propuesta para reducir la concentraciÓn de cloruros...

PROPUESTA PARA REDUCIR LA CONCENTRACIÓN DE CLORUROS EN LAS AGUAS RESIDUALES DE HENKEL COLOMBIANA S.A.S. A PARTIR

DE COAGULANTES ALTERNATIVOS AL CLORURO FÉRRICO

CHRISTIAN CAMILO CAMPOS CASTRO

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS FACULTAD TECNOLÓGICA

INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN BOGOTÁ D.C.

2017

Bogotá D.C., 2017

Nota de aceptación:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

______________________________

Firma del director de proyecto.

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a mis compañeros y jefes de Henkel Colombiana S.A.S., por darme la oportunidad de desarrollar este proyecto de investigación y aprender acerca del tratamiento de aguas residuales que ha sido parte de mi crecimiento personal y profesional.

A la profesora Nancy Esperanza Madrid Soto por su apoyo incondicional, compromiso, orientación y enseñanza que fueron indispensables para lograr la culminación del proyecto de grado.

Y a todas aquellas personas que han confiado en mí y me han brindado su apoyo para la realización de cada una de mis metas.

DEDICATORIA

Dedico mi trabajo de grado a mi padres y hermano que han sido parte esencial en todos los aspectos de mi vida, han inculcado valores, me han enseñado lo indispensable que es el esfuerzo en cada actividad a realizar y han sembrado en mi la semilla de la educación y la superación personal con el fin de alcanzar mis metas.

RESUMEN

La contaminación de las fuentes hídricas ha sido un problema constante a través de la historia, en todos aquellos lugares donde el ser humano realiza alguna actividad industrial, agrícola, de servicios, entre otros. Debido a esto, los gobiernos han implementos diferentes normas para asegurar que las empresas sean responsables de tratar el agua residual que se genera de sus actividades, para que su impacto en el medio ambiente sea el menor posible al momento de devolverla al sistema.

En Colombia durante el año 2015 se creó la Resolución 0631, la cual establece un conjunto de parámetros con las que el agua residual de acuerdo a la actividad económica de la empresa debe cumplir antes de ser vertida en el alcantarillado; Henkel Colombiana S.A.S. no es la excepción y debe cumplir con dicha resolución. Pero a causa del tipo de productos que fabrican y el tipo de tratamiento que emplean no cumplen con el parámetro de cloruros, lo cual hace que incumplan la normatividad.

Con base en lo anterior, el siguiente trabajo contiene la información teórica necesaria para entender un tratamiento de agua residual; por otra parte, también contiene la metodología y resultados obtenidos en la búsqueda de un tratamiento de agua residual capaz de disminuir la concentración de cloruros hasta el establecido en la Resolución 0631 del 2015, usando coagulantes alternativos al cloruro férrico que es el compuesto químico actual que se utiliza para el tratamiento. Además, muestra los análisis de laboratorio necesarios para conocer los valores precisos de estos aniones antes y después del tratamiento.

CONTENIDO

pág.

INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 16

1. GENERALIDADES .......................................................................................... 18

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ........................................................ 18

1.1.1 Descripción del problema. ...................................................................... 18

1.1.2 Formulación del problema ....................................................................... 19

1.2 JUSTIFICACIÓN .......................................................................................... 19

1.3 OBJETIVOS ................................................................................................. 20

1.3.1 Objetivo general ........................................................................................ 20

1.3.2 Objetivos específicos ................................................................................ 21

1.4 ALCANCE .................................................................................................... 21

2. MARCO REFERENCIAL ................................................................................. 23

2.1 MARCO HISTÓRICO ................................................................................... 23

2.1.1 Contaminación hídrica en el planeta ..................................................... 25

2.1.2 Contaminación hídrica en Colombia ....................................................... 30

2.2 MARCO TEÓRICO ...................................................................................... 33

2.2.1 Aguas residuales ..................................................................................... 33

2.2.2 Tipos de aguas residuales ..................................................................... 33

2.2.2.1 Agua residual doméstica ..................................................................... 34

2.2.2.2 Agua residual industrial ....................................................................... 34

2.2.2.3 Agua residual urbana .......................................................................... 34

2.2.3 Composición de las aguas residuales................................................... 35

2.2.4 Propiedades de las aguas residuales ................................................... 36

2.2.4.1 Propiedades físicas .............................................................................. 36

2.2.4.2 Propiedades químicas .......................................................................... 37

2.2.4.3 Componente biológico .......................................................................... 38

2.2.5 Tipos de tratamientos de aguas residuales ......................................... 38

2.2.5.1 Procesos físicos ................................................................................... 38

2.2.5.2 Procesos químicos ............................................................................... 39

2.2.5.3 Procesos biológicos .............................................................................. 39

2.2.6 Coagulación de aguas residuales .......................................................... 39

2.2.7 Coagulantes .............................................................................................. 43

2.2.7.1 Sulfato de aluminio ................................................................................ 43

2.2.7.2 Sulfato ferroso ....................................................................................... 43

2.2.7.3 Cloruro Férrico ....................................................................................... 44

2.2.7.4 Carbonato de magnesio ...................................................................... 44

2.2.7.5 Aluminato de sodio (NaAlO2) .............................................................. 46

2.2.7.6 Policloruro de Aluminio ........................................................................ 46

2.2.7.7 Sulfato Férrico ...................................................................................... 46

2.2.8 Ayudas coagulantes................................................................................. 47

2.2.8.1 Sílice activada ....................................................................................... 47

2.2.8.2 Polielectrólitos ....................................................................................... 47

2.2.9 Agentes oxidantes. .................................................................................. 48

2.2.9.1 Cloro ...................................................................................................... 48

2.2.9.2 Dióxido de Cloro .................................................................................. 49

2.2.9.3 Permanganato de Potasio ................................................................... 49

2.2.9.4 Hipoclorito de Calcio ............................................................................ 50

2.2.9.5 Hipoclorito de Sodio ............................................................................ 50

2.2.10 pH adecuado para la coagulación ........................................................ 50

2.2.11 Intercambio iónico ..................................................................................... 51

2.2.11.1 Resinas de intercambio iónico .............................................................. 53

2.2.12 Ion Cloruro ............................................................................................... 55

2.3 MARCO CONCEPTUAL .............................................................................. 57

2.4 MARCO LEGAL ........................................................................................... 59

3. METODOLOGÍA .............................................................................................. 72

4. PRESENTACIÓN DE LA EMPRESA .............................................................. 75

4.1 HISTORIA .................................................................................................... 75

4.2 INFORMACIÓN GENERAL DE LA EMPRESA .......................................... 77

5. DIAGNÓSTICO DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES .................... 81

5.1 CARACTERIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES ..................................... 81

5.2 PRODUCTOS QUE APORTAN CLORUROS AL AGUA

RESIDUAL ............................................................................................................. 86

5.3 DESCRIPCIÓN DEL TRATAMIENTO DE AGUAS

RESIDUALES ........................................................................................................ 87

5.4 REGISTRO HISTÓRICO DE PARÁMETROS DENTRO DEL

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES .......................................................... 90

5.5 REACTIVOS DEL TRATAMIENTO ACTUAL ............................................ 97

6. MATERIALES Y MÉTODOS DE ANÁLISIS ................................................. 98

6.1 MATERIALES .............................................................................................. 98

6.2 MÉTODO DE MUESTREO Y ANÁLISIS .................................................. 99

6.2.1 Método de muestreo ............................................................................... 99

6.2.1.1 Selección del recipiente ..................................................................... 100

6.2.1.2 Preparación del recipiente ................................................................. 100

6.2.1.3 Llenado del recipiente ....................................................................... 100

6.2.1.4 Enfriamiento de las muestras ........................................................... 101

6.2.1.5 Identificación de las muestras y transporte..................................... 101

6.2.2 Test de jarras ........................................................................................ 101

6.2.2.1 Procedimiento para la realización de test de jarras ...................... 102

6.2.3 Preparación de muestras, titulación y cálculos. .................................. 103

6.2.3.1 Preparación de la muestra................................................................... 103

6.2.3.2 Titulación ............................................................................................. 103

6.2.3.3 Calculo de cloruros ............................................................................ 103

7. RESULTADOS Y ANÁLISIS ........................................................................ 104

8. PROPUESTA ................................................................................................ 159

9. SOCIALIZACIÓN ........................................................................................... 173

10. CONCLUSIONES ...................................................................................... 174

11. RECOMENDACIONES .............................................................................. 177

BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 178

ANEXOS .............................................................................................................. 183

LISTA DE TABLAS

pág.

Tabla 1. Tiempo de sedimentación de coloides ................................................. 40

Tabla 2. Intervalos de potencial Z ....................................................................... 42

Tabla 3. Rango óptimo de pH de coagulantes .................................................. 51

Tabla 4. Formas del Cloro en el agua ............................................................... 57

Tabla 5. Normatividad ambiental de Colombia ................................................... 61

Tabla 6. Normas Técnicas Colombianas ............................................................. 71

Tabla 7. Caracterización de aguas residuales .................................................... 81

Tabla 8. Parámetros de vertimientos - Resolución 0631 de 2015 ..................... 84

Tabla 9. Compuestos con cloruros en el desodorante y shampoo ................. 87

Tabla 10. Control de variables de PTAR .............................................................. 90

Tabla 11. Condiciones generales del agua residual de Henkel ....................... 104

Tabla 12. Parámetros de evaluación de coagulantes ...................................... 105

Tabla 13. Parámetros de evaluación de ayudas coagulantes ......................... 106

Tabla 14. Registro de datos de tratamiento de agua residual ....................... 108










Tabla 24. Datos de agua residual después de tratamiento ............................ 127

Tabla 25. Comparación de muestras antes y después de tratamiento .............. 127

















Tabla 42. Blanco para análisis de cloruros ...................................................... 153

Tabla 43. Concentración de cloruros de agua residual patrón ....................... 155

Tabla 44. Volumen de nitrato de plata en titulación ........................................... 155

Tabla 45. Concentración de cloruros después de tratamiento ........................ 156

Tabla 46. Propuesta 1 ......................................................................................... 159

Tabla 47. Propuesta 2 ......................................................................................... 159

Tabla 48. Propuesta 3 ......................................................................................... 159

Tabla 49. Propuesta 4 ......................................................................................... 160

Tabla 50. Concentración de compuestos químicos ........................................... 162

Tabla 51. Consumo por día y mes de compuestos químicos......................... 164

Tabla 52. Costos de propuesta 1 ....................................................................... 165




Tabla 56. Consumo de reactivos y costos de tratamiento actual ...................... 169

Tabla 57. Incremento mensual de costos de tratamientos ................................... 170

Tabla 58. Incremento anual de costos de tratamientos ....................................... 170

LISTA DE FIGURAS

pág.

Figura 1. Mapa del nivel de acceso al agua en el planeta. ........................... 25

Figura 2. Modelo de doble capa de una coloide .............................................. 41

Figura 3. Primera planta de Henkel en Düsseldorf ........................................... 75

Figura 4.Detergente Persil .................................................................................... 76

Figura 5.Ubicación geográfica de Henkel Colombiana S.A.S. .......................... 77

Figura 6. Marcas de productos de Henkel ......................................................... 80

Figura 7. Logotipos de marcas de Henkel ......................................................... 80

Figura 8.Tratamiento de aguas residuales de Henkel ........................................ 89

Figura 9. Test de jarras con sulfato ferroso..................................................... 107

Figura 10. Recipiente de 60 litros con agua residual ..................................... 114

Figura 11. Recipiente de 60 litros con agua residual ..................................... 114

Figura 12. De derecha a izquierda, prueba número 1, 2 y 3 ............................ 118

Figura 13. De derecha a izquierda, prueba número 1, 2 y 3 ............................ 118

Figura 14. Ensayo número 4 .............................................................................. 120

Figura 15. Ensayo número 6, proceso de formación de floc ........................... 121

Figura 16. Ensayo número 6, resultado final...................................................... 121

Figura 17. Floc de ensayo número 6 ................................................................ 122

Figura 18. Ensayo número 8 .............................................................................. 124

Figura 19. Ensayo número 10 con sulfato ferroso .......................................... 126

Figura 20. Ensayo número 10 con sulfato ferroso .......................................... 126

Figura 21. Test de jarra con carbonato de magnesio ..................................... 132

Figura 22. De derecha a izquierda, ensayo 1, 2, 3 y 4 con sulfato de

aluminio ............................................................................................................... 138

Figura 23. Ensayo número 5 con sulfato de aluminio .................................... 139

Figura 24. De derecha a izquierda, ensayo número 1 y 5 con sulfato de

aluminio ............................................................................................................... 140

Figura 25. De izquierda a derecha, ensayo número 1 y 5 con sulfato de

aluminio ............................................................................................................... 140

Figura 26. De derecha a izquierda, ensayo 1, 2 y 3 .......................................... 144

Figura 27. De derecha a izquierda, agua clarificada de ensayo 1, 2 y

3 ........................................................................................................................... 145

Figura 28. De derecha a izquierda, ensayo 1, 2 y 3 con floc .......................... 145

Figura 29. De derecha a izquierda, ensayo 1, 2 y 3 con sulfato de

aluminio ............................................................................................................... 149

Figura 30. De derecha a izquierda, ensayo 1, 2 y 3 con sulfato de

aluminio ............................................................................................................... 149

Figura 31. Equipo para lavado de resina de intercambio iónico.................... 151

Figura 32. Manifold con resina de intercambio iónico ..................................... 151

Figura 33. Lavado de resina de intercambio iónico ......................................... 152

Figura 34. Muestra de agua residual patrón y muestras de agua

residual tratada .................................................................................................... 158

Figura 35. Movimiento de resina de intercambio iónico ................................... 158

LISTA DE GRÁFICAS

pág.

Gráfico 1. Porcentaje de contaminación del agua por sectores

industriales en 1.990 de los países de la OCDE. ........................................... 28

Gráfico 2. Porcentaje de contaminación del agua por sectores

industriales en 1.990 de países pobres. ........................................................... 29

Gráfico 3. Sólidos disueltos (mg/L) - febrero 2016 ................................................. 94

Gráfico 4. Sólidos suspendidos totales (mg / L) - febrero 2016 ............................. 95

Gráfico 5. pH de aguas residuales de Henkel - febrero 2016 ............................ 96

Gráfico 6. Costo anual de tratamiento de aguas residuales .......................... 171

LISTA DE ANEXOS

pág.

Anexo A. Fotografías ........................................................................................... 183

Anexo B. Ficha técnica de resina de intercambio iónico ................................ 188

16

INTRODUCCIÓN

El planeta atraviesa por una crisis ambiental a causa de los diferentes tipos de contaminación que el ser humano genera día tras día, desde los comienzos de la revolución industrial hasta la actualidad. Aunque se han creado diferentes procesos y actividades para minimizar en cierta medida esta problemática, no se ha logrado alcanzar cambios significativos; algunas causas son, el crecimiento poblacional, poca conciencia acerca del agotamiento de los recursos naturales, explotación excesiva de los recursos naturales, tecnología con un alto índice de contaminación, métodos ineficientes de tratamientos, poca rigurosidad de la normatividad ambiental, entre otros aspectos que hacen que la contaminación ambiental sea alta y afecte directamente el medio ambiente, los seres vivos que allí se encuentran y al ser humano.

Colombia es un país que no escapa de esta problemática y por medio de diferentes y extensas normas busca preservar el medio ambiente y cada uno de los recursos naturales vitales, como el agua, aire, suelo, etc.. En la gran mayoría de casos, estas normas no son cumplidas con rigurosidad, lo cual acrecienta la contaminación.

Con respecto al recurso hídrico, el Ministerio de Medio Ambiente y Desarrollo Sostenible, durante el año 2015 estableció la Resolución 0631 de 2015, la cual establece los valores límites máximos permisibles para un conjunto de parámetros determinados con los que debe contar el agua residual de cualquier empresa antes de ser vertidos en el alcantarillado y cualquier cuerpo de agua superficial.

De acuerdo a la Resolución 0631, Henkel Colombiana S.A.S. al ser una empresa con actividades productivas en el territorio colombiano, debe cumplir con los parámetros de vertimientos establecidos para las empresas que fabrican jabones, detergentes y productos cosméticos. Sin embargo, el tratamiento actual provoca que no se cumpla con los niveles permisibles de cloruros, lo cual surge la necesidad de buscar un tratamiento que permita disminuir la concentración de este anión.

La investigación del proyecto se centró en buscar coagulantes alternativos que ayudaran a disminuir la concentración de cloruros. Para esto fue necesario establecer una metodología que consistía en la investigación teórica para comprender todo lo relacionado al tratamiento de agua residual como, tipos de compuestos químicos indispensables para llevar a cabo un tratamiento, equipos necesarios en el tratamiento, procedimientos estándar de análisis en laboratorios, entre otros. Una vez comprendidos los fundamentos teóricos, se

17

procedió a experimentar en los laboratorios con los compuestos químicos seleccionados, obtener resultados de las diferentes pruebas, analizarlos y generar una propuesta acorde con lo experimentado.

Con base en lo anterior, el siguiente proyecto contiene fundamentos teóricos, bases históricas acerca de la contaminación del agua a nivel mundial y en Colombia, metodología de muestreo de aguas según la Norma Técnica Colombiana (NTC) y de análisis de laboratorio, experimentación en la PTAR y laboratorios, análisis de resultados y generación de una propuesta para disminuir la concentración de cloruros.

Por otra parte, este proyecto puede servir de soporte para futuras investigaciones dentro de la empresa, con el objetivo de buscar una mejora continua dentro del tratamiento de aguas residuales. También puede ayudar en próximos trabajos de investigación en la Universidad Distrital Francisco José de Caldas.

18

1. GENERALIDADES 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1.1 Descripción del problema. El agua es un compuesto esencial dentro de la configuración de la naturaleza y de todos los seres vivos que necesitan e interactúan con esta; puede encontrarse en sus tres estados (sólido, líquido y gaseoso) y tiene cientos de aplicaciones. En promedio, el 70% de la superficie de la Tierra está cubierta por agua, de este valor, cerca del 97.5% es agua salada perteneciente a océanos y el 2.5% es agua dulce. Además, el 70% del agua dulce se encuentra congelada en glaciares, el 29% son aguas subterráneas y solo 1% se ubica en ríos, arroyos, lagos, humedales, entre otros cuerpos de agua1. Desde las sociedades antiguas, como por ejemplo los egipcios, y a través de la historia, el ser humano siempre se ha ubicado cerca a los cuerpos de agua (ríos y mares), ya que han permitido el desarrollo social, económico, cultural, el crecimiento de la agricultura, la ganadería, han proporcionado gran variedad de alimentos y agua potable para la ingesta diaria, rutas de transporte, actividades domésticas, entre muchas otras aplicaciones. En la actualidad, el agua es una materia prima esencial para diversas actividades industriales, pero asimismo las fuentes de agua han servido como vertimiento de los diferentes residuos que se generan no solo en la industria sino de la sociedad en general. Colombia es un país que cuenta con una gran cantidad de fuentes de agua, pero que ha presentado durante años una inadecuada recolección, tratamiento y disposición de los diversos residuos que se generan día tras día, y una gran parte han terminado en ríos, mares u otros afluentes. Antes esta situación, el estado ha tomado medidas para hacer frente a las problemáticas que aquejan los cuerpos de agua y han creado planes de acción para descontaminar ríos (rio Bogotá, rio Medellín, Rio Otún, etc.), han implementado normas regulatorias de vertimientos para las empresas, como por ejemplo la resolución 3956 y 3957 de 2009, Decreto 3930 de 2010 (incluido en el Decreto 1076 de 2015), entre otras acciones. Durante el año 2015, el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible creo la Resolución 0631 del 17 de Marzo de 2015, la cual establece los parámetros y los valores límites permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de

1 SECRETARIA DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES. Estadísticas del agua en México, edición 2011. México, D.F: 2001. p. 115 – 116.

19

aguas superficiales y a los sistemas de alcantarillado. Con base a esta resolución, las empresas del país tienen que cumplir con los parámetros de vertimientos que establece esta norma a partir del 1 de Enero de 2016. Henkel es una multinacional alemana que se encuentra ubicada en un gran número de países y su actividad se centra en tres puntos fundamentales, en la producción de productos cosméticos y de cuidado personal como shampoos y desodorantes, colorantes para el cabello y adhesivos. En Colombia, la planta de producción se encarga de realizar shampoos, desodorantes y colorantes para el cabello. Teniendo en cuenta esto, Henkel ha llevado a cabo la debida adecuación de sus procesos para ajustar sus parámetros de vertimientos de agua de acuerdo a la resolución 0631 de 2015, pero uno de los parámetros es más alto de acuerdo a la normatividad, específicamente son los cloruros (250,00 mg / L). El problema se debe a que la empresa utiliza cloruro férrico (FeCl3) para el tratamiento de aguas residuales, lo que conlleva al incremento del contenido de cloruros en el agua sea elevado. De acuerdo a esta situación, nace la idea de buscar una alternativa para el tratamiento de aguas residuales en Henkel Colombiana S.A.S. y reemplazar el cloruro férrico por otro compuesto que realice de manera adecuada el tratamiento, pero asimismo baje los contenido de cloruro y no afecte los otros parámetros establecidos en la resolución 0631 de 2015. 1.1.2 Formulación del problema. ¿Qué alternativa es la más adecuada para reemplazar el cloruro férrico en el tratamiento de aguas residuales de Henkel Colombiana S.A.S. y de esta manera disminuir los niveles de concentración de cloruros, para ajustar los vertimientos de acuerdo a los parámetros de la resolución 0631 de 2015?. 1.2 JUSTIFICACIÓN El agua es el líquido más importante que existe en la naturaleza, ya que interviene en todos procesos biológicos, ciclos naturales y en cada uno de los seres vivos del planeta. En la actualidad, las diversas actividades industriales que hacen uso del agua durante la cadena producción, provocan la contaminación en este compuesto, que posteriormente es vertido en las redes de alcantarillado y llega a cuerpos de agua principales, generando un impacto en el medio ambiente y en los seres vivos como el ser humano.

20

Esta situación se repite en cada extremo del planeta y Colombia no es la excepción; las autoridades gubernamentales del país por medio de la Constitución Política de 1991 y en el artículo 80, establece que el estado “deberá prevenir y controlar los factores de deterioro ambiental, imponer las sanciones legales y exigir la reparación de los daños causados” ; en el artículo 5 de la Ley 99 de 1993 establece que el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible debe “regular las condiciones generales para el saneamiento del medio ambiente, y el uso, manejo, aprovechamiento, conservación, restauración y recuperación de los recursos naturales, a fin de impedir, reprimir, eliminar o mitigar el impacto de actividades contaminantes, deteriorantes o destructivas del entorno o del patrimonio natural” y “dictar regulaciones de carácter general tendientes a controlar y reducir las contaminaciones geosférica, hídrica, del paisaje, sonora y atmosférica, en todo el territorio nacional”. El estado colombiano al estar a cargo de proteger la integridad ambiental en el país, decide crear la Resolución 0631 de 2015. La resolución busca controlar los parámetros de contaminación de los vertimientos realizados en los sistemas de alcantarillado por parte de la industria. De acuerdo a esto, Henkel Colombiana S.A.S. tiene el deber de cumplir y ajustar los parámetros de vertimientos según la resolución 0631 de 2015. Con base a análisis realizados por un laboratorio certificado por el IDEAM, el cloruro es el único parámetro de los vertimientos de Henkel Colombiana S.A.S. que no cumple con la resolución mencionada anteriormente. La causa principal se da porque la empresa utiliza cloruro férrico para realizar el tratamiento de aguas residuales. A partir de esta situación, el proyecto se basara en evaluar la mejor alternativa en el tratamiento de aguas residuales para reemplazar el cloruro férrico y así disminuir los niveles de cloruros en los vertimientos, para que estos se encuentren entre los parámetros establecidos según la Resolución 0631 de 2015. 1.3 OBJETIVOS 1.3.1 Objetivo general. Proponer un tratamiento para reducir la concentración de cloruros en las aguas residuales de Henkel Colombiana S.A.S., a partir de coagulantes alternativos al cloruro férrico.

21

1.3.2 Objetivos específicos. Analizar el nivel de cloruros en las aguas residuales de Henkel Colombiana S.A.S., de acuerdo al informe de caracterización de vertimientos realizado por el laboratorio Conocer Ltda. • Examinar el proceso de tratamiento de aguas residuales actual de Henkel Colombiana S.A.S. • Señalar las ventajas y desventajas del proceso de tratamiento de aguas residuales actual de Henkel Colombiana S.A.S. • Investigar las causas de las altas concentraciones de cloruros de las aguas residuales de Henkel Colombiana S.A.S. • Identificar coagulantes alternativos al cloruro férrico en el tratamiento de aguas residuales. • Analizar el comportamiento de coagulantes alternativos a través de prueba cualitativas y cuantitativas en aguas residuales de Henkel Colombiana S.A.S. • Calcular la concentración de cloruros generada por los coagulantes alternativos en las aguas residuales. • Registrar los resultados que se obtengan de cada prueba con el fin de analizar y concluir en alternativas para reemplazar el cloruro férrico. • Determinar la mejor alternativa de coagulantes para Henkel Colombiana S.A.S. basado en pruebas de campo e investigación de este proyecto. • Realizar la entrega física del informe final del proyecto al área de aseguramiento de calidad de Henkel Colombiana S.A.S. como soporte de la investigación realizada, y así llevar a cabo más adelante una socialización acerca del tema. 1.4 ALCANCE Proponer un coagulante alternativo al cloruro férrico para el tratamiento de las aguas residuales de Henkel Colombiana S.A.S., con el fin de minimizar la concentración de cloruros y de esta manera cumplir los parámetros que establece la Resolución 0631 de 2015 para las empresas que basan sus

22

actividades económicas en la fabricación de jabones, detergentes y productos cosméticos. Llevando a cabo un conjunto de fases, como el análisis de documentos y registros previos relacionados al comportamiento de las aguas residuales de la empresa, teniendo en cuenta variables como pH, temperatura, sólidos suspendidos, elementos que aportan cloruros al agua residual, entre otros; investigación y análisis en fuentes de información como libros y fichas técnicas que aportan datos acerca de las propiedades que ofrecen los coagulantes del mercado; experimentación en laboratorios para poner a prueba los coagulantes seleccionados a través de la investigación; análisis de resultados, selección del tratamiento alternativo del agua residual y socialización de la información.

23

2. MARCO REFERENCIAL 2.1 MARCO HISTÓRICO La Tierra posee un amplio conjunto de elementos y compuestos que interactúan constantemente, y propician las condiciones ambientales adecuadas para la vida; pero uno de los compuestos más importantes es el agua. De la totalidad del agua que se encuentra en el planeta, solo el 2.85% es agua dulce, aproximadamente representado por 38.304.250 Km3, de cual solo 125.250 Km3 están en fuentes superficiales como ríos y lagos; la otra cantidad restante está en fuentes subterráneas, glaciales, casquetes polares y en la humedad atmosférica. Por otra parte el 97,15% del agua del planeta es agua salada contenida en océanos y lagos salados (1.304.105.000 Km3), no apta para el consumo.2 El agua es esencial en diferentes procesos, tanto en los ecosistemas, como en los seres vivos. Por ejemplo, el agua está presente en gran parte de la estructura anatómica de las células (80% está constituida por agua)3 y seres vivos, propiciando las condiciones adecuadas para la realización de sus funciones vitales; es indispensable en la ingesta diaria; ha actuado sobre la geomorfología del planeta por millones de años; ha contribuido con el desarrollo social, económico, tecnológico, cultural, etc., del ser humano; entre muchas otro aspectos. Las fuentes de agua han proporcionado la cantidad suficiente para satisfacer las necesidades básicas de los seres vivos en el planeta, y también han cubierto las exigencias del ser humano, desde la formación de las sociedades primitivas hasta la actualidad. Las primeras civilizaciones erigieron sus ciudades cerca de ríos y mares, con el fin de transportarse, desarrollar la agricultura, establecer relaciones comerciales con otras sociedades y para la invasión y conquista de pueblos. Por ejemplo, las civilizaciones mesopotámicas se ubicaron cerca del Tigris y Éufrates, la civilización egipcia en el Nilo, ciudades como parís cerca del rio Sena y Londres del Támesis. La necesidad de distribuir el agua por diferentes sectores de Mesopotamia, Egipto, China e India, propicio el avance de la

2 LATORRE ESTRADA, Emilio. Medio ambiente y municipio en Colombia. Bogotá D.C.: Cerec, 1998. p. 79. 3 Ibíd., p. 78.

24

ingeniería con la creación de acueductos, pozos, aljibes, presas y otras construcciones con un impacto social, económico y político.4 A medida que el ser humano a través de la historia ha progresado en muchos ámbito, ha requerido del agua. Actualmente tiene cientos de usos y es indispensable en la alimentación, limpieza, recreación, producción industrial, producción energética, producción agropecuaria, entre otras. Pero existen varios problemas con el agua y todos con un eje central común, la intervención del hombre; lo cual representa un daño en los ecosistemas, alteración de la cadena trófica, y agotamiento del recurso destinado propiamente para el consumo. La escasez del agua en todo el mundo involucra no solo factores climáticos, sino el crecimiento poblacional acelerado, la demanda de alimentos, la contaminación excesiva, el despilfarro de agua innecesario, el estilo moderno de vida, entre otros. En el caso de la contaminación, los altos volúmenes de residuos que captan constantemente las fuentes de agua, no permiten la regeneración natural del líquido; en ese sentido, aunque exista un alto volumen en la naturaleza, mucha de ella se encuentra contaminada y de esta manera inadecuada para el consumo diario que requieren no solo el hombre, sino también todos los seres vivos. Este panorama se repite en países desarrollados y subdesarrollados; pero con mayor fuerza en África y Asia, donde cerca de 300 millones de personas viven con escasez de agua diariamente, y esto puede aumentar con base al crecimiento de la población que puede llegar a mil millones de personas para el año 2025.5 Otro ejemplo se encuentra en Estados Unidos, mientras hubo un crecimiento demográfico del 75% entre 1.950 y 1.980, el consumo de agua en fuentes superficiales y subterráneas fue del 150%6; con lo cual no solo hubo agotamiento del recurso sino también un aumento de la contaminación. Dicha situación se repite en todos los continentes, y a medida que pasa el tiempo y la población crece, el impacto es mucho mayor, convirtiendo el planeta en un lugar inhabitable y poco acto para la vida; y a futuro es posible pensar en la generación de guerras destinadas a la obtención de fuentes del vital líquido.

4 BLACK, Maggie. El secuestro del agua – la mala gestión de los recursos hídricos. España: Intermón Oxfam, 2005. p. 28. 5 Ibíd., p. 28. 6 LATORRE ESTRADA. Op. cit., p. 79.

25

2.1.1 Contaminación hídrica en el planeta. La contaminación de las fuentes de agua dulce cada vez es mayor, debido al alto consumo, el desperdicio, la polución, los residuos sólidos, las aguas residuales, entre otros factores. Durante el siglo XX, la población se triplico en el planeta, y asimismo el consumo de agua se duplico para satisfacer las necesidades de la sociedad. En lugares como Estados Unidos, una persona en promedio consume diariamente 575 litros de agua para bañarse, cocinar, limpiar el hogar, regar las plantas, etc; un europeo en promedio gasta 200 litros para realizar las mismas actividades, y una persona de Mozambique, consumen solo 4 litros de agua al día, debido a la escases que se presenta en muchos países de África, y esa cantidad no es suficiente para cubrir las necesidades diarias. Hay que tener en cuenta que en países desarrollados, existe un mayor acceso al agua, por la infraestructura de la redes de distribución que poseen y/o acueductos, algo que en países subdesarrollados muchas veces no se cuenta. Según cifras del Banco Mundial en el 2008, cerca del 13.4% de la población mundial no contaba con acceso a fuentes de agua potable (una de cada cinco persona no tiene acceso a agua potable), lo que representa un alto riesgo de contagio con enfermedades transmitidas por el agua. Asimismo, el agua contaminada ha tenido un impacto considerable en la mortalidad de niños; alrededor de 5.000 mueren todos los días y 1.800.000 al año, a causa de diarreas y deshidratación.7

Figura 1. Mapa del nivel de acceso al agua en el planeta.

Fuente El mundo en riesgo, como salvar nuestro planeta – International Water Management Institute.

7 BARKER, Geoff, SOLWAY, Andrew y ROONEY, Anne. El mundo en riegos, como salvar nuestro planeta. Colombia: Panamericana Editorial, 2012. p. 17.

26

Las variadas formas en que el ser humano ha contaminado el agua ha traído consigo efectos sobre el medio ambiente, los seres vivos y el propio ser humano. Los residuos generados por el ser humano muchas veces no son sometidos a un adecuado tratamiento antes de ser vertidos en los ríos, lagos y mares, lo que aporta un contenido de compuestos que pueden ser nocivos para plantas y animales; esta situación se ve de manera frecuente en Latinoamérica, alrededor del 90% del vertimiento de aguas residuales a fuentes de agua se llevan a cabo sin ningún tipo de tratamiento. Muchos compuestos pueden ser disueltos en el agua, pero otros no se degradan fácilmente, teniendo una incidencia a largo plazo, como lo son los compuestos químicos y metales pesados. Por ejemplo, los detergentes son compuestos comunes y diversificados, que dañan la capa protectora de los peces que los protege de bacterias y parásitos; si la concentración de detergentes alcanza las 15 ppm (partes por millón) puede provocar la muerte, y si alcanza las 5 ppm, causa la muerte de los huevos de los peces.8 Un caso famoso de los efectos de la contaminación del agua se generó en 1.956, sobre la costa japonesa de Kyushu, donde apareció una extraña enfermedad denominada enfermedad de Minamata; esta se caracterizaba por afectar el sistema nervioso central de las persona, causando descoordinación de los movimientos, parálisis, provocar el coma y la muerte; lo que inicialmente era un suceso medico desconocido, ya que anteriormente no se había presentado una situación de las mismas proporciones. Tras la investigación por parte de diferentes organismos de Japón, se descubrió que el origen de la enfermedad fue a partir de las 27 toneladas de vertimientos con un elevado contenido de Mercurio, realizado por la empresa de químicos Chisso, entre los años de 1.932 y 1.968; los cuales contaminaban los peces y mariscos que comían las personas y animales. La enfermedad de Minamata dejo un centenar de víctimas y muertos, y un impacto ambiental sobre la bahía, que hoy en día sigue en proceso de recuperación.9 Otra actividad de considerable contaminación es el derrame de hidrocarburos en el mar. Aunque los accidentes de extracción tienen gran repercusión en el ecosistema marino, solo representa el 2% de la contaminación del agua, según cifras de la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos (National Science Foundation); por ejemplo, un desastre de grandes proporciones es el ocurrido en el Golfo de México en el año 2.010 por el derrame de petróleo de la empresa British Pretoleum. En cambio los ríos que desembocan en el

8 Ibíd., p. 20. 9 Ibíd., p. 21.

27

mar, aportan el 50% de hidrocarburos, teniendo en cuenta que en su recorrido captan múltiples compuestos de ciudades, pueblos e industrias.10 La agricultura genera un carga importante de contaminantes en el agua y un volumen de perdida significativo, considerando que solo una tercera parte del agua es absorbida por las plantas, mientras que la cantidad restante se pierde de diferentes formas. Alrededor del 70% del agua dulce del planeta es utilizada para el riego de sembradíos; la contaminación radica en la aspersión de fertilizante y plaguicidas que en cierto porcentaje va a parar al suelo, y con el transcurso del tiempo llegan a fuentes de agua subterráneas, ríos, lagos y mares, que son respectivamente contaminados, junto con cada uno de los elementos que lo componen (flora y fauna). Dichos fertilizantes y plaguicidas contribuyen a la proliferación de algas, que provocan la eutroficación; el nombre que se le da al aumento de la cantidad de algas, es el de marea roja, aunque sean de diversos colores. Uno de los efectos de la marea roja es el envenenamiento y muerte de peces, que son después consumidos por otros organismos y pueden provocar efectos adversos en la salud.11 La contaminación de las fuentes hídricas en Europa a través de la historia tuvo un fuerte impacto sobre la población y el medio ambiente. Durante el auge y desarrollo de la revolución industrial en Gran Bretaña, los residuos industriales y domésticos que se vertían en los ríos, producían olores desagradables, provocaban la muerte de peces y causaban la proliferación de enfermedades como la cólera, principalmente por los excrementos humanos que contienen virus y bacterias. En el transcurso del siglo XIX, el gobierno inglés tomo la decisión de construir estaciones de bombeo de agua, cloacas, alcantarillas y plantas de tratamiento para disminuir las diferentes problemas sanitarios provocados por el agua contaminada y de este modo bajar la contaminación presentada en el rio Támesis y otros. Estas medidas no solo fueron tomadas en Gran Bretaña, sino en otras ciudades europeas, como Madrid, Paris y Roma.12 En la década de los 80, cerca de 247 mil millones de toneladas de vertimientos industriales eran arrojados a cuerpos de agua por las empresas manufactureras en el mundo; pero esta cifra subió a 468 mil millones de toneladas para el año 2.000; esto se debe al aumento de la actividad industrial de países asiáticos, latinoamericanos y países desarrollados. En general, entre 300 y 500 millones de toneladas de metales pesados, solventes, sustancias

10 Ibíd., p. 23. 11 Ibíd., p. 24 – 25. 12 BLACK. Op. cit., p. 39 – 40.

28

toxicas y otros compuestos, contaminan las fuentes de agua. Por ejemplo, en Estados Unidos, cerca del 60% de los residuos peligrosos se infiltran en el suelo y alcanzan los acuíferos; en Polonia, el 75% de los ríos, han sido contaminados con sustancias químicas, residuos agrícolas y aguas residuales, siendo no apta para el uso industrial.13 Gráfico 1. Porcentaje de contaminación del agua por sectores industriales en

1.990 de los países de la OCDE.

Fuente BLACK, Maggie. El secuestro del agua – la mala gestión de los recursos hídricos. España: Intermón Oxfam, 2005. P.125 y atlas of water. 2004. El grafico 1 muestra el porcentaje de contaminación del agua de diferentes sectores industriales de producción de los países pertenecientes a la OCDE u Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (Estados Unidos, España, Chile, México, Alemania, Suiza, Turquía, etc.). En 1.990, el 40% del total de la contaminación del agua era producido por la industria alimenticia, teniendo en cuenta, que está compuesta por una amplia línea de procesos que requieren indispensablemente de este líquido, desde la siembra de las semillas hasta el procesamiento y disposición final de los alimentos en las tiendas. La industria del papel ocupaba la segunda posición, debido a la gran cantidad de agua consumida para la generación de la pasta que se convierte en papel, el proceso de blanqueo, entre otros. La industria metalúrgica se ubicaba en la tercera posición con el 10.2%; la industria química también 13 Ibíd., p. 31, 123, 125.

Química8,8%

Alimentación39,6%

Metal10,2%

Celulosa23,0%

Textil6,6%

Madera2,7%

Otros9,0%

PORCENTAJE DE CONTAMINACIÓN DEL AGUA POR SECTORES INDUSTRIALES EN 1.990 - PAISES DE LA

OCDE

29

es otro sector importante, en países desarrollados se encuentran los mayores productores químicos del mundo; aunque estos presentan un alto estándar de control aun así tenían un porcentaje de incidencia en la contaminación en el agua. Los sectores menos contaminantes eran el maderero y textil, aunque tenían una gran de incidencia en todo el medio ambiente.

Gráfico 2. Porcentaje de contaminación del agua por sectores industriales en

1.990 de países pobres.

Fuente. BLACK, Maggie. El secuestro del agua – la mala gestión de los recursos hídricos. España: Intermón Oxfam, 2005. P.125 y atlas of water. 2004.

La industria alimenticia con el 54%, era el sector más contaminante del agua en países en vías de desarrollo durante la década de los 90, ya que este es uno de los sectores en donde muchos países han basado su economía, y los procesos han tenido un impacto fuerte en el medio ambiente, como el inadecuado uso de fertilizantes y plaguicidas en el ciclo de siembra y cosecha. La industria textil era segundo sector más contaminante del agua, ya que sus aguas residuales se caracterizan por la modificación de parámetros como el pH y el color. La industria del papel fue el tercer sector más contaminantes con el 10.1%, seguido por la industria química y su amplio conjunto de compuestos de fabricación; la industria metalúrgica con el 6.7% y la maderera con el 5.0%, este último sector aumento por alta cantidad de recursos madereros que poseen dichos países en vías de desarrollo y que son

Química7,2%

Alimentación54,0%Metal

6,7%

Celulosa10,1%

Textil14,6%

Madera5,0%

Otros2,6%

PORCENTAJE DE CONTAMINACIÓN POR SECTORES INDUSTRIALES EN 1.990 - PAISES POBRES

30

necesarios para la exportación a otros países y asimismo para satisfacer la demanda de otros sectores, como el del papel. 2.1.2 Contaminación hídrica en Colombia. Colombia, es un país con una gran variedad de recursos hídricos, que han presentado una degradación y contaminación a causa de actividades domésticas, industriales, agrícolas, de explotación minera, etc., que generan residuos contaminantes que van a parar a cuerpos de agua, con el objetivo de ser eliminados. En muchas ocasiones no se realizan tratamientos o se llevan a cabo de manera inadecuada, lo cual tiene un efecto considerable sobre el medio ambiente, e incumple con los parámetros establecidos en la normatividad ambiental. Ciudades como Bogotá D.C., Medellín, Cali, Cartagena, entre otras, generan diariamente una cantidad considerable de aguas residuales que van al alcantarillado y posteriormente a ríos y mares, por la alta concentración poblacional. Los ríos, mares y aguas subterráneas en Colombia no solo son contaminados por los residuos sólidos, sino que compuestos químicos como los pesticidas, fertilizantes y detergentes tienen un gran efecto, provocando la muerte de peces, disminuyendo la biodiversidad de la flora y fauna, generando la proliferación de algas que causan la eutroficación, desarrollo de vectores, variando el pH del agua y creando un medio toxico; por ejemplo, con el uso de elementos que contengan DDT (Dicloro Difenil Tricloroetano). Otro factor considerable dentro de la contaminación del recurso hídrico, es la construcción de obras en lugares con un alto impacto ecológico, como en la ciénagas de la costa Atlántica, donde se degrada lentamente los manglares y afecta los seres vivos que hay habitan.14 Cifras de la calidad del agua de la ciudad de Cartagena fueron tomadas por estaciones de muestreo distribuidas a través de la bahía a diferentes profundidades, en la década de 1.980. Los datos de los niveles de Coliformes totales registraron valores entre los 100 y 1.000 NMP/100 ml (Número Más Probable) generalmente, pero los niveles más altos los presentaron la desembocadura del Dique con 6.800 NMP/ 100 ml y el área de descargas de la ciudad con 1.262 NMP/ 100 ml. La contaminación por metales pesados como el mercurio, el hierro y el cobre, tomo valores promedio de 2.0 mg Hg/L, 0.5 mg Fe/L y 0.066 mg Cu/L. De manera general, la contaminación de la

14 PRIETO BOLIVAR, Carlos Jaime. El agua, sus formas, efectos, abastecimiento, usos, daños, control y conservación. Bogotá D.C.: 2 Ed, Ecoe Ediciones, 2004. p. 256, 258.

31

bahía de Cartagena provenía, 30% de derivados del petróleo, 20% de sólidos disueltos, 15% de aguas residuales, 10% metales pesados, 5% de pesticidas, 5% de agentes organoclorados, 4% de contaminación térmica, entre otros.15 Por otra parte, Bogotá cuenta con un amplio conjunto de cuerpos de aguas, como, el rio Bogotá, rio Fucha, rio Tunjuelo, rio San Francisco, quebrada Torca, quebrada La Floresta, quebrada Limas, entre muchas otras que comparten una situación similar; es decir, captan los vertimientos de la población e industrias. Pero el más sobresalientes de todos, es el rio Bogotá, que recibe el título del rio más contaminado de Colombia, por sus altos niveles de contaminación, ya que en el desembocan ríos con un alto componente contaminante, como el rio Tunjuelo, sumando la incorporación de las descargas de poblaciones vecinas. En 1.993, el oxígeno disuelto en el rio Bogotá, descendió un 54.70%, desde su nacimiento hasta el kilómetro 98, pasando de 5.74 mg/L a 2.6 mg/L; pero al llegar al kilómetro 200, el valor cayo hasta los 1.0 mg/L, por los constantes vertimientos de aguas negras en su trayecto. El DBO, aumento 176.63% hasta llegar al kilómetro 15 del recorrido, subiendo de 9.2 mg/L a 25.45 mg/L, por las descargas del municipio de Villapinzón y Chocontá; ya en el kilómetro 220, el DBO subió hasta 110.8 mg/L y finalmente al desembocar en el rio Magdalena, los niveles descienden hasta los 16 mg/L a causa de las diferentes condiciones topográficas.16 El DQO al igual que el DBO tuvo incrementos y descensos en diferentes trayectos del rio Bogotá; por ejemplo, en el kilómetro 15, el nivel del DQO alcanzo los 98.55 mg/L, producto de las actividades industriales de las curtiembres de Villapinzón; ya en el kilómetro 77, los niveles bajaron cerca de un 39.52%, llegando a los 59,6 mg/L. Posteriormente, el DQO volvió a subir por los vertimientos de la ciudad de Bogotá y municipios cercanos. Asimismo, para las coliformes, alcanzaron los 49.71 millones NMP/100 ml, duplicando las cifras en comparación de años anteriores.17 Una variable que influye directamente sobre la concentración de contaminantes en un rio, es su caudal, el cual determina la dilución de los elementos que contiene. Para el rio Bogotá, el caudal varia constantemente en su trayecto, pasando de 0.4 m3/s en Villapinzón hasta los 39.9 m3/s en la desembocadura con el rio Magdalena. El caudal no solo varia por las condiciones topográficas

15 SÁNCHEZ TRIANA, Ernesto y URIBE BOTERO, Eduardo. Contaminación industrial en Colombia. Colombia: Tercer mundo editores, 1.994. p. 44, 45, 46. 16 Ibíd., p. 29. 17 Ibíd., p. 30, 34.

32

del terreno o factores climatológicos, sino también por la intervención de empresas industriales y agrícolas que toman directamente el agua del rio.18 Cali durante el mismo periodo de 1.993, presento al igual que Bogotá, un aumento en la contaminación de sus fuentes de agua, como el rio Cauca; por ejemplo, el nivel oxígeno disuelto entre los kilómetros 200 y 260, tuvo un valor cercano a los 1.0 mg/L, por los vertimientos industriales generados en la ciudad de Cali y el municipio de Yumbo. El DQO aumento 1474.42% (de 4.3 mg/L a 67.7 mg/L) entre los primeros 30 kilómetros del trayecto del rio Cauca; los sólidos suspendidos en el trayecto comprendido entre el kilómetro 140 y 260, es de en promedio de 520 mg/L; y las coliformes totales aumentaron en relación al crecimiento poblacional, con un valor estimado de 24 millones de NMP/100 ml.19 Muchos de los residuos sólidos y aguas residuales generadas en ciudades, municipios y pueblos van a parar a ríos principales, Colombia no es la excepción, muchos de estos elementos van al rio Magdalena, la principal arteria fluvial del país. El rio Magdalena tiene una longitud de 1.550 kilómetros, nace en el Macizo Colombiano a 3.600 metros sobre el nivel del mar y atraviesa el país hasta desembocar en el mar caribe; en su recorrido recibe las aguas residuales y residuos sólidos de otros ríos que desembocan en él. En el año 2000, cerca de 6.376.077 toneladas de residuos fueron vertidos en el rio Magdalena, siendo el 87% del total de residuos producidos en Colombia; pero esta cifra podría crecer hasta 12.367.454 toneladas en el año 2050, teniendo en cuenta el crecimiento poblacional y actividades generales de ciudades como Bogotá, Medellín, Cali, Barranquilla, Pereira, Bucaramanga, Manizales, entre otras, que actualmente vierten compuestos contaminantes al rio Magdalena. Aunque en ciudades principales se ha venido implementando el tratamiento de aguas residuales por medio de plantas de tratamientos, alrededor del 90% de los municipios y pueblos del país no cuentan con este tipo de infraestructuras, lo cual conlleva a verter el agua con un alto grado de contaminantes.20 La calidad del agua del rio Magdalena se ha visto afectada por los lixiviados, la extracción y derrame de petróleo y sus derivados, la extracción minera, el uso de herbicidas, fungicidas y plaguicidas, la tala de bosques, entre otros factores. Por ejemplo, la minería ha sido una de las actividades que ha

18 Ibíd., p. 34. 19 Ibíd., p. 34, 36. 20 CASTAÑO URIBE, Carlos. Rio grande de la Magdalena: Colombia. Cali: Banco de Occidente, 2003.p. 37 y 169.

33

aportado una cantidad considerable de elementos como mercurio, plomo y cianuro en el rio; se estima que en 1.996 las actividades de extracción de oro del bajo Cauca, Córdoba y Bolívar, vertieron cerca de 108 toneladas de mercurio, 235.4 toneladas de cianuro y 48.3 toneladas de residuos sólidos; donde un porcentaje fue a ciénagas cercanas. Otro actividad contaminante del rio Magdalena es la agricultura, que usa una gran variedad de fertilizantes con una composición altamente tóxica; estadísticamente, Colombia consume la mayor cantidad de fertilizante por hectárea en América Latina, con un total de 94 kilogramos, siendo el promedio de la región de 59 kilogramos.21 Un efecto ambiental, económico y social en el rio Magdalena a causa de la contaminación del agua, la construcción de embalses, la actividad industrial y la captura excesiva de especie animales, es la reducción de la pesca. Para 1.978, la pesca del bocachico (Prochilodus magdalenae), un pez muy común en los ríos colombianos, alcanzó las 38.256 toneladas; en 1.999, esta cifra descendió 84.41%, con una cantidad de 5.963 toneladas; y para el año 2.003 la cantidad oscilo las 3.500 toneladas, significando una reducción del 41.30% de la pesca en tal solo cuatro años.22

2.2 MARCO TEÓRICO 2.2.1 Aguas residuales. Las aguas residuales son todos aquellos líquidos contaminados procedentes de las actividades humanas, y vertidos principalmente en cuerpos de agua continentales y marítimos.23 Las aguas residuales están compuestas en gran parte por agua, acompañada por un variado conjunto de elementos, como sólidos disueltos, sólidos suspendidos, grasas, aceites, metales pesados, microorganismos (bacterias), virus, etc., que pueden ser de origen mecánico y físico, inorgánico y mineral, orgánico, urbano y colectivo.24 2.2.2 Tipos de aguas residuales. El agua residual se puede clasificar en tres grupos, aguas residuales domésticas, aguas residuales industriales y aguas residuales urbanas.

21 Ibíd., p. 170. 22 Ibíd., p. 173. 23 SEOANEZ CALVO, Mariano. Aguas residuales urbanas, tratamientos naturales de bajo costo y aprovechamiento. Madrid: Coedición Ediciones Mundi – Prensa, 1995. p. 28. 24 Ibíd., p. 28.

34

2.2.2.1 Agua residual doméstica. Son aguas que tienen origen en áreas poblacionales (urbanas y rurales), zonas comerciales (centros comerciales), instituciones públicas y privadas (bancos, hospitales, colegios), áreas recreativas; donde se llevan a cabo actividades como, limpieza general (habitaciones, baños, cocinas), lavado de ropa, limpieza personal, uso de baños y cocinas, entre otros.25 Algunos elementos contaminantes del agua son, jabones corporales y shampoo, jabones de cocina, detergentes para la ropa, insecticidas, residuos animales y vegetales; Las aguas residuales domesticas pueden contener sólidos suspendidos, sólidos disueltos, proteínas, carbohidratos, microorganismos, virus, grasas, aceites, elementos químicos como Fósforo, Nitrógeno, Cloro, Azufre, metales pesados (plomo, mercurio, cromo, cobre, etc.).26 2.2.2.2 Agua residual industrial. Son aguas contaminadas por empresas de carácter industrial, encargadas de extraer materias primas o transformarlas para generar un producto. Las aguas residuales industriales al igual que las aguas residuales domesticas pueden tener sólidos suspendidos, sólidos disueltos, grasas, aceites, metales pesados, microorganismo, colorantes, pesticidas, entre otros; todo dependiendo del tipo de industria, los procesos de fabricación y las materias primas utilizadas; porque entre una industria y otra, puede variar los niveles de contaminación y asimismo los efectos sobre las diferentes formas de vida que entran en contacto con esta. 2.2.2.3 Agua residual urbana. Es la combinación de las aguas residuales domésticas, aguas residuales industriales, arrastres de lluvia e infiltraciones.27 Cuando se hace referencia a arrastre de lluvia, son todas aquellas partículas o elementos que se encuentran sobre la superficie de una ciudad (edificios, casas, calles, parques, automóviles, etc.) y son arrastrados por la fuerza del agua al llover. Entre los elementos que se puede arrastrar la lluvia, están la tierra, material vegetal y animal, partículas de hidrocarburos, esporas, hollín, etc.28

25 SANS FONFRÍA, Ramón y DE PABLO RIBAS, Joan. Ingeniería ambiental: contaminación y tratamientos. Bogotá D.C.: Alfaomega S.A., 1999. p. 67. 26 Ibíd., p. 67. 27 SEOANEZ CALVO. Op. cit., p. 28. 28 Ibíd., p. 30.

35

Por otra parte, la infiltración, es la filtración del agua que se encuentra en la superficie y llega hasta las aguas subterráneas o acuíferos, contaminándolos con determinados compuestos. La infiltración de agua ocurre en aquellos suelos que no presentan una capa de asfalto, lo cual permite con mayor facilidad la filtración; un sitio común para estos eventos son los parques . Otro caso en que se puede presentar esta situación, es por el mal estado de las redes de alcantarillado, las cuales dejarían pasar su contenido hasta llegar a los acuíferos.29 2.2.3 Composición de las aguas residuales. El agua residual se compone un amplio conjunto de elementos según la fuente de generación, lo cual le otorga ciertas propiedades físicas y químicas, algunas perceptibles como el olor, color y sabor, y otras que se requieren de instrumentos de medición, como es el caso de pH. Los principales componentes del agua residual son: • Sólidos orgánicos: son aquellos compuestos sólidos de origen animal y vegetal, de fácil eliminación y biodegradables.30

• Sólidos inorgánicos: son compuestos sólidos de origen principalmente mineral, como lodos, sales minerales, arcillas y grava.31

• Sólidos suspendidos: son las partículas orgánicas e inorgánicas que flotan en el agua y son perceptibles a simple vista debido a su tamaño.32

• Materia orgánica biodegradable: la consecuencia de las altas concentraciones de estos compuestos en el agua residual, es el agotamiento de los recursos, como el oxígeno disuelto, que contribuye a la degradación de la materia. Los indicadores más utilizados para la medición de estas variables son el DBO (Demanda Bioquímica de Oxigeno) y el DQO (Demanda Química de Oxigeno).33

• Gases: se encuentran en el agua residual en los procesos químicos y biológicos, como descomposición y fermentación de la materia. Algunos gases comunes son el oxígeno, que contribuye a la degradación de los compuestos

29 Ibíd., p. 30. 30 Ibíd., p. 30. 31 Ibíd., p. 31. 32 Ibíd., p. 31. 33 SANS FONFRÍA. Op. cit., p. 93.

36

orgánicos, el ácido sulfhídrico y el dióxido de carbono. Los gases en el agua residual pueden ser percibidos por los olores poco agradables.34

• Compuestos biológicos: son organismos vivos que participan en los procesos de descomposición y fermentación de los compuestos en las aguas residuales. Dichos organismos pueden ser animales, vegetales, hongos y bacterias.35

• Nutrientes: son sustancias que contribuyen al crecimiento de los organismos que se pueden encontrar en el agua, tanto vegetales como animales. Si no se realiza un tratamiento adecuado de las aguas residuales antes de ser vertidas en un cuerpo de agua, puede traer consigo efectos, como por ejemplo, el crecimiento de algas que pueden causar la eutrofización o eutroficación de las aguas. Entre los nutrientes más sobresalientes están, el nitrógeno, el fosforo y el carbono.36

• Metales pesados: son elementos que en cantidades elevadas pueden tener efectos negativos en los seres vivos, debido a su alta toxicidad; por ejemplo pueden afectar el sistema nervioso central y provocar la muerte. Las aguas residuales pueden contener niveles elevados a causa de los vertimientos industriales.37

• Compuestos tóxicos: son compuestos que al entrar en contacto con un organismo a través del agua, pueden producir efectos dañinos, interfiriendo ya sea con las funciones vitales del ser vivo, como interferir en la depuración biológica del agua.

• Patógenos: son agentes biológicos que pueden transmitir enfermedades contagiosas por medio de virus y bacterias. 2.2.4 Propiedades de las aguas residuales 2.2.4.1 Propiedades físicas. Son las propiedades proporcionadas por los elementos que conforman el agua residual, como sólidos suspendidos, disueltos, coloides, entre otros. El color, olor y temperatura son las propiedades más destacables.38

34 SEOANEZ CALVO. Op. cit., p. 31. 35 Ibíd., p. 34. 36 SANS FONFRÍA. Op. cit., p. 93. 37 Ibíd., p. 93. 38 SEOANEZ CALVO. Op. cit., p. 37.

37

El olor es el resultado de la descomposición de la materia orgánica a través de microorganismos aerobios y anaerobios que desprenden gases, siendo estos pocos agradables y además, son claro indicio de la acción de los organismos en el agua. Otro generador de olores, es la interacción de múltiples compuestos químicos que por su composición generan gases nauseabundos.39 Los principales generadores de gases que están en las aguas residuales son:40 • Ácido sulfhídrico. • Mercaptanos (compuestos orgánicos formados por un átomo de azufre y un átomo de hidrogeno). • Amoníaco y sus derivados. El color puede variar dependiendo de la acumulación de los elementos que hayan entrado en contacto con el agua. Algunas tonalidades pueden ir desde un poco traslucidas hasta el color negro. Una consideración importante del color, es que a mayor tonalidad, mayor será la absorción de luz por parte del agua, lo que provocaría la elevación de la temperatura.41 La temperatura depende del piso térmico en donde esté ubicada el agua residual, pero en general, la temperatura promedio en que se mueve el agua residual urbana es entre los 10° C y 20° C, lo cual permite la proliferación de microorganismos descomponedores.42 2.2.4.2 Propiedades químicas. Consisten en la capacidad de la materia, en este caso, la que se encuentra en el agua residual, de experimentar un cambio en su composición molecular con ayuda de ciertas condiciones que ofrece el medio; es decir, a partir de una sustancia inicial se obtiene otra. La oxidación y reducción son dos propiedades químicas comunes, las cuales afectan otra propiedad química como el pH; esta última fundamental en los tratamientos de aguas residuales.43 Las propiedades químicas son definidas por la materia orgánica, compuestos inorgánicos y gases que interactúan constantemente. Esta interacción en muchas ocasiones producen compuestos tóxicos o sustancia poco deseables 39 Ibíd., p. 36. 40 Ibíd., p. 247. 41 Ibíd., p. 36. 42 Ibíd., p. 37. 43 PETRUCCI, Ralph, et al. Química general, principios y aplicaciones modernas. Madrid: Pearson educación S.A., 2011. p. 4.

38

que afectan tanto a factores bióticos como abióticos, dependiendo del grado de exposición.44 2.2.4.3 Componente biológico. Son el conjunto de bacterias, hongos, animales y vegetales que están en las aguas residuales para realizar la transformación de los compuestos químicos, físicos y biológicos.45 Son los responsables de realizar la descomposición de la materia orgánica, la eliminación de compuestos tóxicos de origen orgánico e inorgánico, eliminación de microorganismos patógenos y participan en los ciclos naturales del Nitrógeno, Fósforo, Carbono y Azufre. También entrarían en este componente los virus, los cuales tienen procedencia en los excrementos humanos y animales; presentando un alto peligro sanitario para todo ser vivo que pueda ingerirlos.46 2.2.5 Tipos de tratamientos de aguas residuale s. Existen diferentes operaciones y procesos para el tratamiento de aguas residuales, con el fin de disminuir los niveles de contaminación antes de ser vertidos a una red de alcantarillado o cuerpos de agua. Ciertas operaciones y procesos pueden ser sencillos de realizar, teniendo en cuenta factores económicos y de infraestructura; mientras que otros son más complejo, por la maquinaria necesaria para el tratamiento y el espacio requerido para dicho fin. Muchas veces no se utiliza únicamente una sola operación y/o proceso en los tratamiento, por el contrario, se requiere un conjunto determinado de ellos, divididos en una serie de etapas, con el fin de ser más efectivos. Según lo anterior, existen tres tipos de métodos para el tratamiento de aguas residuales, los procesos físicos también llamados operaciones unitarias, los procesos químicos o procesos unitarios, y los procesos biológicos. 2.2.5.1 Procesos físicos. Son todos aquellos procesos que utilizan las fuerzas físicas para realizar el tratamiento de aguas residuales. Generalmente, no son utilizados en una sola etapa del proceso, sino distribuidos en toda la operación para alcanzar una mayor efectividad.47 Los procesos físicos más comunes son:48

44 SEOANEZ CALVO. Op. cit., p. 37. 45 Ibíd., p. 38. 46 Ibíd., p. 38. 47 SANS FONFRÍA. Op. cit., p. 94. 48 Ibíd., p. 95.

39

• Desbaste. • Dilaceración (trituración de sólidos suspendidos gruesos en tamaños más

pequeños). • Mezclado. • Sedimentación. • Flotación. • Filtración.

2.2.5.2 Procesos químicos. Son los procesos donde se adicionan a las aguas residuales reactivos químicos para su depuración. En muchas ocasiones se utilizan más de dos tipos de reactivos, cada uno enfocado en realizar una función determinada con los contaminantes. Los procesos químicos van acompaños normalmente de procesos físicos y biológicos.49 Los procesos químicos más comunes son:50 • Precipitación química (coagulación/floculación). • Transferencia de gases. • Adsorción. • Desinfección. • Decloración. • Intercambio iónico. 2.2.5.3 Procesos biológicos. Es un tratamiento secundario para la eliminación de las coloidales que no fueron precipitadas en la decantación primaria; esto se logra con el uso de microorganismos que transforman los nutrientes en tejido celular y gases. Dichos tejidos tienen un peso superior al del agua, lo cual los termina sedimentando en el fondo del contenedor.51 2.2.6 Coagulación de aguas residuales. Existe una amplia gama de coagulantes para la realización de un tratamiento de aguas residuales, cada uno con propiedades físico – químicas específicas que se ajustan a las características del medio al cual van a ser incorporados. La razón principal para el uso de este tipo de compuestos, es su capacidad de desestabilizar las partículas en suspensión que se encuentran en el agua y que no son fácilmente eliminadas a través de un proceso de decantación simple, debido a la poca masa que presentan; es decir, los coagulantes ayudan

49 Ibíd., p. 100. 50 Ibíd., p. 101. 51 Ibíd., p. 117.

40

a la formación de flóculos (unión entre coagulante y coloides) para facilitar la decantación o sedimentación de las partículas en intervalos de tiempo cortos. Teniendo en cuenta que de manera natural, el tiempo promedio de sedimentación a 1 metro de profundidad que tarda una partícula con un tamaño entre 1 µm y 0,1 µm es de 2 años, mientras que si su tamaño varía entre 0,1 µm y 0,01 µm tardaría cerca de 20 años52.

Tabla 1. Tiempo de sedimentación de coloides

Diámetro en micras Tipo de partícula Tiempo

< 10. Arcillas. 2 horas.

10 a 1. Bacterias. 8 días.

1 a 0,1 Coloides gruesos. 2 años.

0,1 a 0,001 Coloides finos. 20 años.

Fuente Fisicoquímica y microbiología de los medios acuáticos, tratamiento y control de calidad de aguas. Las coloides son asociadas directamente con el modelo de doble capa eléctrica o capa de Helmhotz. Este modelo explica, que toda partícula o coloide con una carga eléctrica definida, atrae a los iones de signo opuesto sobre toda su superficie hasta formar una capa fija o capa de Stern; la cual tiene un diámetro aproximadamente igual al de la coloide. Asimismo, más iones son atraídos por la carga de la coloide, pero al momento de acercase, son repelidos por los iones que forman la capa Stern, ya que poseen la misma carga eléctrica. También iones de carga similar a la coloide se encuentran pero en menor cantidad; a este conjunto de iones alrededor del coloide, se conoce como capa difusa.53 En este estado, la coloide posee un potencial eléctrico definido, donde tiene su máximo valor en la superficie de la coloide y disminuye mientras se va desplazando fuera de la capa difusa.54

52 MARÍN GALVÍN, Rafael. Fisicoquímica y microbiología de los medios acuáticos, tratamiento y control de calidad de aguas. Madrid: Ediciones Díaz de Santos, S.A.; 2003. P. 169. 53 Ibíd., p. 170. 54 Potencial Z: Un curso completo en 5 minutos, http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/PotencialZeta _1246.pdf [Consulta: sábado, 04 de junio de 2016].

41

Figura 2. Modelo de doble capa de una coloide

Fuente Potencial Z: Un curso completo en 5 minutos, http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/PotencialZeta_1246.pdf [Consulta: sábado, 04 de junio de 2016]. Los iones positivos y negativos que conforman la capa difusa no se encuentran distribuidos de manera uniforme debido al campo electrostático de la coloide, lo que provoca una caída de potencial en dos fases; la primera fase es la interacción entre la capa fija y la superficie del líquido y la segunda es la relacionada con la capa fija y la capa difusa. La caída gradual del potencial es conocida como potencial Z, y es esencial para el proceso de coagulación de las aguas residuales, ya que determina la atracción o repulsión de las partículas coloidales; es decir, entre mayor sea el potencial Z (positivo o negativo), habrá mayor repulsión entre los coloides; por el contrario, si disminuye el potencial Z, la atracción entre las partículas es mayor. Generalmente, los coloides son partículas consideradas electronegativas, con un valor de potencial Z comprendido entre -14 mV y -30 mV.55 La reducción del potencial Z se puede realizar a través de dos opciones; la primera trata de la incorporación de iones a la capa difusa con el fin de comprimir la capa fija, y así acercar la capa fija con la capa difusa para inestabilizarlas. La segunda opción, es realizar la adsorción de iones

55 MARÍN GALVÍN. Op. cit., p. 170.

42

poliatómicos y polinucleados, ya sean de tipo orgánico o metálico en la superficie de la coloide56. La siguiente tabla representa diferentes intervalos de potencial Z, en donde el potencial más se acerque a valores electropositivos mejor será la coagulación, pero si tiende a valores electronegativos, la coagulación será mala o en la peor de los casos nula.57

Tabla 2. Intervalos de potencial Z

Potencial Z (mV). Nivel de coagulación. +3 a 0 Máxima. -1 a -4 Excelente. -5 a -10 Regular. -11 a -20 Pobre. -21 a -30 Mala o nula.

Fuente Fisicoquímica y microbiología de los medios acuáticos, tratamiento y control de calidad de aguas. Con la coagulación, en promedio se elimina entre el 80% y 90% de la materia total en suspensión, entre un 40% y 70% de la DBO y entre un 30% y 60% de la DQO, como la eliminación del 80% y 90% de las bacterias.58 Algunas desventajas que presenta la coagulación de aguas residuales, es que al incorporar reactivos químicos determinados, pueden aumentar la concertación de sus componentes en dichas aguas. También, los lodos obtenidos del tratamiento tienden a ser mucho mayores en comparación si se llevara a cabo por medio de procesos biológicos.59 Algunos coagulantes utilizados en el tratamientos de aguas residuales son, el Sulfato de Aluminio (Al2(SO4)3), Sulfato Ferroso (FeSO4), Cloruro Férrico (FeCl3), Carbonato de Magnesio (MgCO3), Aluminato de Sodio (Na2Al2O4), Cloruro de Aluminio (AlCl3), Sulfato Férrico (Fe2(SO4)3), entre otros. En el caso del Sulfato Ferroso, Sulfato Férrico, Cloruro Férrico y Sulfato de Aluminio, son sales ácidas que disminuyen el pH del agua. Un factor importante a tener en cuenta, es que a más alta valencia del metal, favorece la coagulación del agua residual.60

56 Ibíd., p. 170. 57 ROMERO ROJA, Jairo Alberto. Calidad del agua. Bogotá D.C.: Editorial Escuela Colombiana De Ingeniería, 2002. p. 206. 58 SANS FONFRÍA. Op. cit., p. 101. 59 Ibíd., p. 101. 60 MARÍN GALVÍN. Op. cit., p. 173.

43

De igual manera, existe un conjunto de compuestos que ayudan a la coagulación y oxidación, con el fin de realizar el proceso de coagulación más efectivo; entre las ayudas coagulantes se encuentran, el sílice activado, los polielectrólitos (aniónico y catiónicos) y los polímeros no iónicos. Y algunos compuestos utilizados como ayudas oxidantes están, el Cloro, Dióxido de Cloro, Permanganato de Potasio, Hipoclorito de Calcio, Hipoclorito de Sodio, entre otros. 2.2.7 Coagulantes. Los coagulantes son compuestos químicos que tienen la función de sedimentar los sólidos suspendidos en el agua o coloides a través de la desestabilización y posterior adherencia. Muchos coagulantes por si solos no pueden llevar un adecuado proceso de coagulación, entonces se utilizan elementos denominados ayudas coagulantes para aumentar el éxito en la formación de flocs.61 Los coagulantes se pueden clasificar en dos grande grupos en coagulantes inorgánicos y coagulantes orgánicos. 2.2.7.1 Sulfato de aluminio. El Sulfato de Aluminio es un reactivo que reacciona en agua débilmente acida, neutra o débilmente alcalina, formando Hidróxido de Aluminio insoluble, realizando la sedimentación de las partículas en suspensión, ya que se forman flóculos gelatinosos. Una de las características principales del Hidróxido de Aluminio, es el adsorber algunos colorantes orgánicos.62 Al disolverse el Hidróxido de Aluminio en medio ácido, produce el catión Aluminio (Al3+); mientras que si se disuelve en un medio alcalino se produce el anión Aluminato (AlO2-). La solubilidad mínima del Hidróxido de aluminio se encuentra en un rango de pH de 6,5 y 7,5.63 Si el Aluminio llega a entrar en contacto y formar complejos estables con tartratos, citratos, oxalatos, glicerina, azucares, fluoruros y sustancias polihidroxiladas, puede provocar un bajo o nulo rendimiento en la coagulación.64 2.2.7.2 Sulfato ferroso. El Sulfato ferroso es otro coagulante utilizado con frecuencia; en agua con pH alcalino forma bicarbonato ferroso (Fe(HCO3)2, que es un compuesto bastante soluble. Teniendo en cuenta esto, para que el

61 ROMERO ROJA. Op. cit., p. 192. 62 SANS FONFRÍA. Op. cit., p. 101. 63

Ibíd., p. 102. 64

Ibíd., p. 103.

44

sulfato ferroso sea un coagulante efectivo, se requiere que la oxidación del ion ferroso en ion férrico, ya que este último es insoluble.65 “La oxidación del ion ferroso puede lograrse mediante cal y aireación u oxígeno disuelto del agua”. Generalmente el sulfato ferroso se combina con cal en los tratamientos, con el fin de elevar el pH y así precipitar los iones ferrosos en hidróxido de hierro.66 El ión ferroso es capaz de formar un complejo muy estable con el ion cianuro y complejos menos estables con tartratos, citratos, oxalatos y con compuestos polihidroxilados. De acuerdo a lo anterior, no se puede realizar una precipitación adecuada en presencia de estos iones.67 La reacción química del sulfato ferroso en un tratamiento de agua residual es el siguiente:

FeSO4 ∙ 7H2O + Ca�HCO3�2 → Fe�HCO3�2 + CaSO4 + 7H2O

2.2.7.3 Cloruro Férrico. Es un coagulante que se utiliza principalmente para el tratamiento de aguas residuales y que produce buenos resultados en aguas subterráneas con altos contenidos de hierro. Este compuesto reacción con un pH alcalino en el agua, y si esta condición no existe es necesario agregar cal para llevar alcanzar la alcalinidad, logrando la formación de flocs de hidróxido férrico. Las siguiente ecuaciones muestran las reacciones del cloruro férrico:68

• Comportamiento en alcalinidad natural.

2FeCl3 + 3Ca�HCO3�2 → 2Fe�OH�3↓ + 3CaCl2 + 6CO2

• Comportamiento al agregar cal.

2FeCl3 + 3Ca�OH�2 → 2Fe�OH�2↓ + 3CaCl2

2.2.7.4 Carbonato de magnesio. El carbonato de magnesio ayuda a la coagulación y ablandamiento de las aguas residuales. Al agrega cantidades

65 ROMERO ROJA. Op. cit., p. 195.

66 Ibíd., p. 195.

67 SANS FONFRÍA. Op. cit., p. 103.

68 ROMERO ROJA. Op. cit., p. 197.

45

similares de cal y carbonato de magnesio, genera la precipitación del calcio como carbonato y el magnesio como hidróxido:69

MgCO3 + Ca(OH)2 ←→

Mg(OH)2 + CaCO3

Para que la concentración de magnesio en el agua sea inferior a los 10 mg/L, es necesario que el pH no sea menor a valores de 10,8 a 11,6; por esta razón, es necesario agregar cal, con el fin de aumentar el pH.70 La precipitación del hidróxido de magnesio coagula efectivamente la turbiedad, el color y cualquier óxido de hierro o manganeso que se forman a altos intervalos de pH. El carbonato de magnesio por su parte, proporciona peso al floc y produce equilibrio con el carbonato de calcio.71 Una ventaja que presenta el uso del carbonato de magnesio, es que puede ser recuperado de manera selectiva reduciendo el pH de los lodos y utilizado otra vez en el proceso, todo gracias a la incorporación de burbujas de dióxido de carbono, lo que produce bicarbonato de magnesio:72

Mg(OH)2 + 2CO2 ←→ Mg�HCO3�2

Asimismo, se puede aprovechar nuevamente la cal, extrayéndola del bicarbonato de calcio que se encuentra en el lodo, de acuerdo a la siguiente ecuación:73

CaCO3 → CaO + CO2 El cambio de ciertas variables pueden alterar el comportamiento del carbonato de magnesio, por ejemplo, el pH ideal para obtener resultados adecuados en la coagulación y ablandamiento es 11,9 a una temperatura entre 8ºC y 11ºC; por el contrario, si la temperatura es más alta y hay menos agitación, puede existir una mejor sedimentación del floc. Además, si se agrega una cantidad

69 ORGANIZACIÓN PANAMERICANA DE LA SALUD. Nuevos métodos de tratamiento de agua memorias del simposio realizado en Asunción Paraguay. Organización Panamericana de la Salud: 1.973. p. 27. 70

Ibíd., p. 28. 71

Ibíd., p. 28. 72 Ibíd., p. 28. 73 Ibíd., p. 29.

46

de 0.25 mg/L de sulfato de aluminio puede incrementar la sedimentación, entre otros aspectos que pueden favorecer el comportamiento de este reactivo.74 2.2.7.5 Aluminato de sodio (NaAlO 2). Es un coagulante empleado en el ablandamiento de aguas duras, mejorando los resultados de dicho proceso cuando se combina con cal y soda ash. De igual forma, se emplea en el tratamiento de aguas con tonalidades blancas. Su reacción en agua es alcalina, formando flocs similares a los producidos por el alumbre. Las siguientes ecuaciones muestran el comportamiento del Aluminato de sodio:75

6NaAlO2 + Al2�SO4�3 ∙ 14H2O → 8Al�OH�3 ↓ + 3Na2SO4 + 2H2O

2NaAlO2 + CO2 + 3H2O → Na2CO3 + 2Al�OH�3 ↓

2.2.7.6 Policloruro de Aluminio. Es un compuesto conocido por su abreviación PACL o polyaluminum chloride. Es utilizado como coagulante en el tratamiento de aguas residuales, ya que ofrece una buena sedimentación de los flóculos, tiene un amplio rango de acción con respecto al pH y su susceptibilidad de cambio con relación a las variaciones de la temperatura es bajo.76 La alta densidad de carga del policloruro de aluminio ofrece una disminución de la dosis del coagulante agregado al agua residual, con lo cual se disminuye la generación de lodos asociados al tratamiento. De igual forma, existe una mayor eficiencia en la neutralización de cargas de las partículas. Cuando se compara el policloruro de aluminio con otro coagulante como el alumbre, el primero es más eficaz en rangos de temperatura más bajo, siendo este un criterio a tener en cuenta al momento de seleccionar un coagulante determinado para un agua residual que esté sujeta a estas condiciones.77

2.2.7.7 Sulfato Férrico. Es un coagulante que funciona en un amplio rango de pH; usado frecuentemente en el tratamiento de aguas residuales con altos contenidos de magnesio, removiendo este elemento en un pH mayor a 9. El sulfato férrico es un compuesto no tan corrosivo como el cloruro férrico,

74 Ibíd., p. 30. 75 ROMERO ROJA. Op. cit., p. 198. 76 AGUILAR, M. I., SÁEZ, J., LLORÉNS, M., SOLER, A. & ORTUÑO, J. F. Tratamiento físico – químico de aguas residuales. coagulación – floculación. España: Universidad de Murcia, 2.002. p. 114. 77 MCCURDY, Kevin, CARLSON, Kenneth & GREGORY, Dean. Floc morphology and cyclic shearing recovery: comparison of alum and polyaluminum chloride coagulants. En: Water Research 38, 486-494. 2.004. p. 486.

47

pero de igual forma requiere ser manipulado con equipo bastante resistente a la corrosión.78 Las siguientes ecuaciones muestran las reacciones del sulfato férrico:79

Fe2�SO4�3 + 3Ca�HCO3�2 → 2Fe�OH�3 ↓ + 3CaSO4 + 6CO2

Fe2�SO4�3 + 3Ca�OH�2 → 2Fe�OH�3 ↓ + 3CaSO4

2.2.8 Ayudas coagulantes. Son compuestos que ayudan a la optimización de la coagulación, contribuyendo a la formación de flocs más sedimentables, reduciendo la generación de lodos y a su vez la disminución en el uso de coagulantes 2.2.8.1 Sílice activada. Sirve como ayuda coagulante para optimizar y aumentar el proceso de coagulación en conjunto con el coagulante principal, fortalecimiento el floc para volverlo más denso, más grande y como resultado sedimentar rápidamente. Permite la reducción de la dosis del coagulante principal y amplia el rango de pH efectivo para la coagulación. Por lo general, se adiciona antes o después de agregar el coagulantes (en la mayoría de ocasiones es alumbre).80 2.2.8.2 Polielectrólitos. Son compuestos orgánicos sintéticos que contribuyen a la aglomeración del material suspendido en el agua para su sedimentación. Al igual que otros tipos de ayudas coagulantes, permiten reducir la cantidad de coagulante primario en el tratamiento, la producción de lodos en menor cantidad, entre otros beneficios. Los polielectrólitos se clasifican en tres tipos, en catiónicos, aniónicos y no iónicos.81 Los polielectrólitos aniónicos son polímeros que al disolverse producen iones de carga eléctrica negativa que permiten la remoción de sólidos con carga eléctrica positiva. Los polielectrólitos catiónicos son compuestos orgánicos sintéticos que al disolverse en un medio acuoso producen iones de carga eléctrica positiva para remover aquellos elementos que poseen carga eléctrica negativa; en ocasiones se utilizan como coagulantes primarios. Y los

78 ROMERO ROJA. Op. cit., p. 197. 79 Ibíd., p. 198. 80 Ibíd., p. 200. 81 Ibíd., p. 200.

48

polielectrólitos no iónicos al disolverse pueden producir iones positivos e iones negativos.82 En comparación de los otros dos tipos de polielectrólitos, los no iónicos tienen que utilizar dosis más grandes para ser efectivos en el tratamiento de aguas residuales. Teniendo en cuenta lo anterior, los polielectrólitos catiónicos y aniónicos en promedio utilizan dosis que van desde los 0,1 mg/L a 1 mg/L, mientras los polielectrólitos no iónicos utilizan un rango entre 1 mg/L y 10 mg/L.83 2.2.9 Agentes oxidantes. 2.2.9.1 Cloro. Es muy utilizado como desinfectante, porque es ideal para el control de microorganismos transmisores de enfermedades que se encuentran en el agua potable y el agua residual. Es un compuesto oxidante, ya que oxida elementos como el hierro, el manganeso, sulfuros y cianuros; es ideal para el control de olores y sabores; contribuye a la remoción del amoniaco en el agua; entre otros procesos. Económicamente el cloro es barato y está disponible en estado líquido y gaseoso; es ideal para proveer de protección sanitaria en los sistemas de distribución de agua en concentraciones insaboras e inocuas para el ser humano; etc. Hay que tener cuidado con la manipulación del cloro, porque puede generar envenenamiento a través de la inhalación en estado gaseoso y es altamente corrosivo y puede traer problemas en las zonas que tengan contacto con este (piel y ojos).84 El cloro puede oxidar el amoniaco y producir las monocloraminas, dicloraminas y tricloraminas, dependiendo de tres variables importantes, del pH, de la concentración de amoniaco presente en el medio y de la dosis de cloro que se utilice. Para la creación de las monocloraminas el pH debe ser de 4,5, para las dicloraminas el pH debe ser igual o mayor a 8,5 y las tricloraminas se producen cuando el pH es menor de 4,4. Las siguientes ecuaciones representan la oxidación del amoniaco por acción del cloro.85

NH3 + HOCl → NH2Cl + H2O Monocloramina

NH2Cl + HOCl → NHCl2 + H2O Dicloramina

82 Ibíd., p. 200. 83 Ibíd., p. 200. 84 Ibíd., p. 221. 85 Ibíd., p. 223.

49

NHCl2 + HOCl → NCl3 + H2O Tricloramina 2.2.9.2 Dióxido de Cloro. Es una sustancia bactericida que se caracteriza por tener una capacidad de desinfección igual o superior a la del cloro, ya que a través de estudios se ha demostrado que inhibe e inactiva los virus. Además, es un agente altamente oxidante, lo que contribuye a la destrucción de los procesos de síntesis de proteínas, convirtiéndose en un compuesto altamente germicida.86 El dióxido de cloro se puede producir in situ; utilizando clorito de sodio (NaClO2) con cloro para la generación de dióxido de cloro gaseoso. La siguiente ecuación muestra de reacción:87

2NaClO2 + Cl2 → 2ClO2 + 2NaCl El uso del dióxido de cloro, puede llevar a la generación de cloritos y cloratos, los cuales pueden traer consecuencias sobre la vida acuática. Por otra parte, una ventaja que ofrece el dióxido de cloro, es que no reacciona con el amoniaco, y por ende no produce cloraminas, que pueden ser compuestos tóxicos.88 2.2.9.3 Permanganato de Potasio. Es un compuesto utilizado para la eliminación de microorganismos presentes en grandes volúmenes de agua como pozos y tanques de almacenamientos. La principal desventaja del permanganato de potasio, es que requiere de un periodo prologado de contacto para la eliminación de los microorganismos, como por ejemplo el V. Cholerae, que en comparación de otras alternativas como el cloro, requieren de un menor tiempo para ejecutar la misma función.89 El permanganato de potasio cumple además la función de oxidante, siendo muy eficiente en la remoción de compuestos como fenoles y cianuros en un 99%.90

86 METCALF & EDDY, INC. Ingeniería de aguas residuales tratamiento. Vertido y reutilización Volumen I. 3 ed. Madrid: McGraw – Hill, 1.995. p. 393. 87 Ibíd., p. 393. 88 Ibíd., p. 394. 89 NOJI, Eric K. Impacto de los desastres en la salud pública. Bogotá D.C.: Panamericana Formas e Impresos S.A., 2.000. p. 69. 90 JIMÉNEZ CISNEROS, Blanca Elena. La contaminación ambiental en México causas, efectos y tecnología apropiada. México D.F.: Editorial LIMUSA S.A., 2.001. p. 249.

50

2.2.9.4 Hipoclorito de Calcio. Es un compuesto soluble en agua, potencialmente oxidante derivado del cloro, utilizado en la desinfección del agua por su efectividad en la eliminación de microorganismos. Asimismo, es tóxico y corrosivo; en elevadas concentraciones es perjudicial para cualquier forma de visa.91 El hipoclorito de calcio es de fácil acceso por sus moderados precios de comercialización en el mercado, se puede encontrar de forma líquida y granular. Por su alto grado de oxidación, se almacena en contenedores resistentes a la corrosión, en un lugar seco y fresco, y aislado de cualquier otro producto químico. Una desventaja del hipoclorito de calcio es que tiende a cristalizarse, con lo cual obstruye las bombas de dosificación, válvulas y conductos de las plantas de tratamiento de aguas. Además, es utilizado con mayor frecuencia en instalaciones pequeñas.92 2.2.9.5 Hipoclorito de Sodio. Es un producto utilizado en los tratamientos de desinfección de agua potable y agua residual, por su alto grado de eliminación de microorganismos. En concentraciones elevadas es tóxico para cualquier forma de vida, es altamente oxidante y corrosivo. Al igual que el hipoclorito de calcio, es de fácil acceso por sus precios moderados y diferentes presentaciones de comercialización.93 El hipoclorito de sodio se ve afectado por la luz solar y las altas temperaturas, incidiendo sobre su concentración y grado de efectividad al momento de usarlo; por esta razón se debe almacenar en un lugar seco y fresco, en recipientes resistentes a la corrosión y otros factores externos. Se puede producir a partir de agua de mar y de cloruro de sodio, todo dependiendo del sistema de producción empleado; pero por lo general se emplea una corriente eléctrica. Para el agua de mar, este método puede dar como resultado una solución con 0,8% de hipoclorito de sodio. Comercialmente el granel de hipoclorito de sodio puede estar en concentraciones de 12% al 15% de cloro disponible.94 2.2.10 pH adecuado para la coagulación. La efectividad de la coagulación y floculación de los sólidos suspendidos que se encuentran el agua residual pueden ser afectados por un amplio conjunto de variables, siendo la más

91 METCALF & EDDY, INC. Op. cit., p. 371. 92 METCALF & EDDY, INC. Ingeniería de aguas residuales tratamiento. Vertido y reutilización Volumen II. 3 ed. Madrid: McGraw – Hill, 1.995. p. 566. 93 METCALF & EDDY, INC. Op. cit., p. 370. 94 METCALF & EDDY, INC. Op. cit., p. 566.

51

destacada el pH (potencial de Hidrogeno). Muchos coagulantes, floculantes y ayudas coagulantes trabajan mejor bajo cierta escala de pH, ya este factor incide sobre la solubilidad del precipitado de los coagulantes y el tiempo de formación del floc. Teóricamente la escala ideal para llevar a cabo la coagulación esta entre 5 y 6.5, es decir, en un medio acido; pero las condiciones del agua residual junto con los productos químicos a utilizar pueden llevar a replantear esta escala. Algunos rangos óptimos de pH de los coagulantes más utilizados en el tratamiento de aguas residuales son:

Tabla 3. Rango óptimo de pH de coagulantes

Coagulante pH

Sulfato de aluminio (Al2(SO4)3) Entre 4 y 7

Sulfato ferroso (FeSO4) Mayor o igual a 8.5

Cloruro férrico (FeCl3) Entre 3.5 y 6.5 y mayor o igual a 8.5

Sulfato férrico (Fe(SO4)3) Entre 3.5 y 7 y mayor o igual a 9

Carbonato de magnesio (MgCO3) Mayor o igual a 10.8

Fuente ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. Calidad del agua. Colombia: Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería, 2.002. p. 202. 2.2.11 Intercambio iónico. Es un proceso unitario donde ocurre un intercambio de iones entre un medio (ya sea líquido o no) y un elemento denominado intercambiador iónico. Es decir, los iones que se encuentran sobre la superficie del intercambiador iónico a causa de la interacción de las fuerzas electrostáticas, intercambian sus iones por una especie diferente que se encuentran en la disolución.95 Un intercambiador iónico es una sustancia insoluble que se caracteriza por su estructura de red tridimensional, que permite el cambio de sus iones con 95 RAMALHO, Rubens S. Tratamiento de aguas residuales. España: Editorial Reverté S.A., 2003. p. 606.

52

aquellos iones del medio con cargas de igual signo.96Cuando el intercambiador iónico está cargado negativamente, intercambiara los iones positivos del medio; mientras, si el intercambiador está cargado positivamente, intercambiara los iones negativos. La efectividad en el intercambio iónico está condicionada por cuatro variables importantes, el pH del medio en el cual va actuar el intercambiador, la temperatura, la afinidad de la resina con los iones que se encuentran de la disolución y la concentración de la disolución.97 Los intercambiadores iónicos pueden clasificarse en naturales y sintéticos. En tratamientos químicos sencillos se puede usar intercambiadores iónicos orgánicos naturales; un ejemplo de este tipo de sustancias son aquellas preparadas a base de madera, fibras naturales, carbón, resinas extraídas a partir de pinos o cualquier otro tipo de árbol, entre otros. La desventaja que presenta el uso de estos intercambiadores, es la pigmentación de las soluciones tratadas y bajo control en el tratamiento.98 Otro tipo de intercambiadores iónicos naturales son las zeolitas, las vermiculitas y las montmorillonitas, que pertenecen al grupo de los silicatos estratificados.99 Las zeolitas son intercambiadores iónicos naturales, empleados en la eliminación de determinados iones en el agua residual, como los iones de amonio; su coste de implementación es bajo en relación a las resinas sintéticas. Por otra parte, los intercambiadores iones sintéticos son utilizados con más frecuencia, ya que ofrecen mayor durabilidad en el proceso, en comparación con los intercambiadores iónicos naturales.100 Algunos ejemplos de intercambiadores iónicos orgánicos sintéticos son el poliestireno, poliacrilamida, poliacrílicas, entre otras, que tienen el mismo objetivo de eliminar determinados iones que se encuentran en una solución.101 Los primeros estudios relacionados con el intercambio iónico aparecieron en 1.850 con las investigaciones paralelas de los científicos ingleses H. S. M.

96 COULSON, E.H y otros. Química intercambio iónico, estudio específico. España: Editorial Reverté, S.A., 1974. p. 1. 97 ELÍAS, Xavier. Reciclaje de residuos industriales. Residuos sólidos urbanos y fangos de depuradora. 2 Ed. Madrid: Ediciones Díaz de Santos, S.A., 2.009. p. 103. 98 COULSON. Op. cit., p. 3. 99

ELÍAS. Op. cit., p. 103. 100 METCALF & EDDY, INC. Op. cit., p. 838. 101 ELÍAS. Op. cit., p. 103.

53

Thompson y J. T. Way, correspondiente al fenómeno del intercambio iónico que se presenta en los suelos. Para 1.876, los trabajos de Lemberg contribuyeron a la deducción de la estequiometria y reversibilidad del intercambio iónico, teniendo en cuenta la transformación de la leucita en analcita. De igual forma, las investigaciones de Lemberg ayudaron a la implementación de las zeolitas en el ablandamiento de agua. Las resinas sintéticas aparecieron por primera vez en 1.935, gracias al trabajo de dos científicos ingleses, I. B. A. Adams y E. L. Holmes, quienes observaron que los discos fenólicos desmenuzados presentaban propiedades de intercambio iónico; a partir de este descubrimiento se han implementado nuevas investigaciones para el desarrollo de nuevas resinas con múltiples aplicaciones en diversos sectores industriales.102 2.2.11.1 Resinas de intercambio iónico. Las resinas sintéticas son los intercambiadores iónicos más utilizados; este tipo de resinas son redes tridimensionales de polímeros de aproximadamente 0.5 mm. Cumplen la función de adherir los iones de diversos grupos funcionales a su estructura, permitiendo de este modo llevar a cabo el intercambio iónico.103 La siguiente ecuación corresponde al comportamiento de una resina de intercambio catiónica ante aniones de cloruro:104

Resina catiónica - - - OH- + Cl- ↔ Resina catiónica - - - Cl- + OH-

Como se observa, la resina de intercambio catiónico, cambia sus aniones de hidroxilo por los aniones de cloruros que se encuentran en el agua. Las resinas tienen un gran variedad de propiedades, una de ellas es la selectividad en la eliminación de iones específicos. Teniendo en cuenta lo anterior, con una apropiada selección de la resina según el tipo de agua residual a tratar, se puede eliminar alrededor de un 90% y 99% de los iones.105 Cuando se trata de realizar la regeneración o reactivación de las resinas después de haber cumplido un ciclo normal de uso, se utiliza ácidos fuertes como Ácido clorhídrico o Ácido sulfúrico en resinas de intercambio catiónico;

102 WEBER, JR, Walter J. Control de calidad del agua, Procesos fisicoquímicos. España: Editorial

Reverté, S,A., 1.979. p. 275. 103 COULSON. Op. cit., p. 15. 104 MARÍN GALVÍN. Op. cit., p. 183. 105 SANS FONFRÍA. Op. cit., p. 114.

54

por el contrario, si son resinas de intercambio aniónico se utiliza generalmente Hidróxido de Sodio.106 Anteriormente, las zeolitas naturales eran resinas de intercambio iónico utilizadas con mucha frecuencia, pero presentaban una desventaja, la cual era su baja capacidad de intercambio iónico. Debido a esta situación, fueron reemplazadas con resinas sintéticas como el estireno y divinil – benceno (DVB), que proporcionaron una mayor capacidad de intercambio de iones y asimismo una mejora importante en los procesos de tratamiento de aguas residuales.107 Existen múltiples aplicaciones para el proceso de intercambio iónico, como el tratamiento de aguas residuales, la desmineralización de soluciones de azúcar, la purificación de productos en la industria farmacéutica y bioquímica, en la separación y extracción de metales, entre muchos otros.108 Las resinas de intercambio iónico se pueden clasificar en resinas catiónicas fuertes (CF), resinas catiónicas débiles (CB), resinas aniónicas fuertes (AF) y resinas aniónicas débiles (AD). Una característica fundamental de la resinas fuertes, es que pueden operar en cualquier escala de pH, pero su capacidad de trabajo en el medio es más limitada si se compara con la resinas de carácter débiles, con lo cual deben regenerarse de manera más frecuente antes de volver a trabajar. Por otro lado, la resinas débiles tienen una mayor capacidad de trabajo y requieren para su regeneración menor cantidad de regenerante, pero están limitadas por el pH y no toman todos los iones.109 Teniendo en cuenta lo anterior, los tipos de resinas de intercambio iónico se caracterizan específicamente por: • Resinas catiónicas fuertes: son resinas ideales para eliminar todos los cationes del agua; se caracterizan por su velocidad de intercambio rápida, su capacidad de durar 20 años o más debido a su estabilidad y de soportar temperaturas de más de 100 ºC. Después de ser utilizadas en procesos de ablandamiento, es común usar como regenerador cloruro de sodio al 10%, con una cantidad entre los 100 gramos y 300 gramos por litro. Tienen una selectividad alta en cationes trivalentes, una selectividad intermedia en los divalentes y en menor proporción en los monovalentes.110 106 Ibíd., p. 114. 107 RAMALHO. Op. cit., p. 607. 108 COULSON. Op. cit., p. 9. 109 RIGOLA LAPEÑA, Miguel. Tratamiento de aguas industriales – aguas de proceso y residuales. México D.F.: Alfaomega – Marcombo S.A., 1.990. p. 75. 110 Ibíd., p. 75.

55

• Resinas catiónicas débiles: son resinas que no funcionan en un pH inferior a 7; su capacidad de operación en el medio es aproximadamente el doble en comparación de las resinas catiónicas fuertes; son ideales para retener calcio y magnesio de la alcalinidad bicarbonatada, produciendo en la reacción ácido carbónico (H2CO3). Pueden hincharse hasta un 90% al pasar de Na+ a H+ y son resistentes ante oxidantes como el cloro.111 • Resinas aniónicas fuertes: son resinas que se caracterizan por eliminar todos los aniones de ácidos débiles y fuertes en cualquier escala de pH, su capacidad de acción en el medio es inferior a las resinas catiónicas fuertes, resisten una temperatura que oscila entre los 35 ºC y 60 ºC, y pueden hincharse en una proporción menor o igual al 12% al formar OH-. Estas resinas tienen mayor selectividad para los aniones divalentes, y en segundo lugar los monovalentes.112 • Resinas aniónicas débiles: este tipo de resinas no funcionan en un pH superior a 6; tienen la función de eliminar los aniones de los ácidos fuertes como Cl=, SO4-, NO3-, pero para los ácidos débiles no puede cumplir este cometido (CO3=, CO3H-, SiO3H-). Pueden ayudar a la eliminación del color, proteger las resinas aniónicas fuertes de la materia orgánica en el proceso de tratamiento de aguas e incrementar su tamaño en un 20% al formar OH-. No son resinas que contribuyan a la eliminación del ácido carbónico y la sílice, sin embargo, al colocarse después de una resina catiónica fuerte pueden disminuir el costo de regenerantes.113 2.2.12 Ion Cloruro. El grupo 17 de la tabla periódica de los elementos químicos está conformado por el Flúor (F), Cloro (Cl), Bromo (Br), Yodo (I) y el Ástato (At), también denominados halógenos. Los halógenos siempre forman iones electronegativos (aniones), como los fluoruros (F-), cloruros (Cl-), bromuros (Br-) y yoduros (I-), los cuales al interactuar con un elemento metálico forman sales. Dichos aniones se pueden encontrar en cualquier tipo agua y su concentración puede variar dependiendo de ciertos factores. Para el caso de los cloruros, son iones abundantes en los océanos por la disolución de las grandes cantidades de sal (NaCl) en el agua, en promedio 19.000 mg/L.114 En los ríos

111 Ibíd., p. 75 – 76. 112 Ibíd., p. 76. 113 Ibíd., p. 76. 114 ROMERO ROJA. Op. cit., p. 116.

56

la cantidad de cloruros pueden ir en aumento desde su nacimiento hasta su desembocadura en el océano; pero en general, las aguas superficiales no contaminadas, pueden contener entre 20 mg/L y 40 mg/L de cloruros o en menor cantidad.115 Por otra parte, las aguas subterráneas presentan elevadas concentraciones de cloruros en comparación de las aguas superficiales, a causa del contacto con el subsuelo, sus componentes y el tiempo de permanencia bajo tierra.116 Los seres vivos interactúan constantemente con los cloruros, ya que ingieren alimentos que tienen una concentración variable de este ion, y más adelante son excretados a través de los fluidos corporales, como la orina y el sudor. Por ejemplo, si un hombre consume alrededor de 2.5 gramos del ion cloruro y bebe 5 litros de agua en un día, la concentración de cloruros en la orina o en el sudor seria cerca de 500 mg/L.117 Los cloruros son aniones corrosivos que pueden degradar las tuberías de los sistemas de distribución de aguas, dañar maquinaria industrial que está en constante contacto con estos iones y bajo ciertas condiciones de pH del agua y unido con otros iones provocan la degradación el hormigón.118 Concentraciones de cloruros superiores a 250 mg/L en aguas destinadas para consumo humano, producen un sabor salado. Asimismo, concentraciones moderadas del ion no representan peligro para la salud del consumidor, porque son parte esencial de plantas y animales.119 Además, los cloruros junto con otros parámetros de medición sirve como indicador de calidad del agua, porque se puede encontrar en altas concentraciones por la acción de un contaminante determinado, es una sustancia insoluble, inerte y de fácil medición.120 La siguiente tabla contiene las principales formas del Cloro que se pueden encontrar en el agua, teniendo en cuenta su número de oxidación:121

115 MARÍN GALVÍN. Op. cit., p. 28. 116 CERDENAS LEÓN, Jorge Alonso. Calidad de aguas para estudiantes de ciencias ambientales. Colombia: Fondo de publicaciones Universidad Distrital Francisco José de Caldas, 2005. p. 111. 117 Ibíd., p. 113. 118 MARÍN GALVÍN. Op. cit., p. 29. 119 ROMERO ROJA. Op. cit., p. 118. 120 CERDENAS LEÓN. Op. cit., p. 113. 121 ROMERO ROJA. Op. cit., p. 117.

57

Tabla 4. Formas del Cloro en el agua

Compuesto Nombre Número de oxidación

HCl Ácido clorhídrico. -1

Cl- Ion cloruro. -1

Cl2 Cloro molecular. 0

HOCl Ácido hipocloroso. 1

OCl- Ion hipoclorito. 1

HClO2 Ácido cloroso. 3

ClO2 Ion clorito. 3

ClO2 Dióxido de cloro. 4

HClO3 Ácido clórico. 5

ClO3 Ion clorato. 5

Fuente ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. Calidad del agua. Colombia: Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería, 2.002. p. 117.

2.3 MARCO CONCEPTUAL Los siguientes conceptos están relacionados con el agua y el agua residual, con el fin de explicar y entender el comportamiento de la interacción de la materia y de procesos industriales; muchos de ellos son mencionados en libros, normas y métodos de análisis. • Acidez: “capacidad cuantitativa de medios acuosos para reaccionar con iones hidroxilo”.122 • Agua residual: “agua que contiene material disuelto y en suspensión, luego de ser usada por una comunidad o industria”.123 • Argentometría: método de análisis “correspondiente al uso de soluciones patrón de Nitrato de Plata para determinar haluros, cianuros, y otros aniones que formen con el ion Ag+ sales poco solubles”.124

122 ASTM INTERNATIONAL. Designation D 1129 – 04 Standard Terminology Relating to Water1, 2. United States. 1 p. 123 MINISTERIO DE DESARROLLO ECONÓMICO. Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico RAS – 2000, tratamiento de aguas residuales. Bogotá D.C., 2000. p. 6. 124 CLAVIJO DÍAZ, Alfonso. Fundamentos de química analítica, equilibrio iónico y análisis químico. Bogotá D.C.: Universidad Nacional de Colombia, 2002. p. 460.

58

• Alcalinidad: “capacidad cuantitativa de medios acuosos para reaccionar con los iones de hidrógeno”.125 • Cloruro: “es uno de los principales aniones inorgánicos en el agua y de aguas residuales. el sabor salado producido por concentraciones de cloruro es variable y depende de la composición química del agua”.126 • Coagulación: proceso donde se adicionan productos orgánicos e inorgánicos en las aguas residuales para que los componentes de una suspensión o disolución sean desestabilizados por superación de las fuerzas que mantienen su estabilidad.127 • Criterio de Calidad: “conjunto de parámetros con sus respectivos valores límites máximos permisibles que se establecen para un uso definido”.128 • Desecho industrial: desechos generados de la producción de un producto.129 • Floculación: proceso donde las partículas desestabilizadas se unen para formar partículas de tamaños más grandes y precipitarse.130 • Indicador: “es una sustancia que cambia de color en el punto de equivalencia de una valoración.”.131 • Lodo: “Suspensión de un sólido en un líquido proveniente de tratamiento de aguas, residuos líquidos u otros similares”.132

125 ASTM INTERNATIONAL. Op. cit., p. 1. 126 AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, THE AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION y THE WATER ENVIRONMENT FEDERATION. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. Washington, 1992. 127 AGUILAR. Op. cit., p. 35. 128 COLOMBIA. MISTERIO DE AMBIENTE Y DESARROLLO SOSTENIBLE. Resolución 1207 (13, Agosto, 2014). Por la cual se adoptan disposiciones relacionadas con el uso de aguas residuales tratadas. Bogotá D.C., 2014. p. 2. 129 MINISTERIOS DE DESARROLLO ECONÓMICO. Op. cit., p. 7. 130 AGUILAR. Op. cit., p. 35. 131 PETRUCCI. Op. cit., E10. 132 DECRETO 3930 DE 2010, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=40620 [Consulta: lunes, 20 de marzo de 2017]

59

• Muestra puntual de agua: “Es la toma en punto o lugar en un momento determinado”.133 • pH: “es una designación abreviada para indicar el valor de [H3O+] en una disolución. Se define como pH = -log [H3O+]”.134 • Reactivo: “son las sustancias que intervienen en una reacción química. Este término se utiliza para todas las sustancias implicadas en una reacción reversible, pero también puede utilizarse solo para las sustancias que aparecen en el lado izquierdo de una ecuación química, las sustancias de partida”.135 • Titulación: “es una técnica usual de laboratorios para determinar la concentración de un soluto”.136

• Tratamiento: “conjunto de operaciones y procesos que se realizan sobre el agua, con el fin de modificar sus características organolépticas, físicas, químicas y microbiológicas”.137 • Vertimiento: “Descarga final a un cuerpo de agua, a un alcantarillado o al suelo, de elementos, sustancias o compuestos contenidos en un medio líquido”.138 2.4 MARCO LEGAL Colombia tiene un marco normativo ambiental bastante extenso que busca la preservación, restauración y uso adecuado de los diferentes recursos naturales renovables y no renovables, ya que son necesarios para la realización de diversas actividades en ámbitos económicos, industriales, sociales, culturales y políticos. Además, son parte fundamental en el equilibrio natural de los diferentes ecosistemas y de cada uno de los componentes que lo conforman.

133 DECRETO 475 DE 1998, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=1327 [Consulta: domingo, 28 de febrero de 2016] 134 PETRUCCI. Op. cit., p. A50. 135 Ibíd., p. A52. 136 JONES, Atkins. Principios de química, los caminos del descubrimiento. Madrid: Editorial Medica Panamericana, 2006. p. F83. 137 DECRETO 475 DE 1998, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=1327 [Consulta: domingo, 28 de febrero de 2016] 138 DECRETO 3930 DE 2010, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=40620 [Consulta: lunes, 20 de marzo de 2017]

60

El agua es el recurso natural más utilizados por el ser humano, tiene gran importancia por ser esencial no solo en el desarrollo de actividades de producción, riego de sembradíos, construcción, alimentación, limpieza, etc, sino que es fundamental para la subsistencia de los seres vivos e indispensable en sus funciones vitales. Debido a estas razones, el marco normativo nacional establece un conjunto de reglamentos que buscan preservar, proteger, aprovechar de manera sostenible, reparar los daños sobre el recurso hídrico, proponer parámetros de disposición de vertimientos de aguas residuales, instituir los procedimientos para permisos de extracción y uso del agua, entre muchos temas indispensables que abarca el agua que se encuentra disponible en Colombia. El gobierno nacional ha asignado la tarea de control de disponibilidad y calidad del agua al Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, con ayuda de las Corporaciones Autónomas Regionales (CAR), teniendo en cuenta que el agua es un recurso de dominio público, donde se agrupan los ríos, lagos, lagunas, aguas lluvias, ciénagas pantanos, aguas subterráneas, agua atmosférica, agua en nevados y glaciares. Dentro del país las únicas aguas de carácter privado, son aquellas que nacen en un predio y desaparecen por infiltración y evaporación dentro del mismo.139 La siguiente tabla muestra algunas normas que abarcan temas relacionados con la preservación, clasificación de las fuentes hídricas, extracción según el tipo de fuente, concesión de permisos, definición de términos generales del agua, aprovechamientos de los recursos hidrobiológicos, parámetros de vertimientos, entre otros.

139 LATORRE ESTRADA. Op. cit., p. 86.

61

Tabla 5. Normatividad ambiental de Colombia

Norma Entidad que emite concepto legal Aplicación

Constitución Política de Colombia de 1991

Asamblea Nacional Constituyente

En el Artículo 79, dice que todas las personas del territorio colombiano tienen derecho a un ambiente sano; y el Estado tiene la obligación de proteger la diversidad e integridad del medio ambiente, conservar las áreas de importancia ecológica y fomentar la educación para alcanzar los objetivos enfocados a estas temáticas.140 El Artículo 80, menciona que el Estado planificara el manejo y aprovechamiento de los recursos naturales, donde garantizará su desarrollo sostenible, conservación, restauración o sustitución. También, deberá prevenir y controlar los factores de deterioro ambiental, e impondrá sanciones legales y exigirá la reparación de cualquier daño causado.141

Ley 09 de 1979 Congreso de Colombia

La ley establece el conjunto de medidas sanitarias y actividades para la protección del medio ambiente, suministro de agua, salud ocupacional, entre otros. En el Artículo 8, las descargas de residuos en las aguas, deben ajustarse según la reglamentación del Ministerio de Salud para fuentes receptoras.142 Del Artículo 10 al 21, se refieren a las medidas referente a las prohibiciones, requerimientos, delegación de funciones a entidades del estado, construcción de sistemas de tratamientos relacionados a los residuos líquidos.

140 CONSTITUCIÓN POLÍTICA DE COLOMBIA 1.991, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=4125 [Consulta: Sábado, 17 de septiembre de 2016] 141 Ibíd., 142 LEY 9 DE 1.979, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=1177 [Consulta: Sábado, 17 de septiembre de 2016]

62

Tabla 5. (Continuación)



Por ejemplo, el Artículo 10, dice que todo vertimiento de residuos líquidos debe cumplir con los requisitos que establece el Ministerio de Salud, teniendo en cuenta las características del sistema de alcantarillado y la fuente receptora. El Artículo 14, prohíbe la descargas de residuos líquidos en calles, calzadas, canales o sistemas de alcantarillado de aguas lluvias.143

Entre los Artículos 51 y 79, se habla sobre las condiciones necesarias para el suministro del agua, potabilización, aprovechamiento, medidas de prevención de la contaminación según el tipo de fuente, entre otros temas relacionados.144


Se establece la creación del Ministerio del Medio Ambiente, se reorganiza el Sector Público encargado de la gestión y preservación del medio ambiente y el Sistema Nacional Ambiental (SINA).145 El Artículo 4, establece como objetos de protección especial a los páramos, subpáramos, los nacimientos de aguas y zonas de recargas de acuíferos.146

143 Ibíd., 144 Ibíd., 145 LEY 99 DE 1.993, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=297 [Consulta: Sábado, 17 de septiembre de 2016] 146 Ibíd.,

63




El Artículo 31, menciona las diferentes funciones de las Corporaciones Autónomas Regionales (CAR). Entre las cuales ejerce la evaluación, control y seguimiento ambiental de los usos del agua, el suelo, el aire y los demás recursos naturales renovables.147 Artículo 43; por el uso del agua por personas naturales o jurídicas, públicas o privadas, tendrá un cobro de tasas fijadas por el Gobierno Nacional, que serán destinados para el pago de gastos de protección y renovación de los recursos hídricos.

Decreto – Ley 2811 de 1974

Presidente de la Republica de Colombia

Esta norma es el Código Nacional de Recursos Naturales Renovables y de Protección al Medio Ambiente. El Artículo 1 establece que el ambiente es patrimonio común, donde el Estado y los particulares deben participar para su preservación y manejo.148 Artículo 86; toda persona tiene derecho a utilizar el agua de dominio público para satisfacer sus necesidades elementales, siempre y cuando no tenga perjuicios en terceros.149 El Artículo 138 precisa la fijación de zonas donde queda prohibido descargar sin tratamiento previo, la aguas negras o residuales de fuentes industriales, domésticas, urbanas y rurales, en fuentes de agua superficiales, subterráneas, interiores y marinas.150

147 Ibíd., 148 DECRETO 2811 DE 1.974, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=1551 [Consulta: Sábado, 17 de septiembre de 2016] 149 Ibíd., 150 Ibíd.,

64



Decreto 1449 de 1977 Presidente de la

Republica de Colombia

Artículo 2. Para la conservación, protección y aprovechamiento del agua, los propietarios de predios están obligados a no incorporar sustancias contaminantes de carácter líquido, sólido y gaseoso (basuras, desechos, desperdicios, etc.) en las fuentes de agua; no alterar el flujo o recorrido normal de las aguas; no utilizar una mayor cantidad de agua que la otorgada en las concesiones; construir pozos sépticos para las aguas negra y/o residuales; entre otras obligaciones.151



La norma menciona diferentes temáticas con respecto al uso del agua pública o privada, la manera de adquirir el derecho del uso del agua, los requisitos necesarios para acceder al permiso de concesión de aguas, las características, condiciones y procedimientos de las concesiones, entre otros temas. Por ejemplo: Artículo 2. “La preservación y manejo de las agua son de utilidad pública e interés social”152 Artículo 5. Menciona las diferentes fuentes de agua destinadas para el uso público, como ríos, lagos, lagunas, ciénagas, pantanos, aguas subterráneas, agua en la atmosfera, etc. Artículo 18. Son consideradas aguas privadas aquellas que nacen de manera natural y mueren en una heredad.153

151 DECRETO 1449 DE 1.977, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=1503 [Consulta: Sábado, 17 de septiembre de 2016] 152

Ibíd., 153

Ibíd.,

65





Artículo 32. Toda persona puede tener acceso a las aguas de uso público para beber, bañarse, lavar, abrevar animales, siempre y cuando estos se encuentren en cauces naturales.154

Decreto 1681 de 1978 Presidente de la Republica de Colombia

Como lo establece el Artículo 1, esta norma busca asegurar la conservación, el fomento, el aprovechamiento, la disponibilidad permanente y el manejo racional de los recursos hidrobiológicos y del medio acuático.155 El Artículo 3 menciona que la administración y manejo de los recursos hidrobiológicos continentales y marinos está bajo la responsabilidad del Instituto Nacional de los Recursos Naturales Renovables y del Ambiente (INDERENA), el cual tuvo su funcionamiento entre 1.968 y 1.994 (base para la creación de Ministerio del Medio Ambiente); dichas funciones han pasado a formar parte de corporaciones regionales y del actual Ministerio de Medio Ambiente y Desarrollo Sostenible.156



Copilado en el Decreto 1076 de 2015. El decreto contiene definiciones relacionadas con calidad de agua, la identificación de sustancias de interés sanitario, criterios de calidad de agua para consumo humano y agrícola, parámetros de vertimientos a cuerpos de agua, entre otros temas.157

154 Ibíd., 155 DECRETO 1681 DE 1.978, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=8228 [Consulta: Sábado, 17 de septiembre de 2016] 156 Ibíd., 157 DECRETO 1594 DE 1.984, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=18617 [Consulta: Sábado, 17 de septiembre de 2016]

66





Este decreto fue derogado por el Decreto 3930 de 2010 a excepción de los artículos 20 y 21. Entre los Artículos 5 y 19 se definen términos relacionados a calidad de agua. En el Artículo 20 se mencionan las sustancias de interés sanitario.158 El Artículo 38 muestra los criterios de calidad de agua admisibles para el consumo humano, indicando que para su potabilización se requiere únicamente tratamientos convencionales.159 El Artículo 72 establece los parámetros que deben cumplir los vertimientos (pH, temperatura, material flotante, grasas y aceites, etc.). 160 El Articulo 74 muestra la concentración para el control de la carga de la sustancias de interés sanitario, como Arsénico, Bario, Cadmio, Cromo, Mercurio, etc.161

Decreto 1575 DE 2007 Presidente de la


Copilado en el Decreto 1077 de 2015. Este decreto establece el sistema para la protección y control de la calidad del agua, con el fin de monitorear, prevenir y controlar los riesgos para la salud humana debido al consumo. Este decreto derogo al decreto 475 de 1998.162

158 Ibíd., 159 Ibíd., 160 Ibíd., 161 Ibíd., 162 DECRETO 1575 DE 2007, http://icbf.gov.co/cargues/avance/docs/decreto_1575_2007.htm [Consulta: lunes, 20 de marzo de 2017]

67



Decreto 1575 DE 2007 Presidente de la


Por ejemplo: El Articulo 3 menciona que las características físicas, químicas y microbiológicas del agua que pueden tener una implicación en la salud del consumidor serán establecidas por el Ministerios de la Protección Social y de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial. Definiendo los elementos, compuestos químicos y mezclas que puedan tener un efecto adverso.163 El Artículo 8 menciona que las autoridades encargadas de vigilar, practicar visitas de inspección y velar por la seguridad de la calidad del agua potable son las autoridades sanitarias de los departamentos, distritos y municipios.164 El articulo 47 hace referencia a los procesos de control de calidad de agua, donde se menciona la realización de la recolección de muestras, análisis, interpretación de datos y difusión de la información.165



Reglamenta las disposiciones para el uso del recurso hídrico, el ordenamiento del recurso hídrico, los vertimientos al recurso hídrico a suelo y los alcantarillados.166 En el artículo 9 especifica los usos del recurso hídrico en el país como, consumo humano y doméstico, preservación de la flora y fauna, agrícola, pecuario, recreativo, industrial, estético, pesca, navegación, etc.167

163 Ibíd., 164 Ibíd., 165

Ibíd., 166

DECRETO 3930 DE 2010, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=40620 [Consulta: lunes, 20 de marzo de 2017] 167

Ibíd.,

68




El articulo 24 menciona que no se admiten vertimientos en las cabeceras de fuentes de agua, en acuíferos, en cuerpos de agua destinados para recreación, en cuerpos de agua declarados total o parcialmente protegidos, etc. El articulo 42 menciona los requisitos necesarios para obtener un permiso de vertimientos ante la autoridad ambiental; entre los cuales están, el nombre, dirección e identificación del solicitante y razón social; costo del proyecto, obra o actividad; fuente de abastecimiento del agua; características de las actividades que generan los vertimientos, entre otros.168 El Decreto 3930 de 2010 está incluido dentro del Decreto 1076 de 2015.



Es el decreto único reglamentario del sector ambiental y de desarrollo sostenible. Establece al Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible como el ente encargado de gestionar todos los temas referentes al medio ambiente y los recursos naturales renovables que en él se encuentran, por medio de políticas ambientales nacionales que garanticen el derecho de gozar un medio ambiente sano y de proteger el patrimonio nacional.169 Explica la función de las corporaciones autónomas regionales y de desarrollo sostenible. Establece los requisitos y procedimientos para el aprovechamiento de los diferentes recursos naturales renovables.

168 Ibíd.,

169 DECRETO 1076 DE 2.015, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=62511 [Consulta: domingo, 26 de febrero de

2017]

69




En el artículo 2.2.1.1.18.1., habla de la protección y aprovechamiento de las aguas; donde en estas no se deben incorporar cuerpos o sustancias sólidas, liquidas o gaseosas, como basuras, desechos, desperdicios o cualquier sustancias toxica; no utilizar una cantidad de agua superior que la establecida en cualquier concesión; mantener en un buen estado de limpieza los cauces y depósitos de agua; utilizar el agua con eficiencia; no causar la alteración del flujo de agua o el cambio de su lecho; entre otras reglamentaciones. 170

Resolución 3956 de 2009

Secretario Distrital de Ambiente

Es la norma que reglamenta el control y manejo de vertimientos realizados al recurso hídrico en la ciudad de Bogotá D.C. Artículo 4. Se definen conceptos como aguas residuales domésticas y no domésticas, carga contaminante diaria, corrientes principales, vertimiento, entre otros.171 Artículo 10. Menciona las condiciones o características de los vertimientos permitidos en las corrientes principales de la ciudad, ya sean aguas residuales domesticas o aguas residuales no domésticas.172 Artículo 11. Se permite el vertimiento de aguas residuales domesticas a corrientes de aguas diferentes a las principales, siempre y cuando se cuente con un permiso de vertimientos vigente.173 Las otras reglamentaciones de la resolución incluyen muestreo y análisis de muestras, seguimientos a los vertimientos, sanciones ante el incumplimiento de la ley, etc.

170 Ibíd., 171 RESOLUCIÓN 3956 DE 2009, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=37048 [Consulta: Sábado, 17 de septiembre de 2016] 172 Ibíd., 173 Ibíd.,

70




Secretario Distrital de Ambiente

Es la norma que reglamenta el control y manejo de vertimientos realizados a la red de alcantarillado público de la ciudad de Bogotá D.C. Artículo 14. Se permite el vertimiento en la red de alcantarillado de la ciudad, las aguas residuales domésticas, aguas residuales no domesticas que no necesiten permiso de vertimientos según la Secretaria Distrital de Ambiente (SDA), y aguas residuales no domesticas con permiso de vertimiento o en trámite.174 La normatividad estipula los tipos de vertimientos no permitidos en la ciudad, el límite máximo del caudal de vertido, tratamiento previo de los vertimientos, seguimiento de los vertimientos, sanciones ante el incumplimiento de la ley, entre otros aspectos considerados.175


Ministerio de Ambiente y Desarrollo sostenible

“Se establecen los parámetros y valores límites máximos permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de agua superficiales y a los sistemas de alcantarillado público”176, de acuerdo a la clasificación de la actividad productiva de las empresas.

Fuente Autor del proyecto

174 RESOLUCIÓN 3957 DE 2009, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=37051 [Consulta: Sábado, 17 de septiembre de 2016] 175 Ibíd., 176 RESOLUCIÓN 631 DE 2015, http://www.icbf.gov.co/cargues/avance/docs/resolucion_minambienteds_0631_2015.htm [Consulta: Sábado, 17 de septiembre de 2016]

71

Además, existen otro tipo de normas que establecen criterios técnicos, procedimientos normalizados y requisitos con que debe contar el usuario (estructurales, materiales, etc.) en la ejecución de actividades relacionadas con el análisis de calidad de aguas con el fin de alcanzar resultados óptimos; este tipo de normas son conocidas como NTC o Norma Técnica Colombiana.

La siguiente tabla muestra algunas ejemplos de NTC, con métodos utilizados en la investigación de análisis de calidad de aguas, ya que sirven de referencia para realizar procedimientos de laboratorios bajo estándares certificados y encaminados a obtener resultados confiables, que posteriormente ayudan a la generación de conclusiones y toma de decisiones acertadas.

Tabla 6. Normas Técnicas Colombianas

Norma Aplicación

NTC 3903 Procedimientos para realizar el método de jarras en la coagulación – floculación del agua.177

NTC – ISO 5667 - 1 Establece las directrices para el diseño de programas de muestreo.178

NTC – ISO 5667 – 2 Establece las técnicas generales de muestreo.179

NTC – ISO 5667 – 3 Establece las directrices para la preservación y manejo de muestras.180

NTC – ISO 5667 - 10 Menciona los parámetros para el muestreo de aguas residuales181.


177 INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMALIZACIÓN Y CERTIFICACIÓN. Procedimiento para el método de jarras en la coagulación-floculación del agua. NTC 3903. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1.996. 178 INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMALIZACIÓN Y CERTIFICACIÓN. Directrices para el diseño de programas de muestreo. NTC – ISO 5667 – 1. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1.995. 179 INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMALIZACIÓN Y CERTIFICACIÓN. Técnicas generales de muestreo. NTC – ISO 5667 – 2. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1.995. 180 INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMALIZACIÓN Y CERTIFICACIÓN. Directrices para la preservación y manejo de las muestras. NTC – ISO 5667 – 3. Bogotá D.C.: ICONTEC, 2.004. 181

INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMALIZACIÓN Y CERTIFICACIÓN. Muestreo de aguas residuales. NTC – ISO 5667 – 10. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1.995.

72

3. METODOLOGÍA

Para proponer un coagulante alternativo al Cloruro Férrico en el proceso de tratamiento de aguas residuales de Henkel Colombiana S.A.S. y bajar los niveles de cloruros que no se encuentran bajo los parámetros establecidos en la Resolución 0631 de 2015, se llevara a cabo las siguientes fases: Fase 1. Análisis del informe de aguas residuales de Henkel Colombiana S.A.S. • Se analiza el informe presentado por el Laboratorio Conocer Ltda. a Henkel Colombiana S.A.S. en el año 2015; este informe contiene la caracterización de las aguas residuales de la empresa y evalúa los resultados con respecto a cada uno de los parámetros que establece la Resolución 0631 de 2015. El parámetro central para el desarrollo del proyecto son los cloruros, lo cuales se desean disminuir con el fin de cumplir la normatividad ambiental. Fase 2. Diagnóstico del tratamiento de aguas residuales. • Se estudia el tratamiento de aguas residuales que lleva actualmente la empresa; describiendo la secuencia de pasos dentro de la PTAR y los reactivos que se utilizan. • Se observa y describe el aspecto físico (color) con que el agua residual entra en la PTAR y el aspecto final tras el tratamiento. • Se analiza el comportamiento del pH, temperatura, sólidos suspendidos y sólidos disueltos del agua residual en un intervalo de tiempo de un mes, con el fin de conocer la variación de estos parámetros y así buscar un coagulante ideal bajo dichas condiciones. • Se esquematiza en un mapa conceptual la secuencia de pasos del tratamiento de aguas residuales, con el fin de entender el tratamiento de manera más precisa. • Se investiga sobre la composición general de las aguas residuales de la empresa para conocer cuáles son las causas del alto nivel de cloruros, tanto al comenzar el tratamiento hasta que termina. Fase 3. Investigación de coagulantes alternativos.

73

• Se investigan sobre los diferentes coagulantes y ayudas coagulantes de aguas residuales que existen en el mercado para reemplazar el cloruro férrico. • Se establecen las ventajas y desventajas que ofrecen los coagulantes investigados, teniendo en cuenta sus propiedades. De acuerdo al análisis, se escogen aquellos que proporcionen las mejores características de coagulación con respecto a los parámetros generales que posee el agua residual de la empresa (pH, temperatura, coloración, sólidos suspendidos, etc.). • Se escoge un conjunto de reactivos para la coagulación del agua residual y con ellos se realiza las pruebas. Fase 4. Realización de pruebas. • Se realiza el muestreo del agua residual en puntos claves de la PTAR durante un periodo de tiempo determinado. • Se llevan las muestras al laboratorio y allí se realizan pruebas de jarras, ya que este método permite hacer variaciones de las dosis de las diferentes sustancias químicas que se adicionan en las muestras, variar las velocidades de mezclado y reproducir a pequeña escala el comportamiento a nivel industrial.

• A través del método argentométrico planteado en el Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, se calcula la cantidad de cloruros que se han generado en las muestras de aguas residuales después de haber utilizado los coagulantes alternativos. • Si se obtienen resultados óptimos con los coagulantes escogidos, se corroboran nuevamente por medio de pruebas. Si en caso de no darse un resultado favorable, se hace una variación de los coagulantes y ayudas coagulantes escogidos. Fase 5. Recolección de la información. • Se reúne la información obtenida para tener un conjunto de criterios concretos para la determinación de la dosis ideal de reactivos necesarios para poder llevar a cabo un tratamiento ideal en la empresa.

74

• Se esquematiza los resultados con gráficas de fácil interpretación y además se analizan los resultados. Fase 6. Determinación de dosis. • Se determina la dosis necesaria de coagulante de acuerdo a los experimentos realizados, el intervalo de tiempo en que actúa el coagulante, el costo mensual de los reactivos según la necesidad de la PTAR y los beneficios esperados. • Se compara el costos del tratamiento actual con el seleccionado por medio de las pruebas. Fase 7. Socialización. • Para la socialización de los resultados, se cuenta con la compañía del tutor del proyecto y personal del área de calidad de Henkel Colombiana S.A.S. que son los encargados de velar por el correcto funcionamiento de la PTAR y del tratamiento de agua residual. En este se informará sobre los coagulantes necesarios para disminuir los cloruros en el agua residual, el costos que representaría para la empresa y los beneficios.

75

4. PRESENTACIÓN DE LA EMPRESA 4.1 HISTORIA182 En 1.876, en la ciudad de Aquisgrán (Aachen), Alemania, Fritz Henkel junto con dos socios, fundaron la compañía Henkel & Cie, dedicada inicialmente a la fabricación de detergentes a base de silicato. En 1.878, Henkel comenzó la fabricación y comercialización de la soda blanqueadora hecha a base de silicato de sodio y carbonato de sodio. Para el mismo año, Fritz Henkel traslado la compañía a Düsseldorf, rentado una bodega para dicho fin, pero después construyo su propia fábrica con áreas destinadas a la fabricación de soda blanqueadora, silicato de sodio, entre otros. En la actualidad la compañía sigue teniendo su sede principal en Düsseldorf.

Figura 3. Primera planta de Henkel en Düsseldorf

Fuente Página web de Henkel Colombiana S.A.S. Por otro lado, en 1.898, en la ciudad de Berlín, el químico Hans Schwarzkopf y fundador de la marca Schwarzkopf, se encargaba de un negocio dedicado a la comercialización de fármacos, perfumes y colorantes para el cabello, alcanzando un gran reconocimiento y consolidación en el mercado por la calidad del portafolio de productos que ofrecía por aquella época. En 1.903, Schwarzkopf lanza en Alemania el primer polvo para la limpieza del cabello con su característico logotipo de comercialización que actualmente se mantiene. Aunque este negocio tuvo su origen de manera independiente al de Henkel, más adelante se convertiría en parte esencial en el desarrollo de la empresa. 182 LA HISTORIA DE HENKEL, http://www.henkel.com.co/compania/historia [Consulta: domingo, 31 de julio de 2016].

76

Henkel seguía en el desarrollo de productos para la limpieza del hogar, y en 1.907 comercializa el primer detergente de acción automática llamado Persil, encargado de limpiar y blanquear la ropa sin necesidad de usar otros productos como el cloro.

Figura 4. Detergente Persil

Fuente Página web de Henkel Colombiana S.A.S. Con la popularización y consolidación de sus productos en el mercado alemán, Henkel empieza su expansión fuera de Alemania, y en 1.913 establece en Suiza su primera sucursal. Este evento fue un punto de partida para comenzar un crecimiento constante, llegando a tener cerca de 50.000 empleados y una cobertura actual de más 120 países en el mundo, entre ellos Colombia. En 1.923, Henkel incursiono en el mercado de los adhesivos, debido a la amenaza que presentaron en la interrupción del suministro de estos materiales utilizados en el etiquetado de su productos. Llegaron en el año de 1.956 a Colombia a través de los Laboratorios Artibel, inaugurando la primera planta de producción en Bogotá D.C.; pero solo hasta 1.998 oficialmente cambia su nombre a Henkel, tras la adquisición total de estos laboratorios. El crecimiento de Henkel ha traído consigo la consolidación de la empresa en tres áreas, detergentes y cuidado del hogar (laundry and home care), cosmética (beauty care) y tecnologías adhesivas (adhesive technologies) y la ampliación del portafolio de marcas (Balance, Schwarzkopf, Loctite, Igora, Konzil, Dial, Pritt, Bonacure, Pattex, Palette, Persil, etc.). Teniendo en cuenta otro factor determinante, como lo es la adquisición de otras empresas para el

77

fortalecimiento organizacional, como por ejemplo, la adquisición de Schwarzkopf en 1.995, de Loctite en 1.997, de Dial Corporation en el 2.004, entre otras. Los diferentes mercados en lo que tiene participación Henkel, junto con las oportunidades de negocio a nivel mundial, tanto en mercados emergentes como en países con mercados desarrollados, le permitieron obtener ingreso en el año 2.015 por 8.992 millones de euros en la venta de adhesivos, lo cual corresponde al 50% de los ingresos totales; 3.833 millones de euros en la venta de productos de beauty care (21% de los ingresos totales), y 5.137 millones de euros por la venta de productos de laundry & home care (28% de los ingresos totales). 4.2 INFORMACIÓN GENERAL DE LA EMPRESA 183 Henkel Colombiana S.A.S., es una de las plantas de Henkel a nivel mundial, ubicada en la Calle 17 # 68 B - 97, zona industrial de Montevideo de la ciudad de Bogotá D.C.; encargada de la fabricación de productos cosméticos (beauty care) como shampoos, acondicionadores, desodorantes, colorantes para el cabello, geles, entre otros. En Colombia, la empresa está bajo el modelo de sociedad por acciones simplificada (S.A.S.).

Figura 5. Ubicación geográfica de Henkel Colombiana S.A.S.

Fuente Google Maps

183 COMPAÑÍA, http://www.henkel.com.co/compania [Consulta: domingo, 31 de julio de 2016]

78

Internamente está constituida por diferentes áreas que cumplen funciones determinadas, como el área de logística, calidad, producción, mantenimiento, mercadeo, finanzas, servicio al cliente, etc., con lo cual cuenta con más de 400 empleados distribuidos por todas las áreas. La empresa posee una amplia infraestructura de trabajo, divida en bodegas, planta de producción, laboratorios, oficinas, recepción, centro de acopio, planta de tratamiento de aguas, parqueadero, entre otras. Por parte de la planta de producción, bodegas y el laboratorio de análisis físico – químico del área de calidad, mantienen sus operaciones durante las 24 horas del día, los siete días de la semana; dividendo el trabajo de los empleados en tres turnos rotativos (cada uno de 8 horas) para cubrir la demanda del mercado nacional e internacional. Cada proceso, desde la recepción de las materias primas hasta el despacho de los productos terminados al operador logístico, cuenta con instrumentos y maquinaria que aseguran el adecuado almacenamiento, pesaje, fabricación, envase y controles de calidad. Por ejemplo, algunas máquinas utilizadas dentro del proceso de fabricación y envase son las marmitas y envasadoras, y por el lado de los instrumentos de medición se encuentran los viscosímetros, pH metros, balanzas, entre otros. El ritmo de trabajo que mantiene Henkel, causa que el volumen de residuos sólidos y aguas residuales sea alto, debido a los procesos de fabricación, limpieza de instalaciones, funcionamiento de baños y comedor empresarial, entre otros. Otra área que tiene participación en Colombia, es Adhesive Technologies, con la importación de adhesivos industriales, de construcción y de consumo general. 4.3 MARCAS DE PRODUCTOS 184 Henkel está dividida en tres grupos de negocio, Laundry & Home Care, Beauty Care y Adhesive Technologies. Cada grupo reúne un conjunto de marcas que tienen como objetivo satisfacer las necesidades del cliente, abrir oportunidades de negocios en mercados emergentes y consolidarse en aquellos mercados donde existe una participación.

184 MARCAS Y NEGOCIOS, http://www.henkel.com.co/marcas-y-negocios [Consulta: domingo, 31 de julio de 2016]

79

Las marcas de producto según la división de negocio de Henkel a nivel mundial son: Laundry & Home Care

• Persil. • Pril. • Purex. • Bref Power. • Biff. • Der General. • Dylon. • Perwoll. • Sidol.

• Sidolin. • Sil. • Sofix. • Somat. • Spee. • Vernel. • WC Frisch. • Weiber Riese.

Beauty Care

• Dial. • Schwarzkopf. • Syoss. • Aok. • Bonacure. • Bac. • Schwarzkopf blonde. • Blondme. • Schwarzkopf brillance. • Clynol. • Schwarzkopf Diadem. • Diadermine. • Schwarzkopf essence ultime. • Fa. • Schwarzkopf Gliss Kur. • Schwarzkopf got2b. • Igora Royal. • Indola. • Schwarzkopf Live Color XXL.

• Schwarzkopf Men Perfect. • Schwarzkopf million color. • Schwarzkopf Nectra Color. • OSIS+. • Schwarzkopf perfect mousse. • Schwarzkopf Poly Color. • Poly Palette. • Schwarzkopf Re – Nature. • Right Guard. • Schwarzkopf schauma. • SEAH. • Schwarzkopf Seborin. • Silhouette. • Supreme Keratin. • Schwarzkopf taft. • Theramed. • [3D] MEN. • Natural Styling. • Balance.

Adhesive Technologies

• Loctite. • Technomelt. • Tereson.

• Aquence. • Bonderite. • Ceresit.

80

• Metylan. • Pattex. • Ponal. • Pritt.

• Sista. • Tangit. • Thomsit.

Figura 6. Marcas de productos de Henkel

Fuente Página web de Henkel Colombiana S.A.S. Las siguientes marcas son fabricadas en la planta de Beauty Care en Colombia, ya sea para ser comercializadas dentro del país o en el exterior:

• Balance. • Fa. • Schwarzkopf Igora Brillance. • Igora Royal. • Schwarzkopf Igora Vital. • Schwarzkopf Konzil. • Schwarzkopf Palette. • Syoss.

Figura 7. Logotipos de marcas de Henkel

Fuente Página Web Henkel Colombiana

81

5. DIAGNÓSTICO DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES 5.1 CARACTERIZACIÓN DE AGUAS RESIDUALES En Septiembre del año 2015, el laboratorio Conocer Ltda., realizó un análisis a las aguas residuales de Henkel, con el fin de conocer el grado de cumplimiento de la empresa en relación a la resolución 0631 de 2015 que establece una serie de parámetros que deben poseer las aguas residuales dependiendo del tipo de sector industrial en que se desempeñen. El informe especifica si cumple o no cumple la empresa de acuerdo a cada parámetro. La tabla 6 muestra los resultados que obtuvo el laboratorio en dos puntos, a la entrada de la PTAR y en la caja de desagüe externa de la empresa; donde en el primer punto, el agua no presenta ningún tipo de tratamiento, y la segunda corresponde al resultado final tras pasar por todas las etapas del tratamiento.

Tabla 7. Caracterización de aguas residuales

Parámetro Unidades Entrada a PTAR Caja de inspecc ión externa

Acidez (mg/L CaCO3) < 3 12

Alcalinidad (mg/L CaCO3) 636 42

Aluminio (Al) (mg/L) 0,33 < 0,05

Arsénico (As) (mg/L) < 0,01 < 0,01

Bario (Ba) (mg/L) < 0,5 < 0,5

Cadmio (Cd) (mg/L) < 0,003 0,006

Cianuros (CN-) (mg/L) < 0,02 < 0,02

Cloruros (Cl-) (mg/L) 579 1.170

Cobalto (Co) (mg/L) < 0,05 < 0,05

Fuente Henkel Colombiana S.A.S.

82



Cobre (Cu) (mg/L) 0,08 < 0,05

Conductividad (µmhos/cm) 1.670 3.840

Cromo Hexavalente (mg/L) < 0,04 < 0,04

Cromo (Cr) (mg/L) < 0,02 < 0,02

DBO5 (mg/L) 1.730 218

DQO (mg/L) 4.770 646

Dureza total (mg/L CaCO3) 442 1.330

Dureza cálcica (mg/L CaCO3) 422 1.280

Fluoruros (F-) (mg/L) 0,18 0,11

Ortofosfatos (PO43-) (mg/L) 0,19 0,03

Fosforo (P) (mg/L) 2,18 0,74

Grasas y aceites (mg/L) 342 < 5

Hidrocarburos totales (HTP) (mg/L) 11 < 5

Hierro (Fe) (mg/L) 5,86 < 0,3

Manganeso (Mn) (mg/L) 0,24 0,03

Mercurio (Hg) (mg/L) 0,0120 < 0,002

Molibdeno (Mo) (mg/L) 0,006 0,006

Níquel (Ni) (mg/L) 0,08 0,14

Nitritos (N – NO2) (mg/L) 0,11 < 0,007

Nitratos (N – NO3) (mg/L) 6,91 < 0,10


83



Nitrógeno amoniacal (N – NH3) (mg/L) 305,20 0,30

Nitrógeno total (mg/L) 397,60 < 0,54

Plata (Ag) (mg/L) 0,16 < 0,05

Plomo (Pb) (mg/L) < 0,02 0,07

SAAM (mg/L) < 0,4 1,10

Selenio (Se) (mg/L) < 0,005 < 0,005

Sodio (Na) (mg/L) 116 259

SSED (mg/L) 4,0 – 40,0 < 0,5

SST (mg/L) 1290 37

Sulfatos (SO42-) (mg/L) 104 20

Sulfuros(S2-) (mg/L) 3,20 < 1,5

Vanadio (V) (mg/L) < 0,02 < 0,02

Zinc (Zn) (mg/L) 2,25 0,40

Fuente Henkel Colombiana S.A.S. De acuerdo a lo anterior, el agua contiene disueltas una gran variedad de elementos, como Aluminio, Cobre, Fosforo, Sodio, Selenio, Plomo, Plata, Vanadio, entre otros; se clasifica como aguas muy duras, por tener un valor superior a > 300 mg/L CaCO3, tanto a la entrada de la PTAR como en el punto de descarga al alcantarillado; la DBO5 es de en promedio 1.750 mg/L y la DQO de 4.770 mg/L. Las altas concentraciones de Nitrógeno amoniacal del agua residual antes de entrar en la PTAR, se debe a la utilización diaria de amoniaco en los procesos de fabricación. Igualmente, las grasas y aceites poseen niveles altos, por la utilización de estos elementos en la producción de shampoo.

84

Los niveles de conductividad del agua residual al momento de entrar en la PTAR es de 1.670 µmhos/cm y al salir del tratamiento son de 3.840 µmhos/cm, una de la razones del aumento, es por el incremento de los cloruros (Cl-) y otros iones. Los cloruros, es el único parámetro que no cumple la empresa en relación a la Resolución 0631 de 2015, esto se debe por la altas concentraciones que aportan las aguas residuales de los shampoos y desodorantes, sumado con el uso del Cloruro Férrico como coagulante. La Resolución 0631 especifica que las concentraciones de cloruros deben ser igual a 250.00 mg/L o menor. La tabla 7 especifica los parámetros que cumple y no cumple Henkel con base a la Resolución 0631, teniendo en cuenta que solo se toman las aguas residuales que han pasado por el tratamiento en la PTAR.

Tabla 8. Parámetros de vertimientos - Resolución 0631 de 2015

Parámetro Unidades Caja de inspección externa

Resolución 0631 de 2015 Cumplimiento

Acidez (mg/L CaCO3) 12 Análisis y reporte. -

Alcalinidad (mg/L CaCO3) 42 Análisis y reporte. -

Aluminio (Al) (mg/L) < 0,05 - -

Arsénico (As) (mg/L) < 0,01 0,10 Cumple.

Bario (Ba) (mg/L) < 0,5 - -

Cadmio (Cd) (mg/L) 0,006 0,05 Cumple.

Cianuros (CN-) (mg/L) < 0,02 - -

Cloruros (Cl-) (mg/L) 1.170 250,00 No cumple.

Cobalto (Co) (mg/L) < 0,05 - -

Cobre (Cu) (mg/L) < 0,05 1,00 Cumple.

Conductividad (µmhos/cm) 3.840 - -

Fuente Resolución 0631 de 2015

85




Cromo Hexavalente (mg/L) < 0,04 - -

Cromo (Cr) (mg/L) < 0,02 0,50 Cumple.

DBO5 (mg/L) 218 250,00 Cumple.

DQO (mg/L) 646 500,00 Cumple.

Dureza total (mg/L CaCO3) 1.330 Análisis y reporte. -

Dureza cálcica (mg/L CaCO3) 1.280 Análisis y reporte. -

Fluoruros (F-) (mg/L) 0,11 - -

Ortofosfatos (PO4

3-) (mg/L) 0,03 Análisis y reporte. -

Fosforo (P) (mg/L) 0,74 Análisis y reporte. -

Grasas y aceites (mg/L) < 5 15,00 Cumple.

Hidrocarburos totales (HTP) (mg/L) < 5 10,00 Cumple.

Hierro (Fe) (mg/L) < 0,3 - -

Manganeso (Mn) (mg/L) 0,03 - -

Mercurio (Hg) (mg/L) < 0,002 0,01 Cumple.

Molibdeno (Mo) (mg/L) 0,006 - -

Níquel (Ni) (mg/L) 0,14 0,50 Cumple.

Nitritos (N – NO2)

(mg/L) < 0,007 Análisis y reporte. -

Nitratos (N – NO3)

(mg/L) < 0,10 Análisis y reporte. -

Nitrógeno amoniacal (N – NH3)

(mg/L) 0,30 Análisis y reporte. -

Nitrógeno total (mg/L) < 0,54 Análisis y reporte. -

Fuente Resolución 0631 de 2015

86




Plata (Ag) (mg/L) < 0,05 - -

Plomo (Pb) (mg/L) 0,07 0,20 Cumple.

SAAM (mg/L) 1,10 10,00 Cumple.

Selenio (Se) (mg/L) < 0,005 - -

Sodio (Na) (mg/L) 259 - -

SSED (mg/L) < 0,5 1,00 Cumple.

SST (mg/L) 37 80,00 Cumple.

Sulfatos (SO42-) (mg/L) 20 400,00 Cumple.

Sulfuros(S2-) (mg/L) < 1,5 1,0 Cumple.

Vanadio (V) (mg/L) < 0,02 - -

Zinc (Zn) (mg/L) 0,40 3,00 Cumple.

Fuente Resolución 0631 de 2015 5.2 PRODUCTOS QUE APORTAN CLORUROS AL AGUA RE SIDUAL Para la fabricación de desodorantes, shampoos y colorantes se utiliza una amplia gama de materias primas que proporcionan a los productos terminados características específicas a nivel físico y químico. Una porción de los componentes de estos productos van a parar a las aguas residuales de Henkel y afectan los parámetros de calidad de agua, principalmente por el lavado de la maquinaria dentro de la planta de producción. Los productos que en mayor proporción aportan cloruros son los antitranspirantes y shampoos, ya que dentro de sus materias primas conformados por cloruros. Entre los compuestos principales según el tipo de producto, se encuentran:

87

Tabla 9. Compuestos con cloruros en el desodorante y shampoo

Desodorante y Antitranspirante Shampoo Aluminum chlorohydrate

Cloruro de sodio. Aluminum zirconium octaclorohydrex gly Calcium chloride o Cloruro de calcio

Fuente Henkel Colombiana S.A.S. Los desodorantes y antitranspirantes aportan una carga importante de cloruros al agua residual, ya que hay diferentes marcas fabricadas y cada una cuenta con una concentración determinada de cloruros de acuerdo al tipo de componentes, tanto para disminuir el olor y la transpiración. En general, los antitranspirantes o antiperspirantes tienen la función de limitar la secreción de la glándulas sudoríparas sobre la piel; para esto cuentan con la ayuda de sales de metal, como el Aluminio y el Circonio, que provocan la obstrucción de los conductos sudoríparos.

En el caso de los shampoos, el Cloruro de Sodio en un ingrediente que ofrece el aumento de la viscosidad, permitiendo alcanzar la consistencia deseada en el producto final.

5.3 DESCRIPCIÓN DEL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDU ALES El agua residual generada por Henkel Colombiana S.A.S. se clasifica en dos tipos, en agua residual industrial, que es producto de la de fabricación de shampoo, oxigenta, desodorante, gel, colorantes para el cabello y el casino; y agua residual doméstica que es producida por los baños. El proceso comienza enviando las aguas residuales a dos trampas de grasas diferentes, cada una contiene una clasificación específica; es decir, la trampa de grasas número uno contiene el agua residual generada por la fabricación de shampoo, desodorante y gel, y la trampa de grasa número dos, las aguas residuales producto de la fabricación de colorantes para el cabello y oxigentas. En el caso del agua residual doméstica (baños), es vertida en el alcantarillado sin ningún tipo de tratamiento y la del casino es llevada directamente a la PTAR a un tanque de 20 m3. Las trampas de grasas poseen un tabique deflector y una rejilla; la función del tabique es retener las grasas y adherirlas sobre sus paredes a través del choque constante del agua y asimismo permitir que circule por la parte inferior de la caja hasta una rejilla que retiene los sólidos suspendidos gruesos.

88

El agua residual industrial una vez pasa por las trampas de grasas, es llevada por medio de tuberías hasta la PTAR y se deposita en un tanque de 20 m3 junto al agua residual del casino; este tanque cumple la función de mezclar toda el agua residual de la empresa. Después, el agua es conducida a un tanque de 10 m3, el cual es el encargado de realizar todo el proceso de coagulación y oxidación. Antes de agregar el coagulante, floculante y oxidante, se verifica las condiciones actuales en que se encuentra el agua (pH, temperatura, color, sólidos disueltos, sólidos suspendidos totales), de esta forma se calcula la dosis adecuada que se requiere para hacer el tratamiento y se ensaya por medio de prueba de jarras. Para realizar la coagulación de las aguas residuales se utiliza Cloruro Férrico y como oxidante Hipoclorito de Calcio; además, se incorpora aire para realizar una homogenización en el tratamiento. Aproximadamente esta etapa tiene una duración entre cuarenta minutos y una hora, hasta que se logre observar una desestabilización de las partículas. Una vez comprobado que la coagulación y oxidación ha funcionado, se procede a enviar el agua al sistema de flotación por aire disuelto o DAF, agregando el polímero que se encargará de realizar la floculación. El DAF se encarga de generar pequeñas burbujas para que el floc pueda flotar sobre la superficie del líquido, creando un manto color marrón. El manto es removido con el sistema de barrido de lodos que se encuentra acoplado en la parte superior del DAF, depositándolos en un tanque acondicionado especialmente y los lodos pasaran por una prensa que realizará el acople apropiado para su disposición final. Luego el agua es conducida al tanque de agua clarificada; allí pasa por tres tipos de filtros, dos filtros de arena, que remueven las partículas en suspensión que quedaron de etapas anteriores del proceso, y una de carbón activado que se encarga de remover colores y olores. El primer filtro de arena posee un volumen de 0,46 m3 y está formada por 5 capas de grava granulométricamente diferentes y arena, el segundo filtro es de arena con un volumen igual a 0.74 m3 y el filtro de carbón activado posee un volumen de 0.74 m3 y tiene arena y carbón activado granular (GAC). Tras pasar por los filtros, el agua es deposita en el tanque de agua filtrada y por ultimo pasa a ser vertida en el alcantarillado.

89

Figura 8. Tratamiento de aguas residuales de Henkel

Fuente Autor de proyecto

Generación de aguas residuales

Transporte de aguas residuales a trampas de grasas

Aguas residuales domesticas (baños)

Descarga en alcantarillado. Aguas residuales industriales: cribado y remoción de grasas.

Transporte de aguas residuales industriales a PTAR.

Transporte de agua residual a tanque de 20 m3.

Transporte de agua residual a tanque de 10 m3: coagulación y oxidación.

Transporte de agua a tanque de flotación o DAF: floculación.

Generación y remoción de lodos.

Transporte de agua tratada a tanque de agua clarificada.

Filtración de agua: dos filtros de arena y uno de carbón activado.

Aguas residuales industriales: cribado y remoción de grasas.

Transporte a tanque de agua filtrada.

Descarga en alcantarillado.

Control de variables del agua.

90

5.4 REGISTRO HISTÓRICO DE PARÁMETROS DENTRO DEL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES El agua residual industrial generada por Henkel Colombiana S.A.S. antes de empezar su tratamiento en la PTAR, se caracteriza por su variable coloración, resultado del uso de pigmentos utilizados en la fabricación de los diferentes productos cosméticos; el olor se debe a los perfumes empleados en los shampoos y desodorantes, y en el caso de los colorantes para el cabello y oxigentas (agua oxigenada) tienen como materias primas amoniaco, peróxido de hidrogeno, entre otros compuestos con fuertes olores. Los sólidos suspendidos totales han presentado valores entre 1.160 mg/L y 5.900 mg/L (febrero 2016) y los sólidos disueltos entre 906 mg/L y 7.700 mg/L. La siguiente tabla contiene el registro de parámetros del mes febrero de 2016 en la PTAR.

Tabla 10. Control de variables de PTAR

Control de variables de planta de tratamiento de aguas residuales de Henkel

Fecha Hora Sólidos disueltos (mg/L) Sólidos suspendidos totales (mg / L) pH

01/02/2016 12:00 2.200 2.100 8,36

01/02/2016 14:10 3.100 2.800 9,53

02/02/2016 04:10 3.200 4.600 9,8

02/02/2016 11:30 3.400 5.100 9,06

02/02/2016 20:00 2.600 2.400 9,61

03/02/2016 02:00 3.600 2.800 9,7

03/02/2016 12:00 3.800 5.400 5,53

03/02/2016 20:15 3.900 4.800 9,36

04/02/2016 01:10 4.800 5.600 9,41

04/02/2016 12:30 3.400 5.900 5,72

04/02/2016 20:00 2.800 3.100 9,21

05/02/2016 01:50 3.600 3.100 8,12


91




05/02/2016 11:00 3.100 4.500 9,63

05/02/2016 20:20 4.100 3.700 9,42

06/02/2016 03:10 3.800 3.100 9,1

06/02/2016 11:30 2.400 4.100 9,85

06/02/2016 20:00 4.300 3.500 9,71

07/02/2016 0:00 4.350 4.100 8,7

07/02/2016 13:00 2.200 2.400 9,29

08/02/2016 13:00 2.300 2.600 9,36

08/02/2016 14:10 3.600 3.500 9,1

09/02/2016 01:00 2.800 3.900 9,22

09/02/2016 13:20 1.640 2.200 9,81

09/02/2016 23:30 2.400 4.300 9,42

10/02/2016 14:00 906 3.400 9,93

10/02/2016 20:10 1.800 3.200 9,11

11/02/2016 04:20 4.100 3.400 9,11

11/02/2016 14:15 4.100 5.000 10,05

11/02/2016 19:10 3.600 4.200 10,3

12/02/2016 01:10 3.800 4.400 9,8

12/02/2016 13:30 7.700 2.153 8,79


92




15/02/2016 10:00 4.600 3.600 8,9

15/02/2016 17:00 2.100 4.800 9,36

16/02/2016 00:00 2.100 3.640 9,61

16/02/2016 03:30 1.820 2.140 9,61

16/02/2016 10:20 1.600 4.800 9,1

16/02/2016 18:00 2.400 3.800 9,27

17/02/2016 05:00 2.100 4.300 9,24

17/02/2016 17:30 2.700 3.900 9,82

18/02/2016 05:00 2.500 2.800 9,44

18/02/2016 11:40 3.120 3.600 9,89

18/02/2016 17:00 2.800 3.400 9,36

19/02/2016 04:40 3.200 3.600 9,51

19/02/2016 11:50 1.800 1.500 9,6

19/02/2016 17:00 2.400 3.200 9,26

20/02/2016 05:40 2.500 1.960 9,44

20/02/2016 11:20 2.800 1.160 9,91

20/02/2016 18:00 3.400 5.600 9,02

21/02/2016 05:00 3.200 4.200 9,61

21/02/2016 12:00 2.700 3.900 9,17


93




22/02/2016 12:30 1.900 3.100 9,56

22/02/2016 20:00 2.100 3.000 9,16

23/02/2016 01:10 2.100 3.400 9,37

23/02/2016 20:40 1.900 2.600 9,44

24/02/2016 02:20 2.800 3.710 9,1

24/02/2016 11:40 3.400 5.600 9,02

24/02/2016 20:30 3.100 3.900 9,34

25/02/2016 01:10 3.800 4.100 9,81

25/02/2016 12:00 2.400 3.700 7,36

25/02/2016 20:15 2.900 3.900 9,21

26/02/2016 02:10 3.400 3.900 9,91

26/02/2016 20:00 4.300 4.100 9,66

26/02/2016 23:00 2.100 3.600 9,07

27/02/2016 19:30 2.300 2.900 9,34

28/02/2016 02:10 3.100 2.400 9,85

29/02/2016 20:05 3.400 3.600 9,1

29/02/2016 23:00 2.100 3.600 9,07


94

Los siguientes gráficos representan la información recolectada de las 67 muestras tomadas a través de los diferentes turnos de trabajo de la PTAR en el mes de febrero de 2016 en Henkel Colombiana S.A.S., donde 20 se realizaron en el turno A (De 06:00 horas hasta las 14:00 horas), 23 en el turno B (De 14:01 horas hasta las 22:00 horas) y 24 en el turno C (De 22:01 horas hasta las 5:59 horas).

Gráfico 3. Sólidos disueltos (mg/L) - febrero 2016

Fuente Autor del proyecto y Henkel Colombiana S.A.S.

El rango mínimo de sólidos disueltos fue de 906 mg/L, el máximo en 7.700 mg/l y el promedio general estuvo en 2.990 mg/L.

La cantidad de sólidos disueltos en el agua residual puede variar según el nivel de actividades generales de la empresa, específicamente de la planta de producción que es el área que aporta mayor cantidad de sólidos disueltos.

Teniendo en cuenta lo anterior, el nivel mínimo de sólidos disueltos se debió a una disminución considerable de las actividades productivas de la planta; mientras el máximo valor fue producto del aumento de la producción, donde se utiliza toda la maquinaria de fabricación del producto a granel, la maquinas

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

7.000

8.000

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67

mg/L

Número de muestras

Sólidos disueltos (mg/L) - febrero 2016

95

envasadoras, asimismo se requiere de un alto volumen de agua para la limpieza de los equipos en general, sumado con otros factores internos, como la actividad del comedor empresarial, etc.

Gráfico 4. Sólidos suspendidos totales (mg / L) - febrero 2016


Al igual que los sólidos disueltos, los sólidos suspendidos tienen una variación en su cantidad de acuerdo a las actividades generales de la empresa.

La concentración más alta fue de 5.900 mg/L, a las 12:30 horas del jueves 04 de febrero, donde en la mayoría de ocasiones es un horario productivo alto. El nivel mínimo fue de 1.160 mg/L, a las 11:20 horas del sábado 20 de febrero, un nivel acorde a la disminución de la producción de la planta para los días sábados y domingos. El valor promedio general de los sólidos suspendidos totales fue de 3.617 mg/L.

De las 67 muestras tomadas, el 65% en el turno A, el 82.60% en el turno B y el 79.17% en el turno C, tuvieron concentraciones iguales y/o superiores a 3.000 mg/L. Es decir, que el rango de concentración que predomina en los sólidos suspendidos totales en el agua residual tiende a ser igual o superior a 3.000 mg/L.

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67

mg/L

Número de muestras

Sólidos suspendidos totales (mg / L) - febrero 2016

96

Gráfico 5. pH de aguas residuales de Henkel - febrero 2016


Químicamente, el agua residual tiene un amplio conjunto de elementos disueltos, lo que provoca que sea de naturaleza alcalina en su mayoría de ocasiones.

Según los datos de las muestras tomadas en el mes de febrero, el 97,01% del agua residual es alcalina y solo el 2,99% es ácida. El menor valor registrado fue 5.53, a las 12:00 horas; es decir, un horario donde la producción es alta. El máximo valor alcanzado fue de 10.3, a las 19:10 horas, donde la producción aún mantiene un alto volumen de operación. Y el valor promedio general del pH es de 9.25.

La alcalinidad y acidez del agua es el resultado de la mezcla de residuos de materias primas, producto terminado, compuestos provenientes del comedor empresarial (casino), elementos de limpieza, entre muchos otros.

El agua puede ser alcalina o ácida dependiendo de los métodos de fabricación, materias primas utilizadas y productos terminados, donde la variación en algunas de estas variables puede tener un efecto en la escala de pH del agua.

4

6

8

10

12

14

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67

pH

Número de muestras

pH de aguas residuales de Henkel - febrero 2016

97

5.5 REACTIVOS DEL TRATAMIENTO ACTUAL El tratamiento de aguas residuales actual que lleva a cabo Henkel en la PTAR, es realizado por una empresa especializada en el tratamiento de aguas residuales. Esta empresa usa un conjunto de reactivos que permiten la coagulación, floculación y clarificación del agua. Entre los reactivos utilizados en el tratamiento se encuentran: • Cloruro férrico: la cantidad de cloruro férrico promedio utilizada actualmente para 10 m3 de agua residual es entre 2 galones a 4 galones (un galón es igual a 3,78541 litros), dependiendo de las condiciones de temperatura y pH. El tiempo de espera para que el coagulante actué y desestabilice las partículas es de alrededor de una hora.

• Hipoclorito de calcio: antes de incluir este reactivo en el tratamiento, es necesario realizar una disolución en agua. Para aproximadamente 500 litros de agua se agrega 1.000 gramos de hipoclorito de calcio, con agitación constante por alrededor de 10 minutos.

• Soda caustica: la proporción usada puede variar según las condiciones de pH del medio antes de terminar el tratamiento. En general, se usa un 2% del volumen de una caneca de 55 galones, es decir 4,16396 litros.

• Coagulante selectivo: la referencia y/o nombre comercial del producto es EXRO 699. Es adicionado antes de ingresar en los filtros con diferentes tamaños granulométricos y de carbón activado; específicamente actúa sobre los metales pesados que se encuentran el en agua residual.

• Polímero aniónico y catiónico: el nombre comercial del producto es FLOPAM AN 915 PWG- AN 934 PWG. La cantidad de polímero agregada para un tanque de 500 litros de agua es de 400 gramos de polímero; se debe adicionar lentamente y con agitación constante por alrededor de 2 horas llevado a cabo por un sistema de aireación, para evitar la formación de flóculos de polímero.

98

6. MATERIALES Y MÉTODOS DE ANÁLISIS Para evaluar algún parámetro de calidad de agua, es necesario contar con un método estándar de análisis de aguas y un conjunto de materiales y/o reactivos que permiten determinar la concentración de dicho parámetro. Los materiales y métodos de trabajo pueden ser variados, y se ajustan según las necesidades económicas, la accesibilidad de los materiales y la facilidad de implementación del usuario. Teniendo en cuenta lo anterior, el método de análisis seleccionado es el argentométrico, establecido en el Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater; ya que un método muy difundido y utilizado para la determinación de cloruros, es sencillo de reproducir en un laboratorio, los reactivos son de fácil acceso y económicamente sus precios son bajos. Además, el método para la evaluación de los coagulantes alternativos, es el test de jarras, descrito en la NTC 3903. 6.1 MATERIALES 185

Los siguientes reactivos y elementos de laboratorio son necesarios para llevar a cabo la determinación del nivel de cloruros según el procedimiento descrito en el Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater para el análisis de aguas residuales. Además, se especifica las etapas de elaboración de los reactivos, la concentración molar o normal que deben tener y la cantidad necesaria para llevar a cabo el análisis.

a. Solución indicadora de cromato de potasio. • Disolver 50 gramos de K2CrO4 en agua destilada. • Añadir la solución de AgNO3 hasta formar un precipitado de color rojo. • Dejar reposar por 12 horas, filtrar y diluir a un litro con agua destilada.

b. Valorante estándar de nitrato de plata, 0.0141M (0.0141N). • Disolver 2,395 gramos de AgNO3 en agua destilada y diluir a 1000 mililitros. • Estandarizar frente a solución estándar de NaCl; 1,00 ml = 500 µg Cl-. • Almacenar en un frasco color ámbar. c. Cloruro de sodio estándar, 0.0141M (0.0141N). 185 AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, THE AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION y THE WATER ENVIRONMENT FEDERATION. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. Washington, 1992.

99

• Disolver 824,0 miligramos de NaCl (secado a 140 °C) en agua destilada

y diluir a 1000 ml; 1,00 ml = 500 µg Cl-.

Reactivos especiales para la eliminación de interferencias.

d. Suspensión de hidróxido de aluminio. • Disolver 125 gramos de sulfato de aluminio y potasio o sulfato de

aluminio y amonio en un litro de agua destilada. • Calentar a 60 °C y añadir 55 mililitros de hidróxido de amonio concentrado

(NH4OH) lentamente con agitación. • Dejar reposar alrededor de una hora. • Transferir a una botella grande. • Lavar el precipitado mediante adiciones sucesivas de agua destilada. • Mezclar completamente y decantar con agua destilada, hasta quedar libre

de cloruros. • Recién preparada la suspensión, esta ocupa un volumen aproximado de

un litro.

e. Solución indicadora de fenolftaleína. f. Hidróxido de sodio, NaOH, 1N. g. Ácido sulfúrico, H2SO4, 1N. h. Peróxido de hidrógeno, H2O2, 30%. i. Erlenmeyer de 250 ml. j. Bureta de 50 ml. k. Vaso de precipitado de 50 ml o 100 ml. l. Probeta de 50 ml o 100 ml.

6.2 MÉTODO DE MUESTREO Y ANÁLISIS Dentro de los procedimientos de laboratorio necesarios para el desarrollo del proyecto, se encuentra el método de muestreo, test de jarras y el argentométrico; cada uno basado en una metodología estándar, que tiene como fin alcanzar resultados óptimos y precisos; y ayudan a la toma de decisiones según la situación que se presente. 6.2.1 Método de muestreo. En esta etapa se tendrá en cuenta dos tipos de norma, la NTC ISO 5667 – 2 y NTC ISO 5667 – 3. El tipo de muestreo que se llevara a cabo será un muestreo periódico a intervalos de tiempo fijo;

100

usando un cronometro para el inicio y finalización del muestreo, en el cual se llenaran los recipientes en periodos y volúmenes fijos.186 6.2.1.1 Selección del recipiente. El recipiente puede ser de plástico o de vidrio en el muestreo de las aguas residuales. Si el recipiente es de plástico, puede ser de polietileno, politetrafluoroetileno (PTFE), poli – cloruro de vinilo (PVC), polietilentereftalato (PET).187 Aspectos importantes para la selección de un buen recipiente según el tipo de muestre a realizar , es la resistencia a la temperatura, resistencia a los impactos, tamaño, forma, facilidad de sellado y apertura, facilidad de limpieza, reutilización, costo, entre otros.188 6.2.1.2 Preparación del recipiente. La NTC ISO 5667 – 3 en el numeral 3.2.2 de preparación del recipiente de muestreo, especifica las pautas necesarias para la preparación de los recipientes que se utilizara para contener las muestras de análisis, con el fin de asegurar que no ocurran interferencias por cualquier elemento ajeno a la muestra y que pueda provocar resultados erróneos. Entre las pautas de preparación están:189 • Lavar el recipiente y la tapa con una solución diluida de detergente y

agua. • Enjuagar la tapa completamente con agua. • Enjuagar suavemente, dos veces, con agua de calidad apropiada. • Drenar completamente y volver a poner tapa.

6.2.1.3 Llenado del recipiente. Los recipientes que contengan muestras de agua para análisis físico – químico en un periodo corto de tiempo, tienen que ser llenados completamente, sin dejar ningún espacio en la parte superior para evitar la interacción entre la fase gas y la agitación durante el transporte. Si por el contrario, las muestras van a ser congeladas para su preservación y

186 INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. Gestión ambiental. Calidad del agua. Muestreo. Técnicas generales de muestreo. NTC – ISO 5667 – 2, Bogotá D.C.: ICONTEC, 1.995. 3p. 187 INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. Calidad del agua. Muestreo. Parte 3: directrices para la preservación y manejo de las muestras. NTC – ISO 5667 – 3, Bogotá D.C.: ICONTEC, 2.004. 25p. 188 Ibíd., p. 5. 189 Ibíd., p. 5.

101

análisis en un periodo de tiempo prologando, no se debe llenar los frascos por completo.190

El volumen típico para las muestras de agua que se vayan a analizar para la determinación de la concentración de cloruros es de 100 ml.191

6.2.1.4 Enfriamiento de las muestras. Una vez recolectadas las muestras de agua residual, se deben almacenar rápidamente en refrigeradores con una temperatura entre los 1 ºC y 5 ºC, y en completa oscuridad, para proporcionar las condiciones necesarias para preservar las muestras entre el periodo de muestreo y el transporte al laboratorio para análisis. Si la muestras requieren un periodo prologando de tiempo antes de realizar cualquier análisis, es conveniente que sean almacenadas a una temperatura por debajo de los -20 ºC en recipientes de plástico, porque si se almacena en vidrio, se puede generar un daño en el recipiente y perdida de la muestra de agua.192 En el análisis para la determinación de la concentración de cloruros, el tiempo de preservación máximo recomendado antes del análisis es de un mes.193

6.2.1.5 Identificación de las muestras y trans porte. Los recipiente deben ir marcados de manera clara, precisa y durable. Una vez tomadas las muestras, se deben almacenar en recipientes que protejan el contenido, estén sellados apropiadamente para evitar la degradación, eviten la contaminación externa y rupturas en la parte de la abertura.194

6.2.2 Test de jarras. Es una prueba de laboratorio enfocada a evaluar el comportamiento de coagulantes, floculantes y otros compuestos con el fin de analizar, experimentar y hallar la dosis óptima para el tratamiento de aguas residuales. La prueba permite el análisis de variables como pH, dosis de reactivos químicos según el agua residual, condiciones de mezcla o de agitación para la sedimentación y clarificación del agua, orden de adición de los reactivos, entre otros.195

190 Ibíd., p. 6. 191 Ibíd., p. 16. 192 Ibíd., p. 7. 193 Ibíd., p. 16. 194 Ibíd., p. 11 – 13. 195

INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. Gestión ambiental. Agua. Procedimiento para el método de jarras en la coagulación – floculación del agua. NTC 3903, Bogotá D.C.: ICONTEC, 1.996. 2p.

102

Los cambios de temperatura, pueden afectar la sedimentación de las partículas en suspensión. Otro aspecto que afecta la sedimentación es la liberación de gases, que generaría la flotación de los flóculos, ya sea por la reacción química de los reactivos, el incremento de temperatura o las burbujas producidas por las aspas de agitador. También puede afectar la coagulación y floculación la aparición de actividad biológica.196 El equipo de test de jarras debe contar con un control de velocidad que debe estar entre las 20 rpm hasta las 150 rpm. Las aspas deben ser de igual tamaño en cada uno de los modulo o posiciones, y deben ser resistentes a la corrosión. El tamaño mínimo de los vasos de precipitado deben ser de 1.000 ml y de vidrio.197 6.2.2.1 Procedimiento para la realización de t est de jarras. Se colocan muestras iguales de 1.000 ml en cada uno de los vasos de precipitado, según la cantidad de agitadores con que cuente el equipo de pruebas. Las aspas o agitadores deben colocarse en el centro del vaso de precipitado, aproximadamente a una distancia de 6.4 mm de las paredes del vaso.198 Se encienden los agitadores a una velocidad inicial de 120 rpm, y se agregan los reactivos químicos según un orden determinado por el usuario, manteniendo dicha velocidad alrededor de un minuto. Una vez transcurrido un minuto, se reduce la velocidad de los agitadores durante aproximadamente 20 minutos. En este periodo, se registra el tiempo transcurrido para la formación de los primeros flóculos; y durante periodos cortos de 5 minutos, se registran los tamaños de los flóculos y la velocidad de agitación.199 Después del periodo de agitación lenta, se retiran los agitadores, se observa y registra el tiempo requerido para la sedimentación de las partículas en el fondo del vaso de precipitado. Transcurridos otros 15 minutos de sedimentación, aparecen los flóculos sedimentados; en esta etapa se registra la temperatura de la muestra.200 Para saber la efectividad de una ayuda coagulante específica, se toma la dosis optima de coagulante y se realiza nuevamente todo el procedimiento

196 Ibíd., p. 2.

197 Ibíd., p. 3. 198 Ibíd., p. 5. 199 Ibíd., p. 6. 200 Ibíd., p. 6.

103

del test de jarras. Se usan dosis entre 0.1 mg/L y 1 mg/L de la ayuda coagulante y se agregan a los vasos de precipitado.201 6.2.3 Preparación de muestras, titulación y cál culos. 202 6.2.3.1 Preparación de la muestra. Utilizar una muestra de 100 ml ó una porción diluida hasta 100 ml. Si la muestra presenta una coloración muy elevada, añada 3 ml de hidróxido de aluminio (Al(OH)3), mezcle de manera adecuada, deje en reposo y filtre. Si la muestra contiene sulfuro, sulfito o tiosulfato, agregue un mililitro de peróxido de hidrogeno (H2O2) y se agite durante un minuto. 6.2.3.2 Titulación. Si las muestras se encuentran en un intervalo de pH entre 7 y 10, se pueden titular directamente. Si por el contrario, se encuentra fuera de estos intervalos, ajuste el pH con H2SO4 o NaOH. Para comenzar la titulación, añada 1,0 ml de la solución indicadora de cromato de potasio (K2CrO4) y después, titule con nitrato de plata estándar (AgNO3) hasta reconocer una coloración final amarilla rosácea. 6.2.3.3 Calculo de cloruros. Una vez realizada la titulación de la muestra, se procede a calcular los niveles de cloruros con ayuda de la siguiente ecuación:

mg Cl-/ L = �A - B� × N × 35.450

ml de muestra

Donde:

• A: ml de titulante gastados en la muestra. • B: ml de titulante gastados en el blanco. • N: normalidad del nitrato de plata (AgNO3)

201 Ibíd., p. 6. 202 AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, THE AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION y THE WATER ENVIRONMENT FEDERATION. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. Washington, 1992.

104

7. RESULTADOS Y ANÁLISIS

Para la selección del coagulante alternativo en el tratamiento de aguas residuales de Henkel, se tuvo en cuenta variables como el pH óptimo, el rango de temperatura en el que mejor realiza la sedimentación y clarificación del agua, las ventajas y desventajas. Asimismo, este producto químico debe ayudar a disminuir los niveles de cloruros hasta 250 mg / L o aún menor valor, como lo indica la resolución 0631 de 2015.

La siguiente tabla muestra algunos parámetros y sus respectivos valores en los que se encuentra el agua residual de Henkel, los cuales son importantes porque sirven de base para el establecer un proceso acorde al problema que se presenta, seleccionar los elementos necesarios para la experimentación y llevar a cabo un tratamiento adecuado, donde se busca la eliminación de sus sólidos disueltos y suspendidos totales, el color, los cloruros y llevar el pH muy cerca de 7.

Tabla 11. Condiciones generales del agua residual de Henkel

Parámetro Valor promedio

pH 9,24

Temperatura 22,11 °C

Sólidos disueltos 2.990 mg / L

Sólidos suspendidos totales 3.617 mg / L

Cloruros 1.170 mg /L (según estudio de

caracterización de vertimiento de septiembre de 2015)

Color Variable según la producción (tonalidades oscuras)

Fuente Henkel Colombiana S.A.S., y autor de proyector Con base en las condiciones del agua residual, se escogieron cinco coagulantes, sulfato de aluminio, sulfato ferroso, aluminato de sodio, sulfato férrico y carbonato de magnesio. Junto a estos, estarán la sílice activada y una resina de intercambio aniónico, para mejorar la coagulación y eliminar los iones de cloruros. La siguiente tabla compara los coagulantes y ayudas coagulantes seleccionados; describiendo algunas ventajas y desventajas que ofrecen en los tratamientos de aguas residuales.

105

Tabla 12. Parámetros de evaluación de coagulantes

Coagulantes

Parámetros Sulfato de aluminio Sulfato ferroso Carbonato de magnesio

pH óptimo 4 - 7 > 8.5 > 10.8

Temperatura optima - - Entre 8ºC y 11ºC.

Ventajas Sedimentación de sólidos suspendidos y clarificación del agua residual.

Ideal para la precipitación de iones ferrosos en hidróxido de hierro al elevar el pH con cal.

Proporciona peso al floc. Recuperación del carbonato de magnesio de manera selectiva para reutilización. A mayor temperatura y menor agitación se logra una mejor sedimentación.

Desventajas

Bajo rendimiento de la coagulación con tartratos, citratos, oxalatos, glicerina, azucares, fluoruros y sustancias polihidroxiladas.

Bajo rendimiento de la coagulación con tartratos, citratos, oxalatos, glicerina, azucares, fluoruros y sustancias polihidroxiladas. Incremento de costos para aumentar efectividad de coagulación con el uso de cal.

Incremento de costos para aumentar efectividad de coagulación con el uso de cal.


106

Tabla 13. Parámetros de evaluación de ayudas coagulantes

Ayuda coagulante Resina

Parámetros Polielectrolíto aniónico / catiónico Cal hidratada Resina de intercambio iónico

pH óptimo Amplio rango de pH. Amplio rango de pH. -

Temperatura optima Amplio rango de temperatura. - -

Ventajas

Permiten reducir la cantidad de coagulante, produce menor cantidad de lodos, permiten la remoción de sólidos, etc.

Es altamente neutralizante. Ayuda a la clarificación del agua residual y como coagulante.

Selectividad por aniones para su eliminación.

Desventajas

Los costos del tratamiento pueden incrementar al usar una cantidad considerable de polielectrolíto para la coagulación y floculación.

La cantidad utilizada en el tratamiento de aguas residuales puede ser alta si no se combina con algún coagulante. Pero si se utiliza en combinación de sulfato ferroso la cantidad agregada al tratamiento puede disminuir.203 Sus precios en el mercado son asequible pero en grandes cantidades puede representar un costo elevado. Antes de utilizar cal hidratada es necesario neutralizar los ácidos minerales y las sales ácidas.204

De acuerdo al tipo de resina, solo se puede eliminar un determinado grupo de iones. Requiere del uso de otros productos químicos para la regeneración de las resinas de intercambio iónico. Incremento de los costos del tratamiento para hacer más efectiva la coagulación y eliminación de iones. Se requiere un sistema idóneo dentro de la plata de tratamiento de aguas para llevar a cabo un intercambio iónico y adaptado para la posterior regeneración.


203 METCALF & EDDY. Op. cit., p. 347. 204 Ibíd., p. 347.

107

7.1 RESULTADOS Y ANÁLISIS DE TEST DE JARRAS

Se tomó una muestra de 60 litros de agua residual de la tubería de entrada de la PTAR; la muestra presentaba una coloración negra, expresada en 51.300 UPC, una temperatura de 22.7 °C, pH de 8.93, su concentración de sólidos disueltos era de 1.043 mg/L y los sólidos suspendidos totales de 5.600 mg/L.

Se colocó 1.000 ml de agua residual en cuatro vasos de precipitado; a cada uno se añadió diferentes cantidades de coagulantes sin disolver previamente en agua, es decir, ser agregaron sólidos. Una vez hecho este paso, se procedió a agitar las muestras hasta que los coagulantes se homogenizaran con el agua residual.

Después se añadió peróxido de hidrogeno con una concentración del 50%, en diferentes proporciones; para los vasos de precipitado con contenían sulfato ferroso, provocó una reacción de Fenton, causando que el agua residual se tornara de color marrón – rojiza, la temperatura subiera hasta los 40 °C y el agua se desbordara fuera del recipiente. También se desprendían una alta cantidad de vapores.

Figura 9. Test de jarras con sulfato ferroso.


Para las pruebas con sulfato de aluminio y carbonato de magnesio no se evidencio ninguna reacción que conllevara a la coagulación, floculación y clarificación del agua residual.

Teniendo cuenta los resultados obtenidos, es adecuado diluir el coagulante en una determinada cantidad de agua para que pueda actuar rápidamente en la muestra de agua residual. Además, es ideal utilizar pequeñas cantidades de H2O2 en presencia de sulfato ferroso.

108

Tabla 14. Registro de datos de tratamiento de agua residual

Datos iniciales de la muestra Muestra 1 pH 8,93

Temperatura 25,6 °C Color 51.300 UPC Tamaño de la muestra 60 L Sólidos suspendidos 5.600 mg / L

Sólidos disueltos 1.043 mg / L - -

Productos químicos para tratamiento de agua r esidual Coagulante Sulfato ferroso.

Álcali - Oxidante Peróxido de hidrogeno

Ayuda coagulante -

Test de jarras N° de jarra 1 2 3 Producto químico

Coagulante 5 g 10 g 25 g Oxidante 15 ml 15 ml 20 ml

Álcali - - - Ayuda coagulante - - -

Formación de primeros flóculos N.A. N.A. N.A. Tamaño y tiempo de clarificación

(elevación en base a jarra) No se generó coagulación.

No se generó coagulación.



109





Productos químicos para tratamiento de agua r esidual Coagulante Sulfato ferroso.


Ayuda coagulante -

Test de jarras N° de jarra 4 5 6 Producto químico

Coagulante 20 g 25 g 30 g Oxidante 20 ml 30 ml 30 ml

Álcali - - - Ayuda coagulante - - -

Formación de primeros flóculos N.A. N.A. N.A. Tamaño y tiempo de clarificación

(elevación en base a jarra) No se generó coagulación.




110





Productos químicos para tratamiento de agua r esidual Coagulante Carbonato de magnesio


Ayuda coagulante -

Test de jarras N° de jarra 1 2 3

Producto químico Coagulante 5 g 10 g 25 g

Oxidante 15 ml 15 ml 20 ml Álcali - - -

Ayuda coagulante - - - Formación de primeros flóculos N.A. N.A. N.A.

Tamaño y tiempo de clarificación (elevación en base a jarra)





111





Productos químicos para tratamiento de agua r esidual Coagulante Carbonato de magnesio


Ayuda coagulante -










112





Productos químicos para tratamiento de agua r esidual Coagulante Sulfato de aluminio tipo A


Ayuda coagulante -










113





Productos químicos para tratamiento de agua r esidual Coagulante Sulfato de aluminio tipo A


Ayuda coagulante -










114

El segundo estudio comenzó con la recolección de 60 litros de agua residual en las tuberías de entrada a la PTAR; utilizando como recipiente de almacenamiento una caneca plástica. La cantidad de agua residual tomada permitió realizar múltiples ensayos de jarras y asimismo comparar el comportamiento de los coagulantes seleccionados bajo las mismas condiciones.

Figura 10. Recipiente de 60 litros con agua residual


Figura 11. Recipiente de 60 litros con agua residual


115

El agua residual se caracteriza por su fuerte aroma a productos de cuidado personal y una coloración bastante elevada por los colorantes utilizados en la empresa, la temperatura es bastante elevada y la superficie del agua residual tiende a generar espuma.

Una vez tomado el pH, el color, los sólidos disueltos y sólidos suspendidos totales de la muestras patrón, se agregó 5 litros de peróxido de hidrogeno a la caneca plástica de almacenamiento para llevar a cabo la oxidación del agua residual y no agregar el producto químico directamente sobre las jarras donde se realizaría los test de jarras, ya que por la naturaleza del peróxido de hidrogeno este podría provocar una reacción que afectaría el desarrollo de la prueba.

El tiempo total de oxidación con el peróxido de hidrogeno fue de dos horas, teniendo en cuenta que a mayor tiempo de contacto del producto con el agua residual, este tendría una mejor oxidación.

Una vez realizado lo anterior, se tomó muestras de 500 ml de agua residual en vaso de precipitado plástico de 500 ml para los test de jarra.

Para realizar los siguientes cálculos es necesario conocer las densidades de los compuestos químicos utilizados, como:

• Densidad del agua 1 g/ml. • Densidad del sulfato ferroso: 2,84 g/ml. • Densidad del sulfato de aluminio: 2,67 g/ml. • Densidad del carbonato de magnesio: 2,96 g/ml. • Hidróxido de calcio (cal): 2,21 g/ml.

El volumen de 25 gramos de sulfato ferroso es:

2,84 g

cm3 =25 g

V

V = 25 g

2,84 g

cm3

= 8,8028 ml de sulfato ferroso

El volumen total de la disolución preparada es:

116

Volumen disolución = 100 ml agua+8,8028 ml de sulfato ferroso

Volumen disolución = 108,8028 ml

Una vez calculada el volumen total de la disolución, es posible calcular el porcentaje de sulfato ferroso en la disolución, como lo muestra la siguiente ecuación.

% Masa Volumen⁄ FeSO4 = 25 g de FeSO4

108,8028 ml disolución X 100 = 22,97% ≈23%

Para calcular el porcentaje de concentración de la cal hidratada, es necesario conocer el volumen de 25 g:

2,21 g

cm3 =25 g

V

V = 25 g

2,21 g

cm3

= 11,3122 ml de hidróxido de calcio

Volumen disolución = 400 ml agua + 11,3122 ml de hidróxido de calcio


Y el porcentaje de concentración de cal fue:

% Masa Volumen⁄ = 25 g de hidróxido de calcio411,3122 ml disolución

X 100 = 6.07%

117





Productos químicos para tratamiento de agua r esidual Coagulante Sulfato ferroso ( 25 g diluidos en 100 ml de agua)

Álcali Cal hidratada (25 g diluidos en 400 ml de agua) Oxidante Peróxido de hidrogeno

Ayuda coagulante Polielectrolíto aniónico y catiónico


Producto químico Oxidante 5 litros de Peróxido de hidrogeno para 60 litros de agua residual

Coagulante 1 ml 2 ml 3 ml Álcali 10 ml 10 ml 10 ml

Ayuda coagulante 20 ml 20 ml 20 ml Formación de primeros flóculos 30 segundos 30 segundos 30 segundos


1 / 8 de la jarra se clarifica en 1 minuto.

3 / 8 de la jarra se

clarifica en 5 minutos.

1/3 de la jarra se clarifica en 10 minutos.









118

Las muestras número 1, 2 y 3 presentan comportamientos similares en su aspecto y en el tiempo de formación del floc, pero la muestra 3 tiene una reacción de Fenton bastante fuerte, caracterizada por la formación de espuma y liberación de vapores.

Figura 12. De derecha a izquierda, prueba número 1, 2 y 3


Figura 13. De derecha a izquierda, prueba número 1, 2 y 3


Las muestras número 1 y 2 que tienen una menor cantidad de coagulante, el tiempo de elevación del floc es mucho mayor en comparación con la muestra 3 que se agregó una mayor cantidad de sulfato ferroso.

La clarificación del agua en las tres muestras iniciales fue baja, aunque comparada con la muestra patrón, se pudo observar un efecto importante en la remoción del color.

119










Coagulante 2 ml 1 ml 1 ml Álcali 15 ml cal 2 ml 1 ml

Ayuda coagulante 10 ml 10 ml 10 ml a 15 ml Formación de primeros flóculos 1 minuto 30 segundos 20 segundos



1/2 de la jarra se clarifica

en 5 minutos.









120

El ensayo número 4 presentó una reacción fuerte al agregar 5 ml extras de cal, con el objetivo de proporcionar una mejor aglomeración de los flóculos; pero el resultado obtenido fue la generación de espuma y el desborde del contenido fuera del recipiente de ensayo. Esta combinación no es conveniente utilizarla en la PTAR, ya que generaría un accidente dentro de las instalaciones; además no se cuenta con el equipo necesario para hacer frente ante una reacción similar.

Figura 14. Ensayo número 4


En el ensayo número 5, se baja la cantidad de coagulante a 1 ml y se agregar una menor cantidad de cal (2 ml), esta proporción de productos químicos tuvo un buen comportamiento al momento de generar floc y llevarlo hacia la superficie del agua, aunque hace que aumente la cantidad de este; es decir, 2/3 de la muestra era floc y 1/3 agua.

El ensayo número 6 tuvo un excelente comportamiento en cuanto a la rápida formación, elevación y compactación del floc hacia la superficie, y clarificación del agua. En esta prueba se utilizó 1 ml de sulfato ferroso, y 1 ml de cal y entre 10 ml y 15 ml de Polielectrolíto aniónico / catiónico. La siguiente imagen muestra el resultado alcanzado.

121

Figura 15. Ensayo número 6, proceso de formación de floc


Figura 16. Ensayo número 6, resultado final


122

El floc del ensayo número 6 es más compacto sobre la superficie, tiene un color marrón característico por el uso de sulfato ferroso en el tratamiento, el agua presenta también una coloración marrón, pero a medida que transcurre el tiempo clarifica un poco más; si esta agua tratada continuará su tratamiento a través de filtros de carbón activado y arena, su coloración disminuirá más.

Figura 17. Floc de ensayo número 6


123








Test de jarras N° de jarra

7 8 9 Producto químico

Oxidante 5 litros de Peróxido de hidrogeno para 60 litros de agua residual Oxidante extra 0 ml 1 ml de H2O2 1 ml de H2O2

Coagulante 0,5 ml 1 ml 3 ml Álcali 0,5 ml 0,5 ml 3 ml

Ayuda coagulante De 10 a 15 ml De 10 a 15 ml 10 ml Formación de primeros flóculos No se produce reacción. 30 segundos. 1 minuto.



1 / 8 de la jarra se clarifica en 30 segundos.


clarifica en 2 minutos. 1 / 2 de la jarra se clarifica

en 5 minutos.

2 / 3 de la jarra se clarifica en 10 minutos.


2 / 8 de la jarra se clarifica

en 2 minutos.



en 10 minutos.


124

En el ensayo número 7 se agregó la menor dosis de sulfato ferroso y cal, cada una con 0,5 ml, y entre 10 y 15 ml de Polielectrolíto aniónico / catiónico; esta combinación no hizo reacción para la coagulación y floculación de la muestra.

La prueba número 8, al igual que los ensayos anteriores presento buenos resultados en la coagulación, floculación y clarificación del agua residual; en este caso se agregó 1 ml extra de peróxido de hidrogeno, resultado en una mejor aglomeración y compactación del floc en la superficie. Es decir, al agregar peróxido de hidrogeno se genera una reducción del floc y una mayor proporción de agua tratada.

Figura 18. Ensayo número 8


Para el ensayo número 9 se subió las dosis de coagulante y cal a 3 ml, y se agregó 1 ml de peróxido de hidrogeno para una mayor compactación del floc, y obtuvo resultado similares al ensayo número 8 con la clarificación del agua mucho mayor.

125


Datos iniciales de la mues tra Muestra 2 pH 8,61







10 11 12 Producto químico

Oxidante 5 litros de Peróxido de hidrogeno para 60 litros de agua residual Oxidante extra 1 ml de H2O2 - -

Coagulante 3 ml - - Álcali 2 ml - -

Ayuda coagulante De 10 a 15 ml - - Formación de primeros flóculos 30 segundos. - -




en 2 minutos.



en 7 minutos.

N.A. N.A.


126

El ensayo número 10 con 3 ml de sulfato ferroso, 2 ml de cal, 1 ml extra de peróxido de hidrogeno y entre 10 y 15 ml de Polielectrolíto aniónico / catiónico tuvo un excelente resultado en la clarificación del agua residual, mejoró la compactación del floc y acelero la elevación del floc a la superficie del recipiente. En este ensayo la reacción de Fenton fue mínima al igual que la generación de espuma.

Figura 19. Ensayo número 10 con sulfato ferroso


Figura 20. Ensayo número 10 con sulfato ferroso


127

Las muestras seleccionadas para análisis de concentración de cloruros a partir del tratamiento con sulfato ferroso fueron las muestras del ensayo 6 y 10; dichas muestras obtuvieron los siguientes resultados de pH, color, temperatura y sólidos suspendidos totales.

Tabla 24. Datos de agua residual después de tratamiento

N° de prueba pH Color (UPC) Temperatura Sólidos

suspendidos totales

6 8.36 925 20.6 °C 500 mg / L 10 7.34 600 21.8 °C 350 mg / L

Fuente autor del proyecto

La siguiente tabla compara la muestra de agua residual antes de recibir el tratamiento y los resultados alcanzado después del tratamiento con el coagulante seleccionado.

Tabla 25. Comparación de muestras antes y después de tratamiento

Muestra patrón N° N° de prueba 2 6 10

pH 8,61 8.36 7.34 Color 56.100 UPC 925 UPC 600 UPC

Sólidos suspendidos totales

4.000 mg / L 500 mg / L 350 mg / L


Los sólidos suspendidos totales en la prueba 6 disminuyeron un 87.5%, para la muestra 7 los sólidos suspendidos totales disminuyeron 91.25%.

Para la prueba 6, hubo una disminución del 98.35% del color total. Mientras que para la prueba 10, la disminución de la coloración del agua fue del 98.93%.

En el caso del pH, la prueba 6 tuvo una disminución de 0.25, ubicándose en una escala alcalina; y la muestra de la prueba 10 disminuyo 1.27, estando es una escala alcalina, pero muy cerca del valor teórico de neutralidad de 7.

128





Productos químicos para tratamiento de agua r esidual Coagulante Carbonato de magnesio ( 25 g diluidos en 100 ml de agua)


Ayuda coagulante Polielectrolíto aniónico y catiónico Álcali 2 NaOH

Test de jarras

N° de jarra 1 2 3 Producto químico

Oxidante 5 litros de Peróxido de hidrogeno para 60 litros de agua residual Coagulante 3 ml 5 ml 7 ml

Álcali 1 ml de cal 3 ml 3 ml Ayuda coagulante 10 ml 15 ml 15 ml

Álcali 2 150 ml 150 ml 150 ml Formación de primeros flóculos N.A. N.A. N.A.






129








Test de jarras



Álcali 3 ml de cal 8 ml 10 ml Ayuda coagulante 15 ml 15 ml 15 ml

Álcali 2 150 ml 150 ml 150 ml Formación de primeros flóculos N.A. N.A. N.A.






130








Test de jarras



Álcali - 30 ml de cal 20 ml Ayuda coagulante 10 ml 15 ml 20 ml

Álcali 2 150 ml 150 ml 150 ml Formación de primeros flóculos N.A. 2 minutos. 2 minutos.



Se generó reacción y forma pequeños flocs.



131







Ayuda coagulante Polielectrolíto aniónico y catiónico Álcali 2 Hidróxido de sodio (NaOH)

Test de jarras



Álcali 10 ml de cal 26 ml de cal 10 ml Ayuda coagulante - 10 ml 10 ml

Álcali 2 150 ml 150 ml 150 ml Formación de primeros flóculos 2 minutos. 2 minutos. 2 minutos.



Se generó reacción y forma pequeños flocs..



132

Se utilizaron diferentes dosis de carbonato de magnesio para los test de jarras, los cuales iban desde los 3 ml hasta 10 ml, con un incremento gradual de la cal y 15 ml constante de Polielectrolíto aniónico / catiónico, pero no se generaba ninguna reacción para la coagulación, floculación y clarificación del agua.

En estos ensayos se utilizó hidróxido de sodio para alcanzar un pH superior a 10.8, ya que el pH alcalino es ideal para que el carbonato de magnesio pueda actuar como coagulante. Debido a que el agua residual se le agrego peróxido de hidrogeno, el pH bajo a 6.84, con lo cual cada 10 ml de NaOH subían el pH en promedio entre 0.25 y 0.30.

Figura 21. Test de jarra con carbonato de magnesio


Se observó durante el ensayo número 8 la formación de pequeños flocs, pero estos no se aglomeraban, ni subían a la superficie del agua residual. La proporción de coagulante fue de 10 ml, 30 ml de cal, un cantidad superior a la utilizada con cualquier prueba de sulfato ferroso y 15 ml de Polielectrolíto aniónico / catiónico. el agua residual se saturaba con una alta cantidad de productos químicos para poder obtener un resultado mínimo.

133

El agua residual tomaba una coloración blanca al agregar el carbonato de magnesio y la cal, y se tornaba más espesa por la acción de todos los productos químicos utilizados en el tratamiento.

Para los ensayos número 9, 10, 11 y 12, los resultados no variaron al agregar diferentes cantidades de sulfato ferroso, cal y Polielectrolíto; se generaban pequeños flocs en la parte inferior del vaso de precipitado, pero la reacción no era suficiente para que se generaran flocs capaces de subir a la superficie del agua y compactarse.

Es decir, tratar el agua residual de Henkel con carbonato de magnesio no es adecuado, debido a las características generales que presenta el agua, lo cual hace necesario en primera medida utilizar álcalis para estabilizar el pH al rango adecuado para el tratamiento y después agregar una cantidad considerable de productos químicos para alcanzar un resultado que con otras sustancias se pueden alcanzar con menores proporciones.

Para encontrar un tratamiento con carbonato de magnesio que se adapte al agua residual de la empresa, es necesario un estudio minucioso de las características del agua en el instante del tratamiento y considerar un amplio número de elementos químicos que pueden afectar el rendimiento de este compuesto.

En las pruebas con carbonato de magnesio se utilizó una concentración del 23.05%, la cual es expresada en la siguiente ecuación.

El volumen de 25 gramos de carbonato de magnesio es:

2,96 g

cm3 =25 g

V

V = 25 g

2,96 g

cm3

= 8,4459 ml de carbonato de magnesio


Volumen disolución = 100 ml agua + 8,4459 ml de carbonato de magnesio

134


El porcentaje de concentración es:

% Masa Volumen⁄ = 25 g de carbonato de magnesio

108,4459 ml disolución X 100 = 23,05%


2,21 g

cm3 =25 g

V

V = 25 g

2,21 g

cm3





% Masa Volumen⁄ = 25 g de 411,3122 ml disolución

X 100 = 6.07%

135





Productos químicos para tratamiento de agua r esidual Coagulante Sulfato de aluminio tipo A ( 25 g diluidos en 100 ml de agua)





Coagulante 5 ml 10 ml 15 ml Álcali 10 ml 10 ml 10 ml

Ayuda coagulante 15 ml 10 ml 10 ml Formación de primeros flóculos 1 minuto. N.A. N.A.




en 2 minutos.


No se genera coagulación. No se genera coagulación.


136









4 5 6 Producto químico Oxidante 5 litros de Peróxido de hidrogeno para 60 litros de agua residual

Coagulante 20 ml 2,5 ml 5 ml Álcali 10 ml de cal 10 ml 5 ml

Ayuda coagulante 15 ml 10 ml 5 ml Formación de primeros flóculos N.A. 1 minuto. 1 minuto.


No se genera coagulación.








137

La concentración de sulfato de aluminio en todos los ensayos fue del 23%, tal como se puede observar en la ecuación.

El volumen de 25 gramos de sulfato de aluminio es:

2,67 g

cm3 =25 g

V

V = 25 g

2,67 g

cm3

= 9,3632 ml de sulfato de aluminio


Volumen disolución = 100 ml agua + 9,3632 ml de sulfato de aluminio


La concentración de la disolución es:

% Masa Volumen⁄ = 25 g de sulfato de aluminio

109,3632 ml disolución X 100 = 22,85% ≈ 23%


2,21 g

cm3 =25 g

V

V = 25 g

2,21 g

cm3


138

El volumen total de la disolución es:




% Masa Volumen⁄ = 25 g de 411,3122 ml disolución

X 100 = 6.07%

Las pruebas con sulfato de aluminio comenzaron con cuatro test de jarras, la número 1 contenía la menor cantidad de coagulante y realizó un proceso inmediato de coagulación, floculación y clarificación. Los ensayos 2, 3 y 4 no tuvieron ninguna reacción.

Teniendo en cuenta lo anterior, para cantidades superiores de 10 ml de sulfato de aluminio, no producen algún resultado favorable para el tratamiento. Mientras, que para cantidades iguales o inferiores a 5 ml de sulfato de aluminio, se realiza la coagulación del agua y el floc generado sube más rápido a la superficie.

Figura 22. De derecha a izquierda, ensayo 1, 2, 3 y 4 con sulfato de aluminio


139

En el test número 5 se bajó la cantidad de coagulante a 2.5 ml de sulfato de aluminio, combinado con 10 ml de cal y 10 ml de polielectrolíto; al igual que en el ensayo número 1, se produjo una rápida coagulación, con un floc más compacto que ocupaba 1/3 del espacio total del vaso de precipitado. El agua se clarifico un poco más, removió una mayor cantidad de sólidos suspendidos totales y disueltos.

El ensayo número 6 tuvo el mismo desempeño que la prueba anterior, solo que se adiciono 5 ml de sulfato de aluminio, se bajó la cantidad de cal y polielectrolíto a 5 ml. La diferencia principal es que el floc no era muy compacto y ocupaba 2/3 del vaso de precipitado, y solo 1/3 era agua clarificada.

El floc en los diferentes ensayos toma un color blanco espumoso, siendo menos rígido que el generado con el sulfato ferroso. Cabe destacar que el sulfato de aluminio no genera una reacción de Fenton, un punto a favor, ya que no produce una fuerte reacción expresada en el aumento de la espuma, incremento de la temperatura, alta liberación de gases y el desborde del agua fuerte de su recipiente de almacenamiento.

Figura 23. Ensayo número 5 con sulfato de aluminio


140

Figura 24. De derecha a izquierda, ensayo número 1 y 5 con sulfato de aluminio


Figura 25. De izquierda a derecha, ensayo número 1 y 5 con sulfato de aluminio


De los ensayos realizados con sulfato de aluminio se escogió el número 1 y 5 para llevar a cabo las pruebas de análisis de contenido de cloruros, para verificar la concentración final después de haber realizado el tratamiento de agua.

141



suspendidos totales

1 7.79 2.225 21.3 °C 425 mg / L

5 8.44 675 20.9 °C 350 mg / L


La siguiente tabla compara la muestra de agua residual antes de recibir el tratamiento y los resultados alcanzado después del tratamiento con sulfato de aluminio, peróxido de hidrogeno, cal y polielectrolíto aniónico / catiónico.


Muestra patrón N° N° de prueba

2 1 5

pH 8,61 7.79 8.44

Color 56.100 UPC 2.225 UPC 675 UPC

Sólidos suspendidos totales 4.000 mg / L 425 mg / L 350 mg / L


Los sólidos suspendidos totales en la muestra de la prueba 1 disminuyeron un 89.36%, para la prueba número 5 los sólidos suspendidos totales disminuyeron 91.25%.

Para la prueba 1, hubo una disminución del 96.03% del color total. Mientras que para la prueba 5, la disminución de la coloración del agua fue del 98.80%.

En el caso del pH, la prueba 1 tuvo una disminución de 0.82, acercándose a un valor neutro de 7. Por otra parte, la muestra 5, disminuyo 0.17, estando es una escala alcalina.

142



Temperatura 23,4°C Color 9.750 UPC Tamaño de la muestra 10 L Sólidos suspendidos 1.500 mg / L

Sólidos disueltos 951 mg / L - -



Oxidante 2 Hipoclorito de calcio Ayuda coagulante Polielectrolíto aniónico y catiónico

Test de jarras


Oxidante 0.833 litros de Peróxido de hidrogeno para 10 litros de agua residual Oxidante 2 2 ml 2 ml 1 ml Coagulante 1 ml 2 ml 3 ml

Álcali 0.5 ml 0.5 ml 0,5 ml Ayuda coagulante 10 ml 10 ml 10 ml

Formación de primeros flóculos 20 segundos 20 segundos 10 segundos




2 / 8 de la jarra se clarifica en 30

segundos.


1 / 2 de la jarra se clarifica en 1,5 minutos.




143








Test de jarras

N° de jarra 4 5 6 Producto químico Oxidante 0.833 litros de Peróxido de hidrogeno para 10 litros de agua residual

Oxidante 2 1 ml 1 ml 1 ml Coagulante 1 ml 2 ml 3 ml

Álcali 2 ml 3 ml 4 ml Ayuda coagulante 10 ml 10 ml 10 ml

Formación de primeros flóculos 1 minuto 1 minuto 1 minuto










clarifica en 2,5 minutos.


144

Se tomó una nueva muestra de agua residual de 10 litros directamente de la tubería de entrada de la PTAR para los ensayos de jarras; al igual que con la muestra anterior, se oxido por dos horas con peróxido de hidrogeno antes de utilizar los coagulantes, en este caso se añadieron 0.833 litros para conservar las proporciones de oxidante según el volumen de la muestra.

Para las pruebas con las muestras de agua residual número 3, se decidió utilizar hipoclorito de calcio para ver el efecto de este compuesto al momento de clarificar el agua, debido a que su efecto oxidante ayuda a disminuir el color en una muestras saturada con colorantes.

Los test 1, 2 y 3 presentaron una pequeña generación de espuma color marrón al momento de agregar el sulfato ferroso, pero disminuyo rápidamente; para los tres casos la formación de floc fue inferior al primer minuto de haber agregado todos los productos químicos del tratamiento. El floc se aglomera de manera similar en las tres muestras, ocupando un espacio equivalente a 1/3 del vaso de precipitado o jarra, el otro 2/3 es agua clarificada.

Los tres ensayos iniciales tiene un buen comportamiento al momento de clarificar el agua residual, pero la que mejor efecto tuvo, la número 3, con 3 ml de sulfato ferroso y 1 ml de hipoclorito de calcio.

Figura 26. De derecha a izquierda, ensayo 1, 2 y 3


El floc sobre la superficie de la jarra era compacto y al agitarlo para verificar su capacidad de compactarse nuevamente, lo lograba en un tiempo inferior a los dos minutos. Visualmente el color se redujo en las tres muestras pero la que mejor resultado alcanzo fue la prueba 3; este resultado pudo mejorar si

145

el agua pasaba a través de diferentes filtros, tanto de carbón activado como de arena.

El comportamiento de los ensayos 4, 5 y 6 es similar al de los tres primeros ensayos, la diferencia principal es el aumento de la cantidad de cal para ayudar a la aceleración de aglomeración del floc sobre la superficie.

Figura 27. De derecha a izquierda, agua clarificada de ensayo 1, 2 y 3


Figura 28. De derecha a izquierda, ensayo 1, 2 y 3 con floc


Los resultados del tratamiento en las tres pruebas iniciales en cuanto a pH, color, sólidos suspendidos y temperatura fueron los siguientes:

146



suspendidos totales

1 7.96 1.550 21.1 °C 325 mg / L 2 8.37 1.350 20.4 °C 350 mg / L 3 7.09 525 22.1 °C 200 mg / L




Muestra patrón N° N° de prueba 3 1 2 5

pH 9,62 7.96 8.37 7.09 Color 9.750 UPC 1.550 UPC 1.350 UPC 525 UPC

Sólidos suspendidos

totales 1.500 mg / L 325 mg / L 350 mg / L 100 mg / L


Los sólidos suspendidos totales en la muestra de la prueba 1 disminuyeron un 78.33%, para la prueba número 2 los sólidos suspendidos totales disminuyeron 76.67%, y para la prueba 3 la disminución fue de 93.33%.

Para la prueba 1, hubo una disminución del 84.10% del color total. Mientras que para la prueba 2, la disminución de la coloración del agua fue del 86.15%. Y para la prueba 3, bajo el nivel de color 94.61%.

En el caso del pH, la prueba 1 tuvo una disminución de 1.66, acercándose a un valor neutro de 7; la muestra 2 disminuyo 1.25 y la muestra 3 disminuyo 2.53.

147








Test de jarras


Oxidante 0.833 litros de Peróxido de hidrogeno para 10 litros de agua residual Coagulante 2,5 ml 3 ml 3,5 ml Oxidante 2 1 ml 2 ml 2 ml


Formación de primeros flóculos 1 minuto. 1 minuto. 1 minuto.




en 3 minutos.




en 3 minutos.




en 3 minutos.



148








Test de jarras


Oxidante 0.833 litros de Peróxido de hidrogeno para 10 litros de agua residual Coagulante 2 ml 2 ml 2 ml Oxidante 2 10 ml 15 ml 20 ml


Formación de primeros flóculos N.A. N.A. N.A.

Tamaño y tiempo de clarificación (elevación en base a jarra) No se genera coagulación. No se genera coagulación. No se genera coagulación.


149

Los ensayos 1, 2 y 3 presentan el mismo comportamiento al momento de generar los primeros flóculos en la parte inferior del vaso de precipitado antes del primer minuto de haber adicionado los productos químicos, a causa de que la cantidad de diferencia de sulfato de aluminio es apenas de 1 ml entre el ensayo 1 y 3. El floc producido tiende a ser de color blanco, espumoso y compacto.

El agua residual comenzado la experimentación tenía una coloración rojiza intensa con una alta turbiedad. Después del tratamiento con sulfato de aluminio, persistía la coloración rojiza, pero en menor proporción; y la turbiedad también disminuyo.

El objetivo de utilizar hipoclorito de calcio era clarificar las muestras de agua residual, porque es un compuesto con un alto poder oxidante y capaz de reducir la coloración en intervalos de tiempos cortos (minutos).

Figura 29. De derecha a izquierda, ensayo 1, 2 y 3 con sulfato de aluminio


Figura 30. De derecha a izquierda, ensayo 1, 2 y 3 con sulfato de aluminio


150

Los ensayos 4, 5 y 6 no presentaron coagulación , floculación y clarificación del agua residual.

Los resultados del tratamiento en las tres pruebas iniciales en cuanto a pH, color, sólidos suspendidos y temperatura fueron los siguientes:



suspendidos totales

1 9.20 2.825 20 °C 325 mg / L 2 9.11 2.700 20.2 °C 150 mg / L 3 9.05 3.125 20.2 °C 75 mg / L




Muestra patrón N° N° de prueba 3 1 2 5

pH 9,62 9.20 9.11 9.05 Color 9.750 UPC 2.825 UPC 2.700 UPC 3.125 UPC

Sólidos suspendidos

totales 1.500 mg / L 325 mg / L 150 mg / L 75 mg / L


Los sólidos suspendidos totales en la muestra de la prueba 1 disminuyeron un 78.33%, para la prueba número 2 los sólidos suspendidos totales disminuyeron 90%, y para la prueba 3 la disminución fue de 95%.

Para la prueba 1, hubo una disminución del 71.03% del color total. Mientras que para la prueba 2, disminuyo la coloración del agua un 72.31%. Y para la prueba 3, bajo el nivel de color 67.94%.

151

En el caso del pH, la prueba 1 tuvo una disminución de 0.42, acercándose a un valor neutro de 7; la muestra 2 disminuyo 0.51 y la muestra 3 disminuyo 0.57.

Se seleccionan los ensayos 1 y 3 para verificar la concentración de cloruros; se descarta el número dos debido a que sus resultados son similares a la prueba 1.

7.2 RESULTADOS Y ANÁLISIS DE CONCENTRACIÓN DE CLORUROS

Tras haber realizado los test de jarra con los diferentes coagulantes, se continuo con los análisis argentométricos para conocer cuál fue la concentración de cloruros del agua residual después del tratamiento.

En esta etapa se utilizó un elemento adicional con el fin de disminuir la mayor cantidad de cloruros, se trata de una resina de intercambio iónico que tiene como fin eliminar los aniones presente en el agua residual. Antes de agregar la resina, es necesario activarla con hidróxido de sodio en una concentración entre el 3% y 5%, y lavarla con abundante agua destilada para eliminar cualquier impureza y excesos del regenerante (NaOH), específicamente por cada litro de resina es indispensable lavar con 40 litros de agua destilada.

Debido al tamaño de la resina de intercambio iónico, se requirió de filtros, un manifold, un Erlenmeyer con desprendimiento lateral y un bomba de vacío para el lavado de la resina.

Figura 31. Equipo para lavado de resina de intercambio iónico


Figura 32. Manifold con resina de intercambio iónico

152


Figura 33. Lavado de resina de intercambio iónico


Terminado el proceso de activación y lavado de la resina; cada muestra de agua residual tratada se dividió en dos partes, una muestra sin resina de intercambio iónico y otra muestra con resina de intercambio iónico, con el objetivo de verificar si existe alguna diferencia importante en la concentración de cloruros al utilizar este elemento.

Antes de realizar el análisis argentométrico de todas las muestras de agua residual, se estableció un blanco por medio de la titulación de cuatro muestras compuestas por agua destilada y solución indicadora, tal como lo menciona el standard methods for the examination of water and Wastewater. Los cuatro resultados se promediaron y se obtuvo un valor de 0.5 ml como blanco, indispensable para realizar las operaciones matemáticas.

153

Tabla 42. Blanco para análisis de cloruros

Prueba N° Cantidad consumida (ml) 1 0.3 ml 2 0.5 ml 3 0.4 ml 4 0.8 ml

Promedio 0.5 ml


Posteriormente se procedió a estandarizar la solución de nitrato de plata con cloruro de sodio analítico para conocer la normalidad real de la solución; al igual que el blanco, se realizó cuatro titulaciones y el promedio de los resultados.

• Estandarización 1

n = �0,824 g NaCl� 1 mol NaCl58.44 g Na Cl

� =0.0141 mol NaCl

N = 0,0141 mol NaCl

0,940 L=0.0150 N



� =0.0141 mol NaCl

N = 0,0141 mol NaCl

0,960 L=0.0147 N

154



� =0.0141 mol NaCl

N = 0,0141 mol NaCl

0,93 L=0.0152 N



� =0.0141 mol NaCl

N = 0,0141 mol NaCl

0,95 L=0.0148 N

N promedio = 0.0150 + 0.0147 + 0.0152 + 0.0148

4= 0.0149 N

Mientras que el error estadístico esta expresado por medio de la siguiente ecuación.

% error = |Valor experimental- Valor teórico||Valor teórico| X 100

% error = |0.0149 - 0.0141||0.0141| X 100

% error = 5.6737%

155

La normalidad de la solución de nitrato de plata está en 0.0149 N, con este valor se realizaron los cálculos matemáticos de la concentración de cloruros en el agua residual sin tratar y después de recibir el tratamiento.

Tabla 43. Concentración de cloruros de agua residual patrón

Muestra patrón Concentración de cloruros (mg / L) 1 N.A. 2 3.219,409475 mg/L Cl- 3 113,564075 mg/L Cl-


En la titulación de cada muestra de agua residual fue necesario agregar una determinada cantidad de solución de nitrato de plata para que la solución indicadora cambiara de color a rojo ladrillo. La siguiente tabla contiene los mililitros consumidos en cada titulación.

Tabla 44. Volumen de nitrato de plata en titulación

N° de muestra

Volumen de titulación de muestra sin resina

Volumen de titulación de muestra con resina

1 35,2 ml 45 ml 2 45 ml 51 ml 3 29 ml 50 ml 4 30 ml 40,8 ml 5 29 ml 44 ml 6 30 ml 55 ml 7 32 ml 59 ml 8 58 ml 70 ml 9 88 ml 77 ml


156

Tabla 45. Concentración de cloruros después de tratamiento

N° Tratamiento Concentración de cloruros (mg/L Cl -) sin resina

Concentración de cloruros (mg/L Cl -) con resina

1

5 litros de H2O2 en 60 litros de agua residual. 1 ml de sulfato ferroso.

1 ml de cal. Entre 10 y 15 ml de polielectrolíto aniónico / catiónico.

183,287135 mg/L Cl- 235,051225 mg/L Cl-

2

5 litros de H2O2 en 60 litros de agua residual. 1 ml de H2O2 extra.

3 ml de sulfato ferroso. 2 ml de cal.

Entre 10 y 15 ml de polielectrolíto aniónico / catiónico.

235,051225 mg/L Cl- 266,743525 mg/L Cl-

3

5 litros de H2O2 en 60 litros de agua residual. 5 ml de sulfato de aluminio.

10 ml de cal. 15 ml de polielectrolíto aniónico / catiónico.

150,538425 mg/L Cl- 261,461475 mg/L Cl-

4

5 litros de H2O2 en 60 litros de agua residual. 2,5 ml de sulfato de aluminio.


155,820475 mg/L Cl- 212,866615 mg/L Cl-

5

0,833 litros de H2O2 en 10 litros de agua residual. 1 ml de sulfato ferroso.

2 ml de hipoclorito de calcio. 0,5 ml de cal.

10 ml de polielectrolíto aniónico / catiónico.

150,538425 mg/L Cl- 229,769175 mg/L Cl-

6




155,820475 mg/L Cl- 287,871725 mg/L Cl-


157

Tabla 44. Concentración de cloruros en agua residual después de tratamiento

N° Tratamiento Concentración de cloruros (mg/L) sin resina

Concentración de cloruros (mg/L) con resina

7




166,384575 mg/L Cl- 308,999925 mg/L Cl-

8

0,833 litros de H2O2 en 10 litros de agua residual. 2,5 ml de sulfato de aluminio. 1 ml de hipoclorito de calcio.


303,717875 mg/L Cl- 367,102475 mg/L Cl-

9

0,833 litros de H2O2 en 10 litros de agua residual. 3,5 ml de sulfato de aluminio. 2 ml de hipoclorito de calcio.


462,179375 mg/L Cl- 404,076825 mg/L Cl-


158

Figura 34. Muestra de agua residual patrón y muestras de agua residual tratada


La resina de intercambio iónico al ser agregada al agua residual se desplazaba rápidamente de arriba abajo, formando una capa en la parte inferior del recipiente y otra en la parte superior, donde las esferas de la resina se desplazaban a través del fluido.

Figura 35. Movimiento de resina de intercambio iónico

Superficie


Los resultados reflejan que al utilizar coagulantes alternativos al cloruro férrico, es posible bajar los cloruros hasta 250 mg/L o menos, lo cual es un resultado importante, pensando en el cambio de tratamiento que sea eficaz para disminuir los cloruros hasta los parámetros establecidos por la ley.

159

8. PROPUESTA

Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en los experimentos de laboratorio, el sulfato ferroso y el sulfato de aluminio son coagulantes propicios para tratar el agua residual de Henkel, ya sea aquella con altos contenidos de sólidos suspendidos totales, sólidos disueltos, coloración elevada o baja (UPC), concentración de cloruros altas, entre otras variables importantes al momento de llevar a cabo el tratamiento. Con base en lo anterior, se plantean tres propuestas de tratamiento para el agua residual de Henkel.

Tabla 46. Propuesta 1

Elemento Descripción Coagulante Sulfato ferroso.

Álcali Cal. Oxidante Peróxido de hidrogeno.

Ayuda coagulante Polielectrolíto aniónico – catiónico.



Elemento Descripción Coagulante Sulfato de aluminio tipo A.

Álcali Cal. Oxidante Peróxido de hidrogeno.




Elemento Descripción Coagulante Sulfato ferroso.

Álcali Cal. Oxidante 1 Peróxido de hidrogeno. Oxidante 2 Hipoclorito de calcio



160


Elemento Descripción Coagulante Sulfato de aluminio tipo A.

Álcali Cal. Oxidante 1 Peróxido de hidrogeno. Oxidante 2 Hipoclorito de calcio



• Partes por millón (ppm) de sulfato ferroso en la disolución fue:

ppm: mgL

= 25 g

108,8028 ml X

1.000 mg1 g

= 25.000 mg

108,8028 ml

ppm: 25.000 mg

108,8028 ml X

1.000 ml1L

= 229.773,4985 mg

L = 229773,4985 ppm

• Partes por millón (ppm) de sulfato de aluminio en la disolución fue:

ppm: mgL

= 25 g

109,3632 ml X

1.000 mg1 g

= 25.000 mg

109,3632 ml

ppm: 25.000 mg

109,3632 ml X

1.000 ml1L

= 228.596,0908 mg

L = 228596,0908 ppm

• Partes por millón (ppm) de hidróxido de calcio en la disolución fue:

ppm: mgL

= 25 g

411,3122 ml X

1.000 mg1 g

= 25.000 mg

411,3122 ml

161

ppm: 25.000 mg

411,3122 ml X

1.000 ml1L

= 60.781,0807 mg

L = 60781,0807 ppm

Si se preparará una disolución de 500 litros (volumen de recipientes utilizados en la PTAR para realizar disoluciones), con una concentración similar de sulfato ferroso, sulfato de aluminio e hidróxido de calcio de las pruebas de laboratorio, se requiere de las siguientes cantidades de masa.

• Sulfato ferroso.

ppm: mgL

229.773,4985 mg

L=

mg500 L

�500 L� �229.773,4985 mgL

� = mg

mg = 114.886.749,3 mg

114.886.749,3 mg X1 g

1000 mg X 1 Kg

1000 g= 114,8867 Kg

• Sulfato de aluminio.

ppm: mgL

228.596,0908 mg

L=

mg500 L

162

�500 L� �228.596,0908 mgL

� = mg

mg = 114.298.045,4 mg

114.298.045,4 mg X1 g

1000 mg X 1 Kg

1000 g= 114,2980 Kg

• Hidróxido de calcio

ppm: mgL

60.781,0807 mg

L=

mg500 L

�500 L� �60.781,0807 mgL

� = mg

mg = 30.390.540,35 mg

30.390.540,35 mg X1 g

1000 mg X 1 Kg

1000 g= 30,3905 Kg

Tabla 50. Concentración de compuestos químicos

Descripción Concentración en pruebas Kg necesarios en 500 litros de disolución

Sulfato ferroso 229.773,4985 ppm 114,8867 Kg

Sulfato de aluminio 228.596,0908 ppm 114,2980 Kg

Cal. 60.781,0807 ppm 30,3905 Kg


163

En promedio, la PTAR realiza el tratamiento de 52 m3 diarios y en el mes de 1.560 m3. Estos datos son de referencia para realizar los costos que conllevaría implementar un tratamiento de agua residual de acuerdo a los tres tratamientos propuestos con base en los resultados de laboratorio alcanzados.

Para calcular la cantidad de coagulante, floculante, ayuda coagulante y oxidante necesarios para tratar 52 m3 (52.000.000 ml o 52.000 L) de agua residual se requiere de la siguiente ecuación:

Cantidad consumida �L� =(L de compuesto en test de jarra)(52.000 L de agua residual)

(0.4 L agua residual de test de jarra)

Por ejemplo, la cantidad de sulfato ferroso adecuada para tratar 400 ml de agua residual es 3 ml. Entonces, para tratar 52 m3 de agua residual es necesario utilizar 390 litros de sulfato ferroso con una concentración de 229.773,4985 ppm.

Cantidad consumida �L� = (0,003 L de sulfato ferroso)(52.000 L de agua residual)(0.4 L agua residual de test de jarra)

Cantidad consumida �L� = 156 L2

0.4 L

Cantidad consumida �L� = 390 Litros de sulfato ferroso

Reemplazando la información de cada compuesto químicos en la ecuación, da como resultado los datos de la siguiente tabla, donde se muestra el consumo diario y mensual de los coagulantes, ayudas coagulantes y oxidantes para la preparación de las disoluciones necesarias para el tratamiento en la PTAR.

164

Tabla 51. Consumo por día y mes de compuestos químicos Consumo por día Consumo mensual

N° propuesta Compuesto Cantidad de Kg para

disolución de 500 L

Cantidad de disolución a consumir por día (52

m3)

Cantidad de Kg para producción mensual de

disolución

Cantidad de disolución a consumir por mes

(1560 m3)

Propuesta 1

Sulfato ferroso 114,8867 Kg 390 L 2.688,35 Kg 11.700 L

H2O2 N.A. 4.333,33 L N.A. 130.000 L

Cal. 30,3905 Kg 260 L 474,09 Kg 7.800 L

Polielectrolíto 0,4 Kg 1.950 L 46,8 Kg 58.500 L

Propuesta 2

Sulfato de aluminio. 114,2980 Kg 650 L 4.457,622 Kg 19.500 L

H2O2 N.A. 4.333,33 L N.A. 130.000 L

Cal. 30,3905 Kg 1.300 L 2.370,459 Kg 39.000 L


Propuesta 3

Sulfato ferroso 114,8867 Kg 390 L 2.688,35 Kg 11.700 L

H2O2 N.A. 4.331,6 L N.A. 129.948 L

Hipoclorito de calcio 20 Kg 260 L 312 Kg 7.800 L

Cal. 30,3905 Kg 65 L 118,52 Kg 1.950 L


Propuesta 4

Sulfato de aluminio 114,2980 Kg 4.550 L 31.203,354 Kg 136.500 L

H2O2 N.A. 4.331,6 L N.A. 129.948 L

Hipoclorito de calcio 20 Kg 260 L 312 Kg 7.800 L

Cal. 30,3905 Kg 1.300 L 2.370,459 Kg 39.000 L



165

Todos los aspectos que involucra el tratamiento de agua residual, como el personal encargado de la PTAR, las materias primas, los monitores diarios, entre otros conceptos, son proporcionados por un proveedor autorizado por Henkel. Los precios del sulfato ferroso y sulfato de aluminio son precios habituales del mercado y los precios de los otros elementos necesarios para el tratamiento son establecidos por la compañía que realiza el tratamiento de aguas residuales dentro de Henkel.

El precio promedio de sulfato de aluminio en una presentación de 25 kilogramos es de $45.300 y el precio promedio del mercado del sulfato ferroso en una presentación de 25 kilogramos es de $52.100. Es decir, el precio por kilogramo de sulfato de aluminio es $2.087 y el precio por kilogramo de sulfato ferroso es de $1.812.

Tabla 52. Costos de propuesta 1


Descripción Cantidad mensual (Kg)

Valor unitario (Kg) Valor total

Sulfato ferroso 2.688,35 Kg $ 1.812 $ 4.871.290,20

Peróxido de hidrogeno 130.000 L = 155.350 Kg $ 7.818 $1.214.526.300,00

Cal. 474,09 Kg $ 1.954 $ 926.371,86

Polielectrolíto 46,8 Kg $ 14.942 $ 699.285,60

Secuestrante de metales 0,83 Kg $ 77.611 $ 64.417,13

Floculante lodos 14,51 Kg $ 14.690 $ 213.151,90

Antiespumante 5,52 Kg $ 39.641 $ 218.818,32

Limpiador 5,98 Kg $ 4.666 $ 27.902,68

Kit de reactivos analíticos de parámetros 1 $ 789.029 $ 789.029,00

Monitoreo técnico 1 $ 418.211 $ 418.211,00

Personal de trabajo (3 turnos – 24 horas) 1 $ 6.990.719 $ 6.990.719,00

Total $1.229.745.496,69

166

El compuesto químico que eleva los costos dentro del tratamiento de agua residual es el peróxido de hidrogeno, porque es el elemento con el consumo más alto en relación a los demás; la concentración de este compuesto es del 50% (densidad: 1.195 g/cm3). El segundo elemento más costoso es el sulfato de aluminio, en comparación con el peróxido de hidrogeno, el coagulante es más económico.



Descripción Cantidad mensual (Kg)

Valor unitario (Kg) Valor total

Sulfato de aluminio. 4.457,622 Kg $ 2.087 $ 9.303.057,11

Peróxido de hidrogeno 130.000 L = 155.350 Kg $ 7.818 $1.214.526.300,00

Cal. 2.370,459 Kg $ 1.954 $ 4.631.876,89





Limpiador 5,98 Kg $ 4.666 $ 27.902,68

Kit de reactivos analíticos de parámetros

1 $ 789.029 $ 789.029

Monitoreo técnico 1 $ 418.211 $ 418.211

Personal de trabajo (3 turnos – 24 horas) 1 $ 6.990.719 $ 6.990.719

Total $1.237.882.768,63

167



Al igual que en la propuesta 1 y propuesta 2, el compuesto químico que eleva los costos del tratamiento es el peróxido de hidrogeno, seguido por el hipoclorito de calcio. El peróxido de hidrogeno al ser un fuerte oxidante es ideal para oxidar el agua residual de Henkel y combinado con el hipoclorito de calcio es posible clarificar el agua residual en un alto grado. Pero por temas de costos es necesario replantear las cantidades de dosificación del peróxido de hidrogeno y de esta manera reducir los costos hasta un punto en donde la empresa pueda realizar un tratamiento económicamente viable.

Descripción Cantidad mensual (Kg) Valor unitario (Kg) Valor total

Sulfato ferroso 2.688,35 Kg $ 1.812 $ 4.871.290,20

Peróxido de hidrogeno 129.948 L = 155.287,86 Kg $ 7.818 $1.214.040.489,48

Hipoclorito de calcio 312 Kg $ 7.818 $2.439.216,00

Cal. 118,52 Kg $ 1.954 $ 231.588,08





Limpiador 5,98 Kg $ 4.666 $ 27.902,68

Kit de reactivos analíticos de parámetros 1 $ 789.029 $ 789.029



Total $1.230.771.023,19

168



Para conocer el incremento o disminución de los costos en el tratamiento de agua residual, es necesario realizar la comparación de costos entre el tratamiento actual que lleva a cabo Henkel y las propuestas plasmadas en el trabajo. Por ende, la siguiente tabla muestra el promedio mensual de reactivos consumidos en la PTAR y los costos que representan.

Descripción Cantidad mensual (Kg) Valor unitario (Kg) Valor total

Sulfato de aluminio. 31.203,354 Kg $ 2.087 $ 65.121.399,80

Peróxido de hidrogeno 129.948 L = 155.287,86 Kg $ 7.818 $1.214.040.489,48

Hipoclorito de calcio 312 Kg $ 7.818 $2.439.216,00

Cal. 2.370,459 Kg $ 1.954 $ 4.631.876,89





Limpiador 5,98 Kg $ 4.666 $ 27.902,68

Kit de reactivos analíticos de parámetros 1 $ 789.029 $ 789.029



Total $1.295.421.421,59

169

Tabla 56. Consumo de reactivos y costos de tratamiento actual


Como lo muestra la tabla anterior, el costos promedio mensual del tratamiento actual de aguas residual de Henkel, ronda los $ 20.665.710, un precio económico en comparación de los tres tratamientos propuestos. Principalmente el gran diferenciador es el peróxido de hidrogeno, como se mencionó anteriormente, este es el elemento que eleva excesivamente los costos. En cuanto a los coagulantes, el precio del cloruro férrico y el sulfato ferroso se diferencian por $ 56, mientras que la diferencia de precios entre el cloruro férrico y el sulfato de aluminio es de $ 219.

Descripción Cantidad mensual Valor unitario (Kg) Valor total

Cloruro férrico 677,47 Kg $ 1.868 $ 1.265.523

Hipoclorito de calcio 1323,42 Kg $ 7.818 $ 10.346.537

Cal. 9,11 Kg $ 1.954 $ 17.814

Polielectrolíto 20,97 Kg $ 14.942 $ 313.408

Secuestrante de metales 0,833 Kg $ 77.611 $ 64.676

Floculante lodos 14,51 Kg $ 14.690 $ 213.189

Antiespumante 5,52 Kg $ 39.641 $ 218.686

Limpiador 5,98 Kg $ 4.666 $ 27.918

Kit de reactivos analíticos de parámetros

1 $ 789.029 $ 789.029

Monitoreo técnico Ing. Servicio 1 $ 418.211 $ 418.211

Turnos (24 horas) 1 $ 6.990.719 $ 6.990.719

Total $ 20.665.710

170

La siguiente tabla compara los costos de los cuatro propuestas de tratamiento y el tratamiento actual de aguas residuales.

Tabla 57. Incremento mensual de costos de tratamientos


Los costos de la propuesta 1 aumentan en 5.850,66%, la propuesta 2 en 5.890,03%, la propuesta 3 en 5.855,62% y la propuesta 4 en 6.168,46%. Estas cifras muestran que para llevarse a cabo las propuestas, se requiere de un alto costo, específicamente por el uso de peróxido de hidrogeno más que por la implementación de coagulantes alternativos al cloruro férrico, los cuales mantienen un precio similar al actual coagulante.

Ahora, el valor anual del tratamiento de aguas residuales actual y de las propuestas si se llegaran a poner en marcha tendrían las siguientes cifras.

Tabla 58. Incremento anual de costos de tratamientos


Tratamiento actual Propuesta 1 Propuesta 2 Propuesta 3 Propuesta 4

Costo total $20.665.710 $1.229.745.496,69 $1.237.882.768,63 $1.230.771.023,19 $1.295.421.421,59

Incremento con

respecto al costos

actual

0% 5.850,66% 5.890,03% 5.855,62% 6.168,46%

Tratamiento actual Propuesta 1 Propuesta 2 Propuesta 3 Propuesta 4

Costo total $247.988.520 $14.756.945.960 $14.854.593.224 $14.769.252.278 $15.545.057.059

Incremento con

respecto al costos

actual

0% 5.850,66% 5.890,03% 5.855,62% 6.168,46%

171

Gráfico 6. Costo anual de tratamiento de aguas residuales


Los costos anuales calculados reflejan un valor desorbitante para la implementación de cualquiera de las cuatro alternativas propuestas. Es decir, son económicamente inviables para la empresa, ya que con este presupuestos es posible:

• Implementar otro tipo de tratamientos que sean más limpios y efectivos. • Utilizar nuevas tecnologías que permitan cumplir con otros parámetros de la Resolución 0631 de 2015 aparte del de cloruros, como por ejemplo, sistemas de intercambio iónico. • Comprar nuevas maquinarias para mejorar el tratamiento de aguas residuales actual. • Ampliar la infraestructura de la PTAR. • O por el contrario, destinar el dinero en otros temas y sectores con un impacto relevantes dentro y fuera de la compañía.

Dentro de los beneficios que se pueden esperar del cambio del cloruro férrico por sulfato ferroso o sulfato de aluminio en el tratamiento actual de aguas residuales, es la diminución de los niveles del ion cloruro, teniendo en cuenta las concentraciones iniciales altas o bajas según la condiciones en que se genere en la planta de producción. Sumado con el uso de peróxido de hidrogeno para realizar una sustitución del hipoclorito de calcio como oxidante.

Tratamientoactual Propuesta 1 Propuesta 2 Propuesta 3 Propuesta 4

Costo total $247.988.520 $14.756.945. $14.854.593. $14.769.252. $15.545.057.

$0

$2.000.000.000

$4.000.000.000

$6.000.000.000

$8.000.000.000

$10.000.000.000

$12.000.000.000

$14.000.000.000

$16.000.000.000

Costo anual de tratamiento de aguas residuales

172

Sin embargo es posible utilizar hipoclorito de calcio para realizar una clarificación más alta en aguas con un alto contenido de coloración. Otro aspecto importante dentro de los beneficios esperados es el cumplimiento de la normatividad ambiental estipulada por los entes rectores en el país acerca de estos temas.

Por otra parte, de este proyecto, surge otro tema a tener en cuenta, y es recalcular los valores de dosificación mínimos del peróxido de hidrogeno para poder disminuir los costos generales del tratamiento mensual y anual. Lo cual haría económicamente viable a futuro las propuestas planteadas con base en las pruebas de laboratorio llevadas a cabo dentro de Henkel con el sulfato de aluminio, sulfato ferroso y los otros compuestos químicos necesarios.

173

9. SOCIALIZACIÓN

Los resultados obtenidos en el tratamiento del agua residual de Henkel muestran que al utilizar coagulantes como sulfato ferroso y sulfato de aluminio es posible disminuir la concentración de cloruros hasta el valor establecido en la resolución 0631 de 2015. Dichos resultados son importantes con el fin de elegir un tratamiento adecuado a las diferentes variaciones que puede sufrir el agua residual de acuerdo a la producción de la planta.

El área interesada dentro de la empresa en conocer los resultados alcanzados en la investigación es SHE (seguridad, salud y ambiente), quienes son los encargados de manejar todos los temas relacionados con la PTAR, desde el tratamiento del agua con diferentes compuestos químicos hasta el mantenimiento de la maquinaria que en este lugar funciona. Cabe mencionar que el área está compuesta por el gerente de SHE, el jefe de SHE y los coordinadores.

Teniendo en cuenta lo anterior, SHE será el área que recibirá la información del tratamiento seleccionado, los costos que implica la implementación del tratamiento en la PTAR, las ventajas y desventajas. Esto se realizará a través de una exposición a las personas a cargo, como el gerente, el jefe y los coordinadores, quienes verán la factibilidad de implementar el tratamiento según la necesidades que requiere la empresa con base a la normatividad.

La exposición buscará ser concreta con la información suministrada y precisa en los beneficios esperados; con un tiempo máximo de 30 minutos. La exposición estará compuesta de la siguiente manera:

• Introducción referente al proyecto. • Objetivo general y objetivos específicos del proyecto. • Metodología y desarrollo de los experimentos de laboratorio. • Resultados obtenidos. • Propuesta para el tratamiento del agua residual de Henkel. • Costos de la propuesta. • Ventajas y desventajas del tratamiento de agua residual seleccionado. • Conclusiones. • Recomendaciones.

Además, se hará entrega al área del informe final del proyecto para que pueda ser utilizada como base en futuros proyectos de investigación relacionados al tratamiento del agua residual dentro de la empresa, para buscar alternativas económicamente viables, que cumplan la normatividad colombiana y que sean menos contaminantes para el medio ambiente.

174

10. CONCLUSIONES

De los tres coagulantes seleccionados para reemplazar el cloruro férrico en el tratamiento de aguas residuales de Henkel, el sulfato ferroso y sulfato de aluminio obtuvieron los mejores resultados, clarificando el agua residual, removiendo los sólidos suspendidos totales, reaccionan rápidamente en la coagulación y floculación, y disminuyen la concentración de cloruros a lo establecido en la resolución 0631 de 2015. Además, son compuestos económicamente asequibles.

La concentración de cloruros en las diferentes pruebas sin utilizar resina de intercambio iónico fueron satisfactorias, dando valores inferiores a 250 mg/L, en muestras con concentraciones de 3.219,409475 mg/L Cl- y 113,564075 mg/L Cl-. Los sólidos suspendidos totales disminuyeron hasta un 91,25% en una muestra con un concentración de 4.000 mg/L, tanto con sulfato ferroso y sulfato de aluminio. En cuanto al color, la muestra alcanzo valores de 56.100 UPC, usando sulfato ferroso la disminución de la coloración fue del 98,93% y del 98,80% con sulfato de aluminio. Para una muestra con un concentración de sólidos suspendidos totales de 1.500 mg/L, el mejor resultado estuvo en una disminución del 93,33% con sulfato ferroso y 95% con sulfato de aluminio; y con una coloración de 9.750 UPC, el valor cayo hasta 94,61% con sulfato ferroso y 72,31% con sulfato de aluminio. El pH oscilo en todas las muestras después del tratamiento en un intervalo entre 7,09 y 9,20; es decir, se mantenía alcalino.

Para tratar el agua residual de Henkel, es necesario utilizar la cantidad apropiada de coagulante, floculante, oxidantes, álcali y polielectrolítos. Hay que tener en cuenta que si se utiliza una cantidad de coagulante superior a la adecuada, no se podrá realizar la coagulación de las coloides. Por otra parte, el polielectrolíto resulta necesario para poder llevar a cabo el tratamiento completo; cuando únicamente se utiliza el oxidante y el coagulante los resultados no son favorables, lo que vuelve necesario utilizar el polielectrolíto para generar la aglomeración de las partículas sobre la superficie del líquido.

El sulfato de aluminio no genera una fuerte reacción al entrar en contacto con el peróxido de hidrogeno, lo cual es ideal si se utilizara grandes cantidades de coagulante y de oxidante en los tanques de tratamiento. Otro aspecto a tener en cuenta con este coagulante, es su baja liberación de gases y espuma.

El sulfato ferroso y sulfato de aluminio son coagulantes que se adaptan muy bien para el tratamiento del agua residual de Henkel. Entre estos dos compuestos, el sulfato ferroso es el más volátil al entrar en contacto con peróxido de hidrogeno, ya que se produce una reacción de Fenton. Si se lleva

175

a cabo un tratamiento con estos elementos a escala industrial se produciría una alta liberación de energía, la espuma generada se desbordaría fuera de los tanques donde se lleva el tratamiento y en su efecto causaría un accidente. Con base en esto, para utilizar sulfato ferroso y peróxido de hidrogeno es necesario tener en cuenta las cantidades utilizadas en el agua y contar con instalaciones capaces de manejar apropiadamente reacciones químicas.

El lodo generado por el sulfato ferroso en la superficie del agua tiende a ser más compacto y deshidratado, ocupando 1/3 del volumen total del agua residual. Si se implementará el tratamiento en la PTAR, el lodo seria removido con facilidad por las aspas superiores del tanque de coagulación y floculación, y el consumo de polímero para la deshidratación final del lodo disminuiría, porque al salir previamente con una carga menor de agua, el consumo de dicho compuesto sería menor. Asimismo, los costos disminuirían en la disposición final de los lodos y en la compra del polímero.

El lodo producido por el sulfato de aluminio no tiende a ser tan compacto y sólido como el generado por el sulfato ferroso; aunque ocupe 1/3 del volumen total del agua residual tratada, este tiene una carga mayor de agua, que representaría un aumento en los costos de consumo del polímero de deshidratación y disposición final. También, otros elemento a tener presente, es la capa de espuma que se produce sobre el lodo, que puede variar de tamaño de acuerdo a las proporciones del agua residual que se esté tratando, influyendo en la remoción con las aspas del tanque de coagulación y floculación.

Usar carbonato de magnesio no resulta viable para coagular el agua residual de Henkel, ya que para obtener una reacción mínima, es necesario utilizar grandes cantidades de carbonato de magnesio, álcali (cal) y polielectrolítos, en consecuencia se aumenta el consumo de las materias primas y sus respectivos costos. Igualmente, los tiempos del tratamiento aumentarían, ya que si el agua residual se acidifica a causa del oxidante, es necesario alcalinizarla con hidróxido de sodio hasta alcanzar un valor igual o superior a 10,8.

La resina de intercambio iónico al ser agregada en el agua residual tratada, presentaba constantes movimientos desde la superficie del líquido hasta la partes baja del vaso de precipitado. Pero la resina tuvo un efecto contrario al esperado, aumento la concentración de cloruros en el agua, ya que en su forma de suministro o sin activar contiene el ion cloruro en su superficie, porque de esta manera mantiene unas características determinadas de volumen; pero al activarse con hidróxido de sodio, el ion cloruro es intercambiado por el ion hidroxilo. Es decir, no hubo una adecuada activación

176

de la resina de intercambio iónico, afectando los resultados de las pruebas y perdiendo la posibilidad de conocer una disminución mayor del ion cloruro en el agua residual. En general, un sistema de intercambio iónico en el tratamiento del agua residual de Henkel ayudaría a disminuir la concentración de un amplio número de aniones, dotando al tratamiento de un método capaz de limpiar el agua residual aún más que si únicamente se utilizaran coagulantes, floculantes y oxidantes; pero representaría un aumento conservables en los costos del tratamiento.

El costo de implementación de cualquiera de las propuestas es demasiado elevado, ya que el peróxido de hidrogeno es el compuesto que más se consumiría para llevar a cabo la oxidación del agua residual de acuerdo en las proporciones utilizadas dentro de las pruebas de laboratorio. Esto conduce a la necesidad de buscar la cantidad mínima de oxidante para obtener un tratamiento adecuado en combinación de los coagulantes propuestos (sulfato de aluminio y sulfato ferroso). Además, con los costos mensuales y anuales de cada una de las propuestas se podría optar por otro tipo de tratamiento que no solo disminuyera la concentración de cloruros sino también actuará sobre otros parámetros y de esta manera cumplir la normatividad ambiental vigente y disminuir la contaminación generada por los vertimientos.

177

11. RECOMENDACIONES

La clarificación del agua residual tratada con sulfato ferroso y sulfato de aluminio puede ser más efectivo si se utilizan filtros de arena con niveles granulométricos diferentes y de carbón activado, con el objetivo de remover una mayor cantidad de sólidos suspendidos totales, sólidos disueltos y disminuir en su efecto el color. Los filtros deben ser adecuados para tratar la cantidad de agua que pasa diariamente a través del tratamiento, ya que si se saturan pueden afectar los resultados relacionado con los diferentes parámetros establecidos en la resolución 0631 de 2015, entre ellos el de cloruros, y aumentar los costos del tratamiento.

Buscar a través de nuevas pruebas de laboratorio la dosis mínima necesaria de cada compuesto químico para el tratamiento de aguas residuales dentro de Henkel, con base en los resultados alcanzados en el presente trabajo; y de esta manera disminuir los costos de cada uno de los tratamientos propuestos hasta que sean económicamente factibles de poner en marcha.

178

BIBLIOGRAFÍA

AGUILAR, M. I., SÁEZ, J., LLORÉNS, M., SOLER, A. & ORTUÑO, J. F. Tratamiento físico – químico de aguas residuales. Coagulación – floculación. España: Universidad de Murcia, 2002. p. 35, 114.

AMERICAN PUBLIC HEALTH ASSOCIATION, THE AMERICAN WATER WORKS ASSOCIATION y THE WATER ENVIRONMENT FEDERATION. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. Washington, 1992.

ASTM INTERNATIONAL. Designation D 1129 – 04 Standard Terminology Relating to Water1, 2. United States. 1 p.

BARKER, Geoff, SOLWAY, Andrew y ROONEY, Anne. El mundo en riegos, como salvar nuestro planeta. Colombia: Panamericana Editorial, 2012. p. 17, 20, 21. 23, 24, 25.

BLACK, Maggie. El secuestro del agua – la mala gestión de los recursos hídricos. España: Intermón Oxfam, 2005. p. 28, 31, 39, 40, 123, 125.

CASTAÑO URIBE, Carlos. Rio grande de la Magdalena: Colombia. Cali: Banco de Occidente, 2003.p. 37, 169, 170, 173.

CERDENAS LEÓN, Jorge Alonso. Calidad de aguas para estudiantes de ciencias ambientales. Colombia: Fondo de publicaciones Universidad Distrital Francisco José de Caldas, 2005. p. 111, 113.

CLAVIJO DÍAZ, Alfonso. Fundamentos de química analítica, equilibrio iónico y análisis químico. Bogotá D.C.: Universidad Nacional de Colombia, 2002. p. 460.

COLOMBIA. MISTERIO DE AMBIENTE Y DESARROLLO SOSTENIBLE. Resolución 1207 (13, Agosto, 2014). Por la cual se adoptan disposiciones relacionadas con el uso de aguas residuales tratadas. Bogotá D.C., 2014. p. 2, 7.

COMPAÑÍA, http://www.henkel.com.co/compania [Consulta: domingo, 31 de julio de 2016]

COULSON, E.H y otros. Química intercambio iónico, estudio específico. España: Editorial Reverté, S.A., 1974. p. 1, 3, 9, 15.

CONSTITUCIÓN POLÍTICA DE COLOMBIA 1991, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=4125 [Consulta: sábado, 17 de septiembre de 2016]

179

DECRETO 475 DE 1998, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=1327 [Consulta: domingo, 28 de febrero de 2016]

DECRETO 1076 DE 2015, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=62511 [Consulta: domingo, 26 de febrero de 2017

DECRETO 1449 DE 1.977, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=1503 [Consulta: sábado, 17 de septiembre de 2016]

DECRETO 1575 DE 2007, http://icbf.gov.co/cargues/avance/docs/decreto_1575_2007.htm [Consulta: lunes, 20 de marzo de 2017]




DECRETO 3930 DE 2010, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=40620 [Consulta: lunes, 20 de marzo de 2017]

ELÍAS, Xavier. Reciclaje de residuos industriales. Residuos sólidos urbanos y fangos de depuradora. 2 Ed. Madrid: Ediciones Díaz de Santos, S.A., 2.009. p. 103.

INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. Calidad del agua. Muestreo. Parte 3: directrices para la preservación y manejo de las muestras. NTC – ISO 5667 – 3, Bogotá D.C.: ICONTEC, 2.004. 25p. 5p. 6p, 16p. 7p. 13-11p

INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMALIZACIÓN Y CERTIFICACIÓN. Directrices para el diseño de programas de muestreo. NTC – ISO 5667 – 1. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1.995.

180

INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. Gestión ambiental. Agua. Procedimiento para el método de jarras en la coagulación – floculación del agua. NTC 3903, Bogotá D.C.: ICONTEC, 1.996. 2p, 3p, 5p, 6p.

INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMAS TÉCNICAS Y CERTIFICACIÓN. Gestión ambiental. Calidad del agua. Muestreo. Técnicas generales de muestreo. NTC – ISO 5667 – 2, Bogotá D.C.: ICONTEC, 1.995. 3p, 5p.

INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMALIZACIÓN Y CERTIFICACIÓN. Muestreo de aguas residuales. NTC – ISO 5667 – 10. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1.995.

INSTITUTO COLOMBIANO DE NORMALIZACIÓN Y CERTIFICACIÓN. Procedimiento para el método de jarras en la coagulación-floculación del agua. NTC 3903. Bogotá D.C.: ICONTEC, 1.996.

JIMÉNEZ CISNEROS, Blanca Elena. La contaminación ambiental en México causas, efectos y tecnología apropiada. México D.F.: Editorial LIMUSA S.A., 2.001. p. 249.

JONES, Atkins. Principios de química, los caminos del descubrimiento. Madrid: Editorial Medica Panamericana, 2006. p. F83.

LA HISTORIA DE HENKEL, http://www.henkel.com.co/compania/historia [Consulta: domingo, 31 de julio de 2016].

LATORRE ESTRADA, Emilio. Medio ambiente y municipio en Colombia. Bogotá D.C.: Cerec, 1998. p. 79, 78, 86.

LEY 9 DE 1.979, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=1177 [Consulta: sábado, 17 de septiembre de 2016]

LEY 99 DE 1.993, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=297 [Consulta: sábado, 17 de septiembre de 2016]

MARCAS Y NEGOCIOS, http://www.henkel.com.co/marcas-y-negocios [Consulta: domingo, 31 de julio de 2016]

MARÍN GALVÍN, Rafael. Fisicoquímica y microbiología de los medios acuáticos, tratamiento y control de calidad de aguas. Madrid: Ediciones Díaz de Santos, S.A.; 2003. p. 28, 29, 169. 170, 173, 183.

MCCURDY, Kevin, CARLSON, Kenneth & GREGORY, Dean. Floc morphology and cyclic shearing recovery: comparison of alum and polyaluminum chloride coagulants. En: Water Research 38, 486-494. 2.004. p. 486.

181

METCALF & EDDY, INC. Ingeniería de aguas residuales tratamiento. Vertido y reutilización Volumen I. 3 ed. Madrid: McGraw – Hill, 1.995. p. 347, 371, 370, 393. 394.

METCALF & EDDY, INC. Ingeniería de aguas residuales tratamiento. Vertido y reutilización Volumen II. 3 ed. Madrid: McGraw – Hill, 1.995. p. 566, 838.

MINISTERIO DE DESARROLLO ECONÓMICO. Reglamento técnico del sector de agua potable y saneamiento básico RAS – 2000, tratamiento de aguas residuales. Bogotá D.C., 2000. p. 6.

NOJI, Eric K. Impacto de los desastres en la salud pública. Bogotá D.C.: Panamericana Formas e Impresos S.A., 2.000. p. 69.

ORGANIZACIÓN PANAMERICANA DE LA SALUD. Nuevos métodos de tratamiento de agua memorias del simposio realizado en Asunción Paraguay. Organización Panamericana de la Salud: 1973. p. 27. 28, 29, 30.

PETRUCCI, Ralph, et al. Química general, principios y aplicaciones modernas. Madrid: Pearson educación S.A., 2011. p. 4, E10, A50, A52.

Potencial Z: Un curso completo en 5 minutos, http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/PotencialZeta _1246.pdf [Consulta: sábado, 04 de junio de 2016].

PRIETO BOLIVAR, Carlos Jaime. El agua, sus formas, efectos, abastecimiento, usos, daños, control y conservación. Bogotá D.C.: 2 Ed, Ecoe Ediciones, 2004. p. 256, 258.

RAMALHO, Rubens S. Tratamiento de aguas residuales. España: Editorial Reverté S.A., 2003. p. 606, 607.

RESOLUCIÓN 631 DE 2015, http://www.icbf.gov.co/cargues/avance/docs/resolucion_minambienteds_0631_2015.htm [Consulta: sábado, 17 de septiembre de 2016]

RESOLUCIÓN 3956 DE 2009, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=37048 [Consulta: sábado, 17 de septiembre de 2016]

RESOLUCIÓN 3957 DE 2009, http://www.alcaldiabogota.gov.co/sisjur/normas/Norma1.jsp?i=37051 [Consulta: sábado, 17 de septiembre de 2016]

RIGOLA LAPEÑA, Miguel. Tratamiento de aguas industriales – aguas de proceso y residuales. México D.F.: Alfaomega – Marcombo S.A., 1.990. p. 75, 76.

182

ROMERO ROJA, Jairo Alberto. Calidad del agua. Bogotá D.C.: Editorial Escuela Colombiana De Ingeniería, 2002. p. 116, 117, 118, 192, 195, 197, 198, 200, 206, 221, 223.

SANCHEZ TRIANA, Ernesto y URIBE BOTERO, Eduardo. Contaminación industrial en Colombia. Colombia: Tercer mundo editores, 1994. p. 29, 30, 34, 36, 44, 45, 46.

SANS FONFRÍA, Ramón y DE PABLO RIBAS, Joan. Ingeniería ambiental: contaminación y tratamientos. Bogotá D.C.: Alfaomega S.A., 1999. p. 67. 93, 94, 95, 100, 101, 102, 103, 117, 114.

SECRETARIA DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES. Estadísticas del agua en México, edición 2011. México, D.F: 2001. p. 115 – 116.

SEOANEZ CALVO, Mariano. Aguas residuales urbanas, tratamientos naturales de bajo costo y aprovechamiento. Madrid: Coedición Ediciones Mundi – Prensa, 1995. p. 28. 30, 31, 34, 36, 37, 38, 247.

WEBER, JR, Walter J. Control de calidad del agua, Procesos fisicoquímicos. España: Editorial Reverté, S,A., 1.979. p. 275.

183

AN EXOS

ANEXO A.

FOTOGRAFÍAS

Muestra de agua residual sin tratar y muestras de agua residual tratadas con sulfato ferroso (prueba 1).




184

Muestra de agua residual sin tratar y muestras de agua residual tratadas con sulfato de aluminio (prueba 3).




185





186





187



188

ANEXO B FICHA TÉCNICA DE RESINA DE INTERCAMBIO IÓNICO

Ficha técnica Lewatit MonoPlus MP68

Fuente Lanxess Deutschland GmbH

189



190



propuesta para reducir la concentraciÓn de cloruros...

Documents