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CARACTERIZACIÓN DE LOS LODOS GENERADOS EN EL ENSAYO DE JARRAS, MEDIANTE LA UTILIZACIÓN DE MORINGA COMO COAGULANTE EN AGUAS CON ALTO CONTENIDO DE COLOR. INTEGRANTES: JHINELA FLOREZ CADENA JHON JAIRO CUASAPUD MODALIDAD: PROYECTO DE INVESTIGACIÓN EXPERIMENTAL. PROGRAMA: INGENIERÍA CIVIL ASESOR: ROBERTO SALAZAR CANO ING.CIVIL. MS EN INGENIERIA SANITARIA Y AMBIENTAL UNIVERSIDAD DE NARIÑO

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CARACTERIZACIÓN DE LOS LODOS

GENERADOS EN EL ENSAYO DE JARRAS,

MEDIANTE LA UTILIZACIÓN DE MORINGA

COMO COAGULANTE EN AGUAS CON ALTO

CONTENIDO DE COLOR.

INTEGRANTES:

JHINELA FLOREZ CADENA

JHON JAIRO CUASAPUD

MODALIDAD:

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN EXPERIMENTAL.

PROGRAMA:

INGENIERÍA CIVIL

ASESOR:

ROBERTO SALAZAR CANO

ING.CIVIL. MS EN INGENIERIA SANITARIA Y AMBIENTAL

UNIVERSIDAD DE NARIÑO

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMAEl agua cruda contiene contaminantes como metales, bacterias, virus, entre otros.

Las plantas de tratamiento garantizan agua con características aceptables, para locual emplean coagulantes que generalmente son sales de aluminio,lastimosamente la mayoría de estas plantas vierten sus residuos o lodosdirectamente a los causes de agua superficial, ocasionando un impacto negativo alecosistema.

En el lodo se encuentran todas la impurezas removidas del agua cruda y elaluminio residual proveniente del coagulante, el cual, puede generar enfermedadesmentales degenerativas, irregularidades en el desarrollo de los huesos, impide elcorrecto funcionamiento de las branquias de seres acuáticos, afecta la formaciónde los cascarones de los huevos y también produce malformaciones en las raícesde las plantas.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Caracterizar los lodos generados en el ensayo de jarras, mediante la utilización de moringa como coagulante en aguas con alto contenido de color.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Caracterizar mediante ensayos de laboratorio el lodo producido en el ensayo de jarras al utilizar moringa como coagulante.

Realizar una comparación entre la composición del lodo obtenido del ensayo de jarras con moringa frente a los datos existentes de investigaciones previas en las que se ha utilizado sulfato o policloruro de aluminio como coagulante.

Analizar los resultados obtenidos en el laboratorio

Proponer un conjunto de alternativas para darle una correcta disposición a los lodos de moringa de acuerdo a las características obtenidas en los ensayos de laboratorio.

CARACTERIZACIÓN DE LOS LODOS

La caracterización se realizó con base en los modelos presentados en lasinvestigaciones de EMPOPASTO en conjunto con la Universidad de Nariño, la plantade tratamiento de Gualeguaychú-Argentina, los Berros- México, y también se tuvoen cuenta la resolución 631 del 2015 para vertimientos puntuales.

METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓNPRIMERA FASE:

Extracción del coagulante de moringa

Semillas de moringa sin cascara Agitación

Almacenamiento por 15 horas a 4°c

Extracción del coagulante de moringa

FiltraciónSeparación de

fases

Extracción del coagulante de moringa

SEGUNDA FASE

Obtención del lodo

Ensayo de jarrasEnsayo de jarras

manual

obtención del lodo

Sedimentación

Lodos de moringa

Muestreo

Sifoneo del lodo Muestreo

Almacenamiento

Almacenamiento Lodo de moringa

TERCERA FASEPara realizar la caracterización se tuvieron encuentra los siguientes parámetros:

PARÁMETROS FISICOQUIMICOS:

PHAlcalinidadConductividadConcentraciónSalinidadSolidos totales disueltosSolidos sedimentablesSolidos suspendidos

Solidos totalesDBO5DQOZincPlomoHierroCobreAluminio

PARÁMETROS MICROBIOLÓGICOS

Coliformes totales

Echerichia coli

Mesófilos

BROMATOLOGÍA

La bromatología es un estudio dirigido principalmente a la determinación de nutrientes ytoxicidad.

Éste análisis considera los siguientes ensayos:

Nitrógeno

Fósforo

Azufre

Calcio

Magnesio

Potasio

Manganeso

Carbono orgánico oxidable

ANÁLISIS ESTADÍSTICO

PRIMERA FASE: Determinación del número de muestras

𝑛 =𝑧2𝑝𝑞

𝑒2[Ecuación de distribución binomial]

Dónde:

• n: número de muestras

• Z: 1.28 para un nivel de confiabilidad del 80%

• e: error admitido 20%

• P y q: 0.5 por desconocer el parámetro.

Reemplazando tenemos:

• 𝑛 =1.282∗0.5∗0.5

0.202= 10.24

• 𝑛 = 10 muestras

SEGUNDA FASE: Determinación del coeficiente de variación

σ = 𝑖=1

𝑛(𝑋𝑖− 𝑋)2

𝑁[Ecuación de la deviación estándar]

Dónde:

• 𝑋𝑖: Valores de los datos obtenidos

• 𝑋: Media de los valores de los datos obtenidos

• 𝑁: Número de datos obtenidos

SEGUNDA FASE: Determinación del coeficiente de variación

Cv =σ

𝑋[Ecuación del coeficiente de variabilidad]

Dónde:

σ: Desviación estándar

𝑋: Media de los valores de los datos obtenidos

Un coeficiente de variación menor de 10% representa una exactitud aceptable en una toma de datos.

ANÁLISIS Y COMPARACIÓN DE LOS RESULTADOS DE LODOS DE MORINGA CON INVESTIGACIONES

PREVIAS DE CARACTERIZACIÓN DE LODOS.

ENSAYOS REALIZADOS

LODOS CON COAGULANTE DE

MORINGA

LODOS CON POLICLORURO DE ALUMINIO

DIFERENCIA (%)

LODO EMPOPASTO CON PAC (PL. CENTENARIO)

LODO EMPOPASTO CON PAC (PL.

MIJITAYO)DIFERENCIA (%)

PARAMETROS FISICOQUIMICOS

DBO5 (mg/l) 147,50 84,00 43,05% - - -

DQO (mg O2/l) 307,38 185,00 39,81% 7975 8558 96,0% - 96,5%

ALUMINIO (mg Al/l) 0,34 10,50 96,75% 12,87 12,27 97,0% - 97,5%

PARAMETROS MICROBIOLOGICOS

COLIFORMES TOTALES (UFC/100ml)

245562,50 310000,00 20,79% - - -

ECHERICHIA COLI (UFC/100ml)

940,00 800,00 14,89% - - -

MESOFILOS (UFC/100ml)

207875,00 162000,00 22,07% - - -

ENSAYOS REALIZADOS

LODOS CON COAGULANTE DE

MORINGA

LODOS CON POLICLORURO DE ALUMINIO

DIFERENCIA (%)

LODO EMPOPASTO CON PAC (PL. CENTENARIO)

LODO EMPOPASTO CON PAC (PL.

MIJITAYO)DIFERENCIA (%)

BROMATOLOGÍA

CARBONO ORGANICO OXIDABLE (g/L)

3,6 0,5 86,11% - - -

NITRÓGENO (g/L) 0,33 0,04 87,88% 0,0024 0,0017 99,0% - 99,5%

CALCIO (mg/L) 8,15 127 93,58% 0,79 1,02 87,5% - 90,4%

FÓSFORO (mg/L) 21,1 4,31 79,57% 0,15 0,24 98,0% - 99,3%

MAGNESIO (mg/L) 11,6 42,2 72,51% 0,31 0,27 97,0% - 97,7%

POTASIO (mg/L) 5,9 3,53 40,17% 0,38 0,28 93,5% - 95,3%

AZUFRE (mg/L) 39,4 4,45 88,71% 0,02 0,02 99,95%

MANGANESO (mg/L) 4,38 3,64 16,89% 0,09 0,06 97,9% - 98,7%

NORMAS VIGENTES

VALORES LÍMITES DE PARÁMETROS FÍSICOS, QUÍMICOS Y MICROBIOLÓGICOS EN VERTIMIENTOS PUNTUALES

ENSAYOS REALIZADOS

LODOS CON COAGULANTE DE MORINGA

LODOS CON POLICLORURO DE ALUMINIO

VALORES LIMITES MAXIMOS PERMISIBLES EN LOS VERTIMIENTOS

ARnD

VALORES MAXIMOS ADMISIBLES DE LAS

DESCARGAS DE AGUAS RESIDUALES NO

DOMESTICAS (PERU)

TEXTO UNIFICADO DE LA LEGISLACION AMBIENTAL

SECUNDARIA DEL ECUADOR, LIMITES DE DESCARGAS A

CUERPOS DE AGUA DULCE

PARAMETROS FISICOQUÍMICOS

SOLIDOS SEDIMENTABLES

(mg/l,h)1,225 32 5 8,5 -

SOLIDOS SUSPENDIDOS

(mg/l)426,5 487 70 500 130

DBO5 (mg/l) 147,5 84 70 500 100

DQO (mg O2/l) 307,37 185 150 1000 200

ALUMINIO (mg Al/l)

0,341375 10,5 3 10 5

BROMATOLOGÍA

FÓSFORO (mg/L) 21,1 4,31 - - 10

MANGANESO (mg/L)

4,38 3,64 - 4 2

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

LODO DE MORINGA.

Ventajas

• Posee un mayor contenido de materia orgánica respecto al lodo con Policloruro de Aluminio

• El aluminio presente en el lodo de moringa es insignificante y su medida está muy por debajode la máxima permitida por la normativa que regula este tipo de residuos.

• Por ser un lodo de origen orgánico, este no es nocivo para la salud de los seres vivos,puesto que no contiene grandes cantidades de materiales dañinos, principalmente dealuminio el cual se presume causa afecciones mentales y daños en determinados órganos delos seres vivos (LENNTECH, 2009).

Desventajas

• Se descompone muy rápido y genera un olor desagradable, por lo que puede ser

necesaria una mayor frecuencia en la evacuación del lodo de los sedimentadores, al

igual que el lavado de filtros.

• Se requiere un mayor tiempo para que el lodo de moringa se sedimente por

completo, además, los flocs no poseen mucha resistencia, por lo que el lodo es muy

susceptible a reflotar con movimientos relativamente fuertes en el agua.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

LODO DE POLICLORURO DE ALUMINIO

Ventajas

• Puede almacenarse por un tiempo prolongado sin que este desprenda oloresdesagradables en el agua tratada.

• Los flocs que componen el lodo poseen cadenas más fuertes por lo que no sereflotan fácilmente; así mismo la extracción del lodo es más fácil empleandocualquier método.

• El coagulante empleado posee una acción residual en el lodo lo cual facilita elespesamiento sin necesidad de acondicionadores.

• Dada su composición en su mayoría inorgánica, estos residuos se prestan para laelaboración de ciertos materiales de construcción.

Desventajas

• El aluminio residual no es muy aprovechable y genera problemas en el medio

ambiente y en la salud, y si bien existen procesos que permiten reciclarlo, estos

resultan ser tediosos y costosos.

PROCESO CONVENCIONAL DE TRATAMIENTO DE LODOS

MANEJO DE LODOS DE MORINGA

• CONCENTRACIÓN DEL LODO DE MORINGA DE 3,73 %

• ESPESADO GRAVITACIONAL

• ADICIÓN DE CAL PARA CONTROL DE OLOR Y

ACCIÓN DESINFECTANTE

• TÍTULO C DEL REGLAMENTO TÉCNICO DEL SECTOR DE

AGUA POTABLE Y SANEAMINTO BÁSICO RAS 2000

TABLA C.13.1 RAS 2000

DISPOSICIÓN FINAL PARA LODOS DE MORINGAAprovechamiento en la agricultura• Mejora textura y absorción de agua

• Mejora el crecimiento de las raíces

• Resistencia a la sequía

Fuente de energía, Digestión anaerobia.• Cogeneración de energía

• Inactivación de patógenos

• Reducción de sólidos

• 100% aptos para la agricultura

Mampostería

CONCLUSIONES

PARAMETROS SOBRESALIENTES

LODOS DE MORINGA

LODOS DE PAC DIFERENCIA %

DBO5 (mg/l) 147,5 84 43,05%

DQO (mg O2/l) 307,37 185 39,81%

ALUMINIO (mg Al/l) 0,3413 10,5 96,75%

• El lodo de moringa contiene mínimas cantidades de metales pesados

• El lodo de moringa presenta una descomposición acelerada respecto al lodo de PAC

• El uso de cal como estabilizante predispone los lodos para su aplicación en suelos

ácidos.

• El contenido de DBO5 y DQO del lodo de moringa sobrepasan el valor maximo

admitido en el decreto 631, del 2015.

CONCLUSIONES• En promedio, el lodo de moringa contiene 0.34 mg/l de aluminio frente a 10.50 mg/l presentes en el lodo de

PAC, con lo que se puede afirmar que el contenido de este elemento está estrechamente relacionado con el tipode coagulante empleado.

• El aluminio presente en el lodo de moringa se debe a la composición natural del agua,

• El lodo de moringa contiene mínimas cantidades de metales pesados, cuyos valores son ligeramente menores alos del lodo de PAC, lo cual sugiere que la presencia de estos elementos se debe principalmente a lacomposición natural del agua o a una contaminación por agentes externos al uso del coagulante.

• Dada la baja concentración de metales pesados en el lodo de moringa, al ser dispuestos en afluentessuperficiales, estos no generarían bioacumulación, puesto que la fuente estaría en capacidad de dispersar ymitigar los efectos de dichos elementos, no obstante, debido a la presencia de otros contaminantes, estapráctica no es permitida.

• En promedio el valor de DQO en el lodo de moringa es de 307,37 mg/l, frente a 185 mg/l presentes en el lodode PAC, lo cual hace notable una mayor cantidad de compuestos orgánicos; por otra parte, los valores debromatología muestran que el lodo de moringa ofrece una mayor concentración de nitrógeno, fosforo y potasio;por lo que se puede aplicar a suelos con funciones agrícolas y forestales.

• El lodo de moringa tiende a descomponerse muy rápido, generando olores desagradables en el agua tratada, locual hace necesaria una evacuación más frecuente de los sedimentos, y ser estabilizado con cal paracontrarrestar dichos efectos.

CONCLUSIONES

• La descomposición más rápida del lodo de moringa puede verse como una ventaja, ya que esto permite unamayor eficiencia en los procesos de tratamiento y asimilación por parte del suelo.

• El uso de cal como estabilizante puede ampliar los beneficios del lodo, principalmente en su disposición en suelosácidos.

• Según la resolución 631 del 2015 y la legislación adjunta de Ecuador frente a vertimientos puntuales, por suscaracterísticas el lodo de moringa no puede disponerse directamente en fuentes de agua superficiales, ya que sucarga de DBO5 de 147,50 mg/l y DQO de 307,37 mg/l, sobrepasan los valores máximos admisibles, lo cualsignificaría una carga contaminante difícil de equilibrar por el afluente.

• Frente a los graves problemas ambientales, es importante tomar conciencia de la problemática que generanalgunos de los actuales métodos empleados en la potabilización del agua, principalmente en el uso de productosque se convierten en sustancias nocivas al finalizar su función, por lo que es urgente explorar nuevas alternativasa soluciones integrales que permitan asegurar una debida potabilización y una generación y disposiciónresponsable de los residuos.

RECOMENDACIONES

• Evitar que la muestra este expuesta por mucho tiempo a la luz solar, puestoque se generan olores desagradables, es recomendable implementar unespesador externo, que garantice aislar el lodo de la luz solar y del aguatratada, y así mismo facilitar el proceso y la extracción. Las muestras se contaminancon mucha facilidad, variando significativamente los resultados, por lo que serecomienda una buena práctica de las normas y procedimientos de laboratorio. Siel sistema de tratamiento con coagulante de moringa se llegara a implementar serecomienda hacer limpieza de filtros y sedimentadores con más frecuencia, yaque se pueden producir olores desagradables en el agua tratada.