75199 12082 84 AGOSTO 48723 6258 87 28420 734 97 69427 9140 87 SEPTIEMBRE 21347 7491 65 26096 588 98 49940 10894 78 OCTUBRE 47805 5122 89 31610 902 97 99513 10390 90 NOVIEMBRE 72588 5700 92 30972 792 97 81718 10644 87 DICIEMBRE 20866 5500 74 6657 730 89 27324 9539 65 PROMEDIO 56332 6123 89 31339 792 97 74668 9861 87 Fuente: el autor

Eficiencia de remoción esperada para TSS: 91%

Eficiencia de remoción esperada para DBO: 85%

Cuadro 12. Comportamiento de la eficiencia del sistema de tratamiento durante el primer semestre de 2001

TSS (Kg/d)

TSS (Kg/d)

DBO (Kg/d)

DBO (Kg/d)

DQO (Kg/d)

DQO (Kg/d) MES

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENTRADA SALIDA

% Efic.

ENERO 80058 6149 92 27688 719 97 71436 10888 85 FEBRERO 58484 6860 88 36540 681 98 84174 10802 87

MARZO 77808 4153 95 36893 673 98 77155 8839 89 ABRIL 73021 6280 91 26327 897 97 121519 9321 92 MAYO 75133 10332 86 26306 814 97 80667 11778 85

PROMEDIO 72901 6755 91 30751 757 97 86990 10326 88 Fuente: el autor

Eficiencia de remoción esperada para TSS: 91%

Eficiencia de remoción esperada para DBO: 85%

Anexo G. Balance Hídrico Propal planta1, 2001

Fuente: laboratorio de Polución, área de Control Ambiental, Propal planta 1, 2001.

FLUJO (GPM) ÁREA USO

PROMEDIO RANGO

Lavado de gases del Horno de Cal 120 100 - 130

Sello bomba de Vacío del filtro de Dregs 45 40 - 50 Caustificación-Horno de Cal

Enfriamientos de Bombas 35 30 - 40

Planta Desmineralizadota 310 300 - 330

Turbina 215 200 - 220 Calderas

Otros 100 100 - 120

Evaporadores Condensador por Mezcla 150 140 - 160

Lavadora de Pulpa Café y Digestores Sello bombas de Vacío 60 50 - 70

Agua al Condensador del Blow Tank 100 100 - 120 Digestores Intercambiador 300 300 - 330

Desmedulado Make Up al Tk 800 700 - 1200

Duchas de Alta Presión 400 380 - 400 Depuración y Limpieza Duchas a la Torta en los Deckers 260 240 - 270

Duchas de Agua Caliente 1°etapa Cloro 230 220 - 250

2°etapa Caustica 180 170 - 200

3°etapa Hipo 200 190 - 210

Duchas de Alta Presión 300 250 - 350

Agua a Baja Presión 170 160 - 180

Make Up a los Tk's de Sello 1°etapa Cloro 110 110 - 180

2°etapa Caustica 350 330 - 440

Blanqueo

3°etapa Hipo 320 310 - 410

Cocina 400 350 - 450 Esmaltado Enfriamientos 150 130 - 160

Máquina PM'1 1050 1000 - 1200

Máquina PM'2 650 600 - 700

Máquina PM'3 1200 1100 - 1300 Máquinas

Refinería 200 150 - 250

Planta de Preparación de Químicos A Máquinas y Blanqueo 540 300 - 650

Agua Potable A la Planta 75 70 - 110

TOTAL 9020 8120 - 10480

Anexo H. Normas de Vertimiento y calidad del agua

NORMA CONTENIDO ESTADO DE

CUMPLIMIENTO

Decreto 1594 de Junio

26 de 1984.

Art. 72. Condiciones mínimas que deben cumplir los

vertimientos a un cuerpo de agua. Reglamenta la ley 79

de 1979 el titulo I sobre el uso del Agua y Residuos

Líquidos y el decreto 2811 de 1974, prohibiciones,

tratamientos y restricciones para el vertimiento de aguas

residuales. Propal usuario existente según articulo 9: pH

5 a 9 unidades, Temperatura < 40°C, Material flotante

ausente, grasas y aceites remoción > 80%, remoción del

50 % de la DBO Y 50% de SST.

Se cumple con las condiciones

que exige el decreto.

Resolución 153 de

1997 de la CVC

Establece cargas de referencia netas y se calculan cargas

máximas de 9334 Kg. DBO / día y 19846 Kg. SST / día para

el sector papelero, cumplimiento del factor regional.

Se cumple con las condiciones

que se establecen.

Acuerdo 046 de 1997

CVC

Reglamenta las tasas retributivas en la cuenca del Río

Cauca.

Tasas a remover por el sector

papelero DBO = 9000 Kg. / día

y SST = 1800 Kg./día

Fuente: laboratorio de Polución, área de Control Ambiental, Propal planta 1, 2001.

Anexo I. Diagrama de flujo del tratamiento de agua para uso en el proceso de producción y consumo

humano Propal S.A.

Fuente. Registro planta de potabilización Propal planta 1.

REJILLA PARA DESBASTE DE

SÓLIDOS GRUESOS

RIO CAUCA AGUA CON

ALUMBRE

ALUMBRE

MEZCLA RÀPIDA

MEZCLA LENTA

LECHO DE PRECIPITADOS

CLORO CAL

A LA PLANTA

REACTIVADOR