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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS TESIS PARA OPTAR POR EL GRADO DE DOCTORA EN QUIMICA Y FARMACIA TEMA: “OPTIMIZACIÓN DEL TRATAMIENTO QUÍMICO DE EFLUENTES EN LAS INDUSTRIAS: CONSERVERA DEL GUAYAS Y UNIÓN VINÍCOLA INTERNACIONAL S.A. EN LA CIUDAD DE GUAYAQUIL AUTOR: Q. F. MARTHA GINA ESPINOZA CARVAJAL DIRECTOR: DR. MANUEL VALENCIA TOURIZ GUAYAQUIL-ECUADOR 2004 Certificado En mi calidad de Director de Tesis, certifico que este trabajo cumple con las normas establecidas para el desarrollo del tema y ha sido elaborado por la Q. F. Martha Espinoza Carvajal, por lo que autorizo su presentación. Dr. Manuel Valencia Touriz TUTOR DE TESIS “La responsabilidad por los hechos, ideas y doctrinas, expuestas en esta tesis, corresponden exclusivamente a su autor” Q.F. Martha Gina Espinoza Carvajal Dedicatoria A la memoria de mÍ padre Vicente Espinoza Naranjo (+). A mí querida madre Olga Carvajal y a mis hermanos Nancy, Xavier y mis sobrinos con quienes comparto todos los momentos de mí vida. Agradecimiento Deseo expresar mi profunda gratitud: A Dios por brindarme la oportunidad de culminar otra etapa de mi vida. A mi madre por su constante apoyo y ejemplo de lucha. Al Dr. Guillermo Serra Bodro y al Dr. Aurelio Mosquera Cedeño, por su valiosa colaboración en la elaboración de esta tesis. A la Universidad de Guayaquil y a la Facultad de Ciencias Químicas por la formación Universitaria y Académica recibida. Al Dr. Manuel Valencia Touriz por su paciencia y sabiduría puesta al servicio de este trabajo. RESUMEN Se realizó un trabajo en Industria Conservera del Guayas y Unión Vinícola Internacional S.A. en el que se estudio los procesos para tratar sus aguas residuales con el objetivo de mejorar la remoción de sólidos disueltos en sus efluentes generados, de tal manera que sea posible proponer un tratamiento químico alternativo que permita apegarse a las normas ambientales. Para este fin se diseñó un ensayo controlado (autocontrol), aleatorio, multicéntrico. Se recogieron muestras compuestas, de aguas residuales, en 10 casos se le adicionó los tratamientos alternativos (5 con polímeros vegetales y 5 con polímeros vegetales + cal) y 5 en el grupo control en el cual fue empleado el sulfato de aluminio. 12 muestras más se recolectaron para cálculo de la dosis óptima con el tratamiento más eficiente. Los resultados indicaron que los rangos de pH óptimos para los tratamientos alternativos fluctuaron entre 6.5 y 7.5 y para el tradicional de 7 a 7.5. Las cifras para DBO y DQO fueron estadísticamente menores para el uso de Polímeros Vegetales + cal (< 0.05). La dosis óptima de este coagulante se fijó en 0.60 ± 0.06 cc. Se pudo concluir que el uso de polímeros vegetales + Cal es mejor que el compuesto inorgánico para el tratamiento de aguas residuales de Industria Conservera y Unión Vinícola Internacional S.A. mejorando la calidad de estas aguas y permitiendo cumplir con la norma del Departamento de ambiente de la Municipalidad de Guayaquil. SUMMARY It was carried out a work in Canning Industry of the Guayas and Union Vinícola Internacional S.A., in wich it was studied the processes to try their sewage with the objetive to improve the dissolved solids removal, in their generated effluents, such as it be possible to propose an alternative chemical treatment that allows to attach to the environmental norms. For this purpose, a controlled assay was designed (autocontrol), random, multicentric. Compound samples of waste waters, were picked up. Alternative treatments were added in 10 cases (5 with vegetable polymers and 5 with vegetable polymers + lime) and 5 in the control group in which the aluminum sulfate. was employed. 12 samples more were gathered for calculation of the optimum dose for the most efficient treatment. The results indicated that the ranks of good pH for the alternative treatments fluctuated between 6.5 and 7.5 and for the traditional one of 7 at 7.5. The figures for DBO5 and DQO were minor statistically for the use of Vegetable Polymers + lime (< 0.05). The optimum dose of this coagulant noticed 0.60 ± 0.06 cc. It was possible to conclude, that the use of vegetable polymers + Lime is better than the inorganic compound for the treatment of waste waters of Industria Conservera del Guayas y Unión Vinícola Internacional S. A., improving the quality of these waters and allowing to fulfill the norm of the Environment Departament of Guayaquil Municipality. INTRODUCCIÓN El Municipio de nuestra ciudad informó que de acuerdo a un estudio en la ciudad de Guayaquil existían 540 industrias de las cuales 160 eran consideradas verdaderamente contaminantes, además algunas industrias ubicadas en el perímetro urbano, emplean materia prima orgánica que tiene que ser tratada mediante procesos que producen un gran volumen de aguas residuales y a pesar del tratamiento que emplean con el fin de no incumplir con las normas medioambientales, a veces presentan dificultades para cumplirla. El tratamiento de las aguas residuales tiene una gran importancia para la Salud Pública y solo en estos últimos años por iniciativas del gobierno local se han producido varios proyectos con el fin de solucionar el problema. Si bien esto ha tenido mucho que ver con la educación medioambiental, ha sido de gran importancia el desarrollo de soluciones que sean particularmente eficientes y eficaces para la realidad de cada industria. Este trabajo se aporta con evidencias a favor del uso de nuevos compuestos que mejoran el tratamiento de aguas residuales y logran una solución particularmente eficiente y eficaz para el tratamiento de efluentes con alto contenido orgánico como el generado en Industria Conservera del Guayas y Unión Vinícola Internacional S.A. INDICE INTRODUCCIÓN Pág. CAPÍTULO I...........................................................................................................1 MARCO TEÓRICO................................................................................................ 1 1.1. GENERALIDADES......................................................................................... 1 1.1.1. Antecedentes.............................................................................................. 1 1.1.2 Fundamentación........................................................................................... 2 1.1.2.1. Impurezas del agua.................................................................................. 2 a- Turbiedad...........................................................................................................2 Naturaleza Química de la turbiedad...................................................................... 2 b- Naturaleza del color........................................................................................... 3 1.1.2.2. Propiedades del agua............................................................................... 3 a- Químicas............................................................................................................3 Polaridad................................................................................................................ 3 Ionización y Solvatación........................................................................................ 4 b- Físicas............................................................................................................... 5 Densidad................................................................................................................ 5 Viscosidad..............................................................................................................5 Calor Específico..................................................................................................... 6 Tensión superficial................................................................................................. 6 Constante Dieléctrica............................................................................................. 6 Sustancias Dispersas en el agua ...........................................................................6 Coagulación........................................................................................................... 7 1.1.2.3. Propiedades de los coloides..................................................................... 9 a- Cinéticas............................................................................................................ 9 Movimiento Browniano...........................................................................................9 Difusión................................................................................................................. 9 Presión Osmótica...................................................................................................9 b- Ópticas............................................................................................................. 10 Dispersión de la luz ...............................................................................................10 Opalescencia.........................................................................................................10 c- De Superficie..................................................................................................... 10 d- Electrocinéticas..................................................................................................11 1.1.2.4. Clasificación de los coloides..................................................................... 11 a- Moleculares....................................................................................................... 11 b- Miscelares..........................................................................................................11 c- Liofílicos (hidrofílicos cuando se refieren al agua)............................................. 11 d- Liofóbicos...........................................................................................................11 e- Diurnos.............................................................................................................. 12 f- Caducos..............................................................................................................12 c- Otros.................................................................................................................. 12 1.1.2.5. Proceso de Coagulación-Floculación....................................................... 12 a- Sistema de simulación del proceso de coagulación.......................................... 13 b- Coagulantes.......................................................................................................14 Sales Coagulantes metálicas hidrolizantes........................................................... 15 Tipos de coagulantes metálicos hidrolizantes........................................................15 Polielectrolitos coagulantes................................................................................... 16 Clasificación de los polielectrolitos........................................................................ 17 Clasificación de los polimeros de acuerdo con su carga....................................... 20 Modo de empleo de los polielectrolitos....................................................... ...........20 c- Objetivo de la floculación................................................................................... 20 1.1.2.6. Sedimentación del agua........................................................................... 21 1.1.2.7. Filtración del agua.....................................................................................22 1.1.2.8. Ensayo de Tratabilidad: Prueba de Jarras..................................... ...........22 Materiales y Equipos..............................................................................................23 Procedimiento........................................................................................................ 23 Técnicas de Análisis.............................................................................................. 24 Determinación de potencial de Hidrógeno (pH).....................................................24 Determinación de temperatura.............................................................................. 25 Determinación de oxígeno disuelto....................................................................... 26 Determinación de turbidez..................................................................................... 28 Determinación de Demanda Química de Oxígeno................................................ 32 Determinación de Demanda Bioquímica de oxígeno............................................ 35 1.1.3 Importancia................................................................................................... 38 Industria Conservera Del Guayas Y Unión Vinícola Internacional S.A.................. 38 Ubicación Geográfica............................................................................................ 39 Zona de influencia..................................................................................................39 1.1.4 Vigencia........................................................................................................ 40 1.2. CAMPO DE ACCIÓN. .................................................................................... 42 1.3. DESCRIPCIÓN DE LOS HECHOS U OBJETOS DE LA INVESTIGACIÓN 42 Sistema de recolección y evacuación de aguas residuales industriales de Industria Conservera del Guayas y Unión Vinícola Internacional S.A.................................. 42 Fuente de abastecimiento de agua........................................................................42 Usos del agua potable........................................................................................... 42 Descripción de los Procesos Productivos.............................................................. 43 Proceso de producción Planta de Vinos................................................................ 43 Proceso de producción Planta de Conservas........................................................ 44 Operación del Sistema de Tratamiento de Aguas Residuales.............................. 44 CAPITULO II..........................................................................................................47 2.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA............................................................47 2.2 HIPÓTESIS...................................................................................................... 47 Subhipótesis .......................................................................................................... 47 2.3. VARIABLES.................................................................................................... 47 2.3.1. Tipos de variables....................................................................................... 47 a. Independiente.................................................................................................... 47 b. Dependiente.......................................................................................................47 2.3.2. Operacionalización de variable.................................................................... 48 a. Tipo de tratamiento de agua residual................................................................ 48 Descripción conceptual.......................................................................................... 48 Dimensiones .......................................................................................................... 48 Indicadores............................................................................................................ 48 b. Calidad de las aguas residuales........................................................................ 48 Descripción conceptual.......................................................................................... 48 Dimensiones .......................................................................................................... 48 Indicadores............................................................................................................ 49 2.4. OBJETIVOS................................................................................................... 49 2.4.1. Generales................................................................................................... 49 2.4.2. Específicos...................................................................................................49 CAPITULO III.........................................................................................................50 MATERIALES Y MÉTODOS..................................................................................50 3.1. GRUPO DE ESTUDIO.................................................................................... 50 Universo................................................................................................................. 50 a. Criterio de Inclusión........................................................................................... 50 b. Criterios de Exclusión....................................................................................... 50 Muestra................................................................................................................. 51 3.2. TIPO DE ESTUDIO.........................................................................................51 3.3. TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN QUE SE HAN UTILIZADO....................... 51 Obtención del dato primario................................................................................... 51 Procedimiento del trabajo...................................................................................... 51 Procesamiento de la información .......................................................................... 53 CAPÍTULO IV........................................................................................................ 54 4.1. RESULTADOS ............................................................................................... 54 4.2. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN............................................................................... 55 CAPÍTULO V......................................................................................................... 57 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.....................................................57 5.1. CONCLUSIONES........................................................................................... 57 5.2. RECOMENDACIONES................................................................................... 58 ANEXOS BIBLIOGRAFÍA
