Republica Bolivariana de Venezuela Universidad Rafael Urdaneta Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Química OS D A RV E S E SR O H C E R DE DETERMINACION DE LOS PARÁMETROS CINÉTICOS DE LA ECUACIÓN QUE RIGE LA DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO EN AGUAS RESIDUALES DE UNA INDUSTRIA PROCESADORA DE CANGREJOS. Tutor Académico: Tutor Industrial Ing. Luis Vargas M. Sc Ing. Daisy Isea M.Sc Realizado por: Br. Jina Paola Dangond Gil C.I. 83.448.716 Br. Riczely Lisseth Mendoza Ysea C.I.17.819.806 Maracaibo, Abril 2008 OS D A RV E S E SR O H C E R DE Este trabajo representa un aporte del Centro de Investigación del Agua. Universidad del Zulia, para la difusión del conocimiento científico universal. II OS D A RV DETERMINACION DE LOS PARÁMETROS CINÉTICOS DE LA ECUACIÓN QUE RIGE LA DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO EN AGUAS RESIDUALES DE UNA INDUSTRIA PROCESADORA DE CANGREJOS. E S E SR O H C E R DE _______________ Tutor Académico Ing. Luis Vargas ________________ Autora Br. Jina Dangond _______________ Tutor Industrial Ing. Daisy Isea ________________ Autora Br. Riczely Mendoza III DEDICATORIA A mi SANTO PADRE, mi guía, mi compañía, mi fortaleza, a ti dios gracias por permitirme sentir tu presencia, por no dejarme caer y ver hoy uno de mis más grandes sueños cumplidos al lado de los seres que amo… A mis padres MAGLENIS YSEA y JOSE MENDOZA sin duda los mejores del mundo, gracias por su apoyo incondicional, su confianza, su paciencia, por sus consejos, enseñanzas, y sobre todo su amor y por ayudarme a ser lo que hoy soy. Son un ejemplo a seguir. A mi princesa hermosa MARIANA VALENTINA gracias mi angelito por darme alegría, la voluntad y el incentivo todos los días de mi vida para querer alcanzar todas mis metas, sabes que todos mis triunfos son para ti, TE AMO. OS D A RV A ti ALBERT XAVIER por ser mi amor, mi compañía y darme todo tú apoyo, y estar hay en las buenas y en las malas. Gracias por tu paciencia y preocuparte por mi te amo. E S E SR O H CMANUEL Y KELLY CAROLINA por estar siempre E A mis hermanos R JOSÉ E dispuestos aD escucharme, apoyarme, y ayudarme. Gracias por su compañía a lo largo de mi vida y su amor incondicional. A mis tías Magaly, Xiomara y Zuleida por ser un gran apoyo, buenas consejeras y darme su cariño, para ustedes también son mis logros. A mi abuela Sira por sus consejos su amor, apoyo y paciencia. Te quiero mucho. A Jina Paola por ser mi compañera de tesis, de clases y por ser mi amiga. Manita gracias por Todo. A mis Amigos y Compañeros de clases por el cariño el apoyo la ayuda y por permitirme aprender de cada uno de ustedes. Y finalmente a todas aquellas personas que me apoyaron y que de alguna manera dieron su ayuda para poder hoy alcanzar esta meta. RICZELY IV DEDICATORIA A ti mi Dios por guiarme hasta alcanzar esta meta, por no desampararme y llevarme en tus hombros en los momentos difíciles. A la señora Luz Marina Gil, mi mami que más que ser mi ejemplo a seguir es la razón de mi vida. A mis hermanos Karina, Joel, Kelvin y José que junto con mi mamá son mi OS D A A mis sobrinos Mariangel, Rafael y Laura, cada vez RVque los veo tan llenos de E S E los adoro. R S vida y entusiasmo crece mi amor por ustedes, HO C E ER que siempre estuvieron atentos a mi recorrido hacia esta A mi familia D y amigos motivo, mi inspiración y mi fortaleza, los amo. meta y nunca dejaron de demostrar su preocupación por mí. A Riczely, manita esto no hubiera sido lo mismo sin ti. A mis profesores y compañeros de clases que más que enseñarme a ser un profesional, me enseñaron a ser mejor persona. A las familias que sin conocerme me abrieron las puertas de su casa, haciendo de mí un integrante más de la familia, gracias por su voto de confianza. JINA V AGRADECIMIENTO A ti DIOS por darme la vida, guiarme, y permitirme culminar mi carrera. A todo el personal del Centro de Investigación del Agua por ser la institución que apoyo y respaldo este trabajo. A todo el personal de PROMARCA por toda su atención y colaboración. Al tutor académico Ing. Luís Vargas y a la tutora industrial Ing. Daisy Isea, por guiar mis pasos en la elaboración de la Tesis de Grado y por brindarme su ayuda en todo momento. OS D A RV Al técnico del laboratorio de Centro de Investigación del agua José Delgado . E S E SR O H C E R A mi papá José DEMendoza por ser un padre ejemplar, un apoyo, una guía, y por A mi mami Magleni Ysea por ser un ejemplo de constancia, un apoyo, por darme tú ayuda y tu amor que me permitieron ser quien soy. darme todo lo necesite para llegar hasta aquí. A ti hija Marianita por ser tan hermosa y ser mi incentivo para querer lograr esto y mucho mas. A mi esposo Albert Xavier por su apoyo incondicional, su amor, comprensión y paciencia. A mis hermanos Kelly y José por brindarme su cariño, apoyo y compañía a lo largo de toda mi vida. A mis tías y mi abuela por brindarme su apoyo, ayuda y consejos a lo largo de mi vida. A mi compañera de Tesis Jina Paola por toda su ayuda y apoyo brindado durante la realización de este proyecto. A todos mis compañeros de clases y mis amigos por su confianza, apoyo y por vivir y compartir conmigo momentos de alegrías y tristezas, de triunfos y fracasos que me sirvieron de estimulo. Y a todas aquellas personas que de una u otra forma contribuyeron con la realización de este trabajo. RICZELY VI AGRADECIMIENTO Gracias Dios, por ser mi compañía en todo momento y siempre hacerme saber que estuviste allí conmigo. Mami, gracias a ti soy lo que soy, esto es tuyo. Kathy, Joe, Kelvin y José saben que mis logros llevan consigo parte de su amor, atención y cuidado hacia mí, esta meta alcanzada siéntanla propia. Maye, Rafa y Laura, mis amores, gracias por que nunca dejaron de sorprenderme alegrarme en los momentos que compartimos. OS D A RV A mi familia quiero que hagan parte de esto, ya que gracias a ustedes siempre me he sentido orgulloso de venir de donde vengo. E S E SR O H C E R E gracias por el apoya, las manita DRiczely, A todos mis manitas y manitos que he encontrado, todos me aportaron algo en el camino, justo lo que necesitaba. A mi consejos. risas, los desvelos y los A mis profesores y tutores, por enseñarme las fórmulas y ecuaciones para ser un mejor ser humano. JINA VII DANGOND, Jina. MENDOZA, Riczely. DETERMINACION DE LOS PARÁMETROS CINÉTICOS DE LA ECUACIÓN QUE RIGE LA DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO EN AGUAS RESIDUALES DE UNA INDUSTRIA PROCESADORA DE CANGREJOS. Tesis Especial de Grado. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química, Maracaibo, Abril 2008. RESUMEN En esta investigación se determinaron los parámetros cinéticos que rigen la demanda bioquímica de oxígeno en aguas residuales de una industria procesadora de cangrejos en la región zuliana. La finalidad de este estudio fue obtener una data de valores de las constantes de biodegradación y de la demanda última que sirvan para consultar al momento del diseño de una planta de tratamiento de aguas o el estudio de las mismas. Se determinaron los parámetros a través de los métodos de la Pendiente de Thomas, el método gráfico de Thomas y el método gráfico de Fujimoto; todo esto se hizo a las temperaturas de 20ºC, que es la temperatura estándar y a 33ºC, que es una temperatura similar a la región. Los métodos que se ajuntan al análisis de las aguas residuales de una industria procesadora de cangrejos son el método grafico de Thomas y el método de Fujimoto. La metodología fue de tipo experimental y de diseño experimental de campo, debido a que los datos fueron recogidos directamente de la realidad con el propósito de la obtención de los valores de los parámetros. El resultado obtenido con respecto a la constante de biodegradación (k), y de la demanda última (L), son proporcional a la temperatura de incubación. OS D A RV E S E SR O H C E R DE Descriptores: Demanda Bioquímica de Oxígeno, constantes de biodegradación y demanda ultima, método de la pendiente de Thomas, método gráfico de Thomas y método gráfico de Fujimoto, parámetros. [email protected] [email protected] VIII DANGOND, Jina. MENDOZA, Riczely. DETERMINACION DE LOS PARÁMETROS CINÉTICOS DE LA ECUACIÓN QUE RIGE LA DEMANDA BIOQUÍMICA DE OXÍGENO EN AGUAS RESIDUALES DE UNA INDUSTRIA PROCESADORA DE CANGREJOS. Tesis Especial de Grado. Universidad Rafael Urdaneta. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química, Maracaibo, Abril 2008. ABSTRAC In this investigation there decided the kinetic parameters that govern the biochemical demand of oxygen in waste water of an industry procesadora of crabs in the region zuliana. The purpose of this study was to obtain a byline of values of the constants of biodegradation and of the last demand that serve to consult to the moment of the design of a plant of water treatment or the study of the same ones. The parameters decided across the methods of Thomas's Slope, Thomas's graphical method and Fujimoto's graphical method; all that did to itself to the temperatures of 20ºC, which it is the standard temperature and to 33ºC, that is a temperature similar to the region. The methods that live together to the analysis of the waste water of an industry procesadora of crabs are Thomas's graphical method and Fujimoto's method. The methodology was of experimental type and of experimental design of field, due to the fact that the information was gathered directly from the reality by the intention of the obtaining of the values of the parameters. The result obtained with regard to the constant of biodegradation (k), and of the last demand(L), they are proportional to the temperature of incubation. OS D A RV E S E SR O H C E R DE Describers: Biochemical Demand of Oxygen, constants of biodegradation and demand finalizes, method of Thomas's slope, Thomas's graphical method and Fujimoto's graphical method, parameters. [email protected] [email protected] IX INDICE DEDICATORIA IV AGRADECIMIENTO VI RESUMEN VIII ABSTRAC IX INDICE GENERAL X INDICE DE TABLAS XII INDICE DE GRAFICOS OS D A RV INDICE DE FOTOS INTRODUCCION S O H C 1.1 PlanteamientoE del problema R E D del problema 1.2 Formulación CAPITULO I: EL PROBLEMA E S E R 1.3 Objetivos de la investigación XIV XVII XIX 22 23 23 1.3.1Objetivo General 23 1.3.2Objetivos Específicos 24 1.4Justificación de la Investigación 24 1.5 Delimitación de la Investigación 26 1.5.1 Delimitación Espacial. 26 1.5.2Delimitación Temporal 26 1.6 Alcances 26 CAPITULO II: MARCO TEORICO 2.1 Descripción de la Empresa 28 2.2 Antecedentes 31 2.3 Bases Teóricas 35 2.3.1 Aguas Residuales 35 2.3.2 Oxígeno Disuelto 39 2.3.3 Demanda Química de Oxígeno 40 2.3.4 Demanda Bioquímica de Oxígeno 41 2.3.5 Constantes de la Ecuación de la DBO 56 2.3.6 Métodos para Determinar las Constantes Cinéticas 58 2.3.7 Efectos de la Temperatura 63 X 2.3.8 Potencial de Hidrógeno 66 2.3.9 Sólidos Suspendidos 66 2.4 Cuadro de Variables 67 2.5 69 Definición de Términos Básicos CAPITULO III: MARCO METODOLOGICO 3.1 Tipo de Investigación 73 3.2 Diseño de la Investigación 73 3.3 Población y Muestra 74 3.4 Fases de la Investigación 75 3.5 Métodos y Técnicas de Análisis de Información 78 OS D A RV CAPITULO IV: RESULTADOS Y DISCUSION DE RESULTADOS E S E S R de Biodegradación y 4.2 Determinación de las Constantes O H C E Última. R DE 4.1 Análisis de los Resultados 4.3 Análisis de los gráficos 81 Demanda 97 109 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 116 PAGINAS WEBS CONSULTADAS 118 APENDICE A 119 APENDICE B 133 APENDICE C 137 XI INDICE DE TABLAS Tabla Nº 1 Valores de la DBO de la muestra Nº 1 a 20 ºC y 33ºC 80 Tabla Nº 2 Valores de la DBO de la muestra Nº 2 a 20ºC y 33 ºC 81 Tabla Nº 3 Valores de la DBO de la muestra Nº 3 a 20 ºC y 33ºC 82 Tabla Nº 4 Valores de la DBO de la muestra Nº 4 a 20 ºC y 33ºC 82 Tabla Nº 5 Valores de la DBO de la muestra Nº 5 a 20 ºC y 33ºC OS D A RV 83 Tabla Nº 6 Valores de la DBO de la muestra Nº 6 a 20 ºC y 33ºC 83 Tabla Nº 7 Valores de la DBO de la muestra Nº 7 a 20 ºC y 33ºC 84 33ºC 84 E S E R S O H Tabla Nº 8 Valores de la DBO C de la muestra Nº 8 a 20 ºC y E R DE Tabla Nº 9 Valores de k y L a 20 ºC de las muestras 1, 2, 3, y 4 Tabla Nº 10 Valores de k y L a 20 ºC de las muestras 5, 6, 7, y 8 86 87 Tabla Nº 11 Valores de k y L a 33 ºC de las muestras 1, 2, 3, y 4 88 Tabla Nº 12 Valores de k y L a 33 ºC de las muestras 5, 6, 7, y 8 89 Tabla Nº 13 Valores de k a 20 ºC y 33 ºC. Método de Fujimoto 90 Tabla Nº 14 Valores de k a 20 ºC y 33 ºC. Método Grafico de Thomas 91 Tabla Nº 15 Valores de L a 20ºC y 33 ºC. Método de Fujimoto 92 Tabla N º 16 Valores de L a 20ºC y 33 ºC. Método Grafico de Thomas 92 Tabla Nº 17 Valores promedios de la constante de biodegradación (k) 93 Tabla Nº 18 Valores promedios de la demanda última (L) 94 Tabla Nº 19 Valores de ph de las muestras 94 Tabla Nº 20 Valores de los sólidos suspendidos presentes en las muestras 95 XII INDICE DE FIGURAS Figura 1- DBO en función del tiempo y a varias temperaturas 42 Figura 2- Efecto de la constante de relación k en la DBO 56 Figura 3- Efecto de la constante k en la DBO 57 Figura 4- Aplicación del Método de Fujimoto 59 OS D A RV E S E SR O H C E R DE XIII INDICE DE GRÁFICOS Grafico 1- Método de Thomas de la muestra Nº 1 a 20 ºC 96 Gráfico 2- Método de Thomas de la Muestra N º1 a 33 ºC 97 Gráfico 3- Método de Fujimoto de la Muestra N º4 a 20 ºC 97 Gráfico 4- Método de Fujimoto de la Muestra N º4 a 33 ºC 98 OS D Gráfico 6-Método de Fujimoto de la Muestra N º5 a 33ºC A V R E S Gráfico 7- Método de Thomas de la Muestra E N º3 a 20 ºC R S HO de la Muestra N º3 a 33 ºC C Gráfico 8- Método de Thomas E ER D Gráfico 9- Método de Thomas de la Muestra N º2 a 20 ºC 98 Gráfico 5- Método de Fujimoto de la Muestra N º5 a 20 ºC 99 99 100 106 Gráfico 10- Método de Thomas de la Muestra N º2 a 33 ºC 106 Gráfico 11- Método de Thomas de la Muestra N º4 a 20 ºC 107 Gráfico 12- Método de Thomas de la Muestra N º4 a 33 ºC 107 Gráfico 13- Método de Thomas de la Muestra N º5 a 20 ºC 108 Gráfico 14- Método de Thomas de la Muestra N º5 a 33 ºC 108 Gráfico 15- Método de Thomas de la Muestra N º6 a 20 ºC 109 Gráfico 16- Método de Thomas de la Muestra N º6 a 33 ºC 109 Gráfico 17- Método de Thomas de la Muestra N º7 a 20 ºC 110 Gráfico 18- Método de Thomas de la Muestra N º7 a 33 ºC 110 Gráfico 19- Método de Thomas de la Muestra N º8 a 20 ºC 111 Gráfico 20- Método de Thomas de la Muestra N º8 a 33 ºC 111 Gráfico 21- Método de Fujimoto de la Muestra N º1 a 20 ºC 112 Gráfico 22- Método de Fujimoto de la Muestra N º1 a 33 ºC 112 Gráfico 23- Método de Fujimoto de la Muestra N º2 a 20 ºC 113 XIV Gráfico 24- Método de Fujimoto de la Muestra N º2 a 33 ºC 113 Gráfico 25- Método de Fujimoto de la Muestra N º3 a 20 ºC 114 Gráfico 26- Método de Fujimoto de la Muestra N º3 a 33 ºC 114 Gráfico 27- Método de Fujimoto de la Muestra N º6 a 20 ºC 115 Gráfico 28- Método de Fujimoto de la Muestra N º6 a 33 ºC 115 Gráfico 29- Método de Fujimoto de la Muestra N º7 a 20 ºC 116 Gráfico 30- Método de Fujimoto de la Muestra N º7 a 33 ºC 116 OS D A Gráfico 32- Método de Fujimoto de la Muestra RNVº8 a 33 ºC E S E R S HO C E DER Gráfico 31- Método de Fujimoto de la Muestra N º8 a 20 ºC 117 117 XV INDICE DE FOTOS Foto Nº 1 Fachada de la Industria Procesadora de Cangrejos. 121 Foto Nº 2 Salida de las Aguas Residuales de la Industria Procesadora De Cangrejos. 121 Foto Nº 3. Canal de Salida de las Aguas Residuales de la industria Procesadora de Cangrejos. 122 OS D A RV Foto Nº 4 Digestores donde se realiza las pruebas de Demanda Química de Oxigeno. OS H C RE E S E R 122 Foto Nº 5 Espectrofotómetro Hach modelo DR/ 2000. 123 Foto Nº 6 Agua Aireada. 123 DE Foto Nº 7 Nutriente para el agua aireada necesarios en el proceso de la DBO. 124 Foto Nº 8 Botellas Winkler que contiene la preparación de DB0 y un ml de Sulfato Manganoso. 124 Foto Nº 9 Botellas Winkler que contiene la preparación de DB0 y un ml de Alcali - Nitruro. 125 Foto Nº 10 Botellas Winkler que contiene la preparación de DB0 y un ml de Acido Sulfúrico Concentrado. Foto Nº 11 125 Botellas Winkler. La diferencia e Intensidad del Color es un indicador de la presencia y cantidad de oxigeno en cada botella. 126 Foto Nº 12.Se retiran 100 ml de solución a la Botella Winkler. 126 Foto Nº 13. Se le agregan 2 ml de Almidón como indicador. 127 Foto Nº 14 Cambio de color en la muestra por la presencia de almidón como indicador. 127 XVI Foto Nº 15 Titulación de la Muestra con Tiosulfato de Sodio. 128 Foto Nº 16 Cambio de color de la muestra por la presencia de Tiosulfato de Sodio. 128 Foto Nº 17. El color transparente indica la finalización de la titulación. 129 Foto Nº 18 Incubadora a 20º C. 129 Foto Nº 19 Incubadora a 33 ºC. 130 Foto Nº 20 Filtro utilizado para la prueba de los Sólidos OS D A V Suspendidos Foto Nº 21 Mufla utilizada para la prueba de losR Sólidos E S E R S Volátiles. HO C E Foto Nº 22 pHmetro DER Suspendidos 130 131 131 XVII INTRODUCCION Las actividades humanas dan lugar a la producción de una amplia gama de productos residuales, muchos de los cuales utilizan el agua como vehículo de transporte; y para poder ser descargado en otros reservorios han de ser cuidadosamente tratados. OS D A RV E S E SR O H C sólidos inorgánicos E y orgánicos; y varias concentraciones de gases disueltos. La R E D Las aguas residuales generalmente contienen pequeñas cantidades de mayoría de las impurezas de esta agua se transforman, pero solo una pequeña parte de estas transformaciones son de naturaleza química, estando las demás relacionadas con procesos biológicos. En estas ultimas, la relación entre las sustancias contenidas en el agua residual y el oxígeno es fundamental. Las aguas residuales industriales constituyen parte importante de las aguas residuales de una población, y por consiguiente deben tomarse las medidas adecuadas en materia de eliminación de la materia orgánica. Durante el proceso de descomposición de la materia orgánica se utiliza el oxígeno disuelto del agua receptora, llegando a agotarlo y produciendo condiciones anóxicas. Se ha prestado mayor interés al tratamiento de las aguas residuales industriales debido al proceso de la industrialización. Prácticamente toda la clase de material que entra a una planta se puede convertir en una impureza de sus aguas residuales; las propiedades físicas, químicas y biológicas de esta agua son 19 tan variadas como la industria misma, sin embargo, todo este conjunto de agua deben ser asimiladas por el medio ambiente, sin que ello suponga un perjuicio, para la salud y el bienestar de un ser vivo. Analizando los métodos convencionales, para medir la potencia polucional OS D A V química de oxígeno es la de mayor significación; ésta en conjunto con laR demanda E S Ede la polución de las aguas naturales de R S capaz de evaluar la materia responsable HO C E R La constante de biodegradación (k) y la demanda última (L), la forma más exacta. DE de las aguas residuales, la demanda bioquímica de oxígeno es hasta el momento, son los parámetros cinéticos que rigen la ecuación de la DBO. Para obtener estos valores es necesario recurrir a una evaluación a través de fórmulas y métodos conocidos, de los cuales se aconseja aplicar el método de la pendiente de Thomas, el método de Yoshinori Fujimoto y el método gráfico de Thomas para observar cual de ellos produce valores similares, es decir que se ajusten a los parámetros. Generalmente k y L son estudiados a una temperatura de 20ºC, ya que los valores de DBO a esa temperatura y a 5 días (condiciones estándar) son considerados óptimos, porque se consumen del 60% al 70% de oxígeno disuelto. En esta investigación, se realizó mediciones diarias de DBO a 20ºC y 33ºC, durante 10 días consecutivos para las ocho muestras tomadas. 20 E S E R CAPITULO E I CHOS DER OS D A RV El Problema 21 CAPÍTULO I EL PROBLEMA 1.1. Planteamiento del Problema A nivel mundial, la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) es una prueba OS D A RV usada para la determinación de los requerimientos de oxígeno para la degradación E S E SR O H general residuales. E Su C aplicación permite calcular los efectos de las descargas de R E D bioquímica de la materia orgánica en las aguas municipales, industriales y en los efluentes domésticos e industriales sobre la calidad de las aguas de los cuerpos receptores. Los parámetros cinéticos que rigen la ecuación de la demanda bioquímica de oxigeno, han sido estudiados por muchos investigadores y, se ha determinado que la temperatura es uno de los parámetros que influyen sobre la constante de biodegradación (k) y, sobre la demanda última (L). Por otro lado, la descarga de aguas residuales industriales puede contaminar los cuerpos de aguas superficiales, estuarios, océanos y también los suelos, cuando dichas descargas se emplean para riego o cuando se aplican plaguicidas que los contengan. Tanto el agua como el suelo son degradados por la acción de los microorganismos, generando sus respectivos alquilfenoles, además de otros metabolitos, los cuales son más persistentes, más hidrofóbicos y biológicamente más activos. (21) 22 De allí surge la necesidad de la creación de una base de datos regional, es decir, crear un sistema donde se localicen todos los parámetros necesarios para el diseño de plantas de tratamiento de aguas residuales , pero con valores tomados y adaptados a la región zuliana. OS D A RV Generalmente la constante de biodegradación (k) y la demanda última (L), E S E SR O H C los valores de estas constantes a diferentes temperaturas, así como también E R E D son estudiadas a una temperatura de 20 ºC, por lo que es de importancia obtener determinar estos valores en aguas residuales industriales. 1.2. Formulación del Problema ¿Cómo determinar los parámetros cinéticos de la ecuación que rige la demanda bioquímica de oxigeno en aguas residuales, en una industria Procesadora de Cangrejos? 1.3. Objetivos de la Investigación 1.3.1. Objetivo General Determinar los parámetros cinéticos de la ecuación que rige la demanda bioquímica de oxigeno en aguas residuales de una industria Procesadora de Cangrejos. 23 1.3.2. Objetivos Específicos 1. Determinar experimentalmente valores de la demanda química de oxigeno y la demanda bioquímica de oxigeno a 20º C y 33º C en las muestras tomadas. 2. Calcular los parámetros de demanda total y constante de velocidad OS D A método grafico de Thomas y la pendiente de Thomas. RV E S Eentre los métodos para proponer el o los R S 3. Establecer comparaciones HO C E R se ajusten en la industria ensayada y el análisis de la métodos que DEmás de la biodegradación de la materia orgánica aplicando el método de fujimoto, información obtenida. 1.4. Justificación de la Investigación El establecimiento de la metodología de la DBO ya que es el que constituye el mejor criterio para medir el grado de de polución de agua ó el potencial contaminante de un residuo, lo que permite que futuros trabajos sean delineados uniformemente y así establecer una base de datos más confiable. Desde el punto de vista práctico este trabajo permite ver la aplicabilidad de diferentes métodos para encontrar los valores de los parámetros k y L en la ecuación básica de la DBO. 24 Por otro lado, permite estudiar la influencia de la temperatura en la biodegradabilidad de la materia orgánica de las aguas residuales de las industrias mencionadas. Del mismo modo, se persigue obtener una data de los valores de los constantes cinéticos k y L en la ecuación básica de la DBO propios del Estado Zulia, que OS D A RV proporcionen información en cuanto a las constantes cinéticas E S E SR O H C la eficacia de algunos procesos de tratamiento y de agua residuales; medir E R DE ajustadas al clima local que permitan dimensionar las instalaciones de tratamiento controlar el cumplimiento de las limitaciones a que están sujetos los vertidos a cuerpos de aguas. Al disponer de valores propios de la región se podrían mejorar los diseños de futuras plantas de tratamientos de aguas residuales. Para la empresa representa una gran importancia, ya que esta puede hacer uso de los valores (constantes) para la construcción de una planta de tratamiento de agua o estudios acerca del tratamiento de las aguas. Además, el valor teórico del presente estudio estará fundamentado por diversidad de autores, que servirán de apoyo para esta investigación y para otras en general. 25 1.5. Delimitación de la Investigación 1.5.1. Delimitación espacial Esta investigación define su alcance territorial a las instalaciones de una OS D A RV industria procesadora de cangrejos ubicada en El Bajo Municipio San Francisco, E S E SR O H C temporal 1.5.1. Delimitación E R DE en el Estado Zulia. Dicho trabajo especial de grado se efectuó en un lapso comprendido desde Mayo del 2007 hasta Marzo del 2008. 1.6.- Alcances Determinando los parámetros cinéticos de la ecuación que rige la demanda bioquímica de oxigeno en aguas residuales de una industria procesadora de cangrejos, se determinarán experimentalmente valores de la demanda química de oxigeno y la demanda bioquímica de oxigeno a 20º C, y 33ºC en las muestras tomadas, luego se calcularan los parámetros de demanda total y constante de velocidad de la biodegradación de la materia orgánica aplicando el método de fujimoto, método grafico de Thomas y la pendiente de Thomas, y finalmente comparar la información obtenida para proponer el o los métodos que más se ajusten según la industria ensayada. 26 OS D A RV E S E SR O H C E R DE CAPITULO II Marco Teórico 27 CAPITULO II MARCO TEORICO 2.1 Descripción de la empresa Desde el inicio de sus operaciones, la industria procesadora de cangrejos, OS D A sapidus), capturado en aguas del Lago de Maracaibo, Estado Zulia. La RV E S E R elaboración del productoO seSrealiza siguiendo las más estrictas normas de H C E R E de Fabricación para la obtención del producto inocuo para Buenas DPrácticas se ha dedicado al procesamiento de carne de cangrejo azul (Callinectes el consumidor. Es una planta localizada en el Sector la Cruz, Parroquia El Bajo, Municipio San Francisco del Estado Zulia, Venezuela. La empresa dispone de instalaciones adecuadas para el procesamiento de carne de cangrejo. Existe en los actuales momentos un proyecto para la implementación de la planta de tratamiento tanto para agua servida como para las aguas de proceso, la misma quedara ubicada en un sitio donde no estará en contacto con el personal que trabaja en la misma, ni con ninguna fase del proceso. La superficie de la planta es de 2.323 m2. Específicamente para el proceso de cangrejo existen 1.432 m2 disponibles para las áreas de cocinado, desconchado, salas de extracción de carnes blancas (cangrejeras), de extracción de carnes de colmillo, de revisado, área de pesado y área de embalaje. Además de existir nueve cavas para la conservación del producto, 28 bien sea, cocinado o producto terminado. Así mismo, una planta fabricadora de hielo. La industria procesadora de cangrejos presenta al mercado diferentes tipos de cortes de carne de cangrejo fresco, siendo los principales mercados estados Unidos y Venezuela. OS D A RV E S E R para la exportación, siguiendo las normas Sfresco Producir carne de cangrejo O H C E R de calidad DE exigidas por los mercados Nacionales e Internacionales • Política de la Empresa garantizando la inocuidad del producto, utilizando como materia prima carne de cangrejo azul (jaiba) Callinectes sapidus. Todo esto orientado a una gestión empresarial al mejoramiento continuo de sus actividades, utilizando prácticas normalizadas de manejo operativo y administrativo, considerando en la misma los criterios de salud y seguridad de los trabajadores, clientes o terceros, y la prevención de la contaminación, que en conjunto con la participación activa del cuadro directivo, gerencial, supervisorio y en general de todos sus trabajadores. • Misión: Orienta sus actividades bajo criterios de mejoramiento continuo de los procesos para obtener como producto final carne de cangrejo fresco y pasteurizado inocuos y de calidad nutricional para la exportación, siguiendo 29 las normas de calidad exigidas por los mercados nacionales e internacionales, utilizando como materia prima cangrejo del genero Callinectes sapidus capturados en aguas del Lago de Maracaibo del Estado Zulia, Venezuela, manteniendo un compromiso constante con sus clientes, empleados, proveedores y el medio ambiente. OS D A RV E S E SenRcalidad de servicio, cubriendo todos los Ser una empresa modelo O H C E R aspectos DEde la carne de cangrejo azul y procesamiento de la misma, en el • Visión: ámbito Nacional e Internacional. Para obtener como meta un alimento seguro para nuestros consumidores y cada día aumentar nuestra confiabilidad, integrando a este reto a la comunidad relacionada con el sector cangrejero regional, nacional e internacional; manejando a la empresa con los valores de sus accionistas con trabajo honesto, eficiente, competitivo de la mano de todos sus empleados, generando así satisfacción del nivel de vida de cada una de sus familias. • Metas Específicas: 1. Producir carne de cangrejo fresco en sus diferentes presentaciones o cortes inocuos y de óptima calidad. 2. Cumplir estrictas normas de calidad en la producción de carne de cangrejo, según las exigencias de los mercados. 30 3. Generar empleos directos e indirectos para colaborar con la economía venezolana. 4. Generar divisas a través de los mercados de exportación. 5. Colaborar con las instituciones Gubernamentales en la investigación de evaluación y mantenimiento del recurso del cangrejo y en los OS D A RV controles de calidad en la línea de producción. E S E SR 2.2 Antecedentes O H C E R DE • Pineda Karla (2006) realizó el trabajo de investigación de pre-grado titulado “Determinación de los parámetros cinéticos que rigen la ecuación de la DBO en efluentes industriales”. Su objetivo general fue determinar los valores de k y L que son requeridos para el diseño de plantas de aguas residuales de una industria láctea y una de bebidas gaseosas, mediante la aplicación del método de los mínimos cuadrados, el método de Fujimoto y el método de Thomas y los objetivos específicos fueron los siguientes: determinar los valores de k y L por el método de los mínimos cuadrados, el método de Fujimoto y del gráfico de a temperaturas de 20ºC y 35ºC. Establecer comparaciones entre los métodos mencionados para la obtención de una mayor concordancia y precisión de los resultados obtenidos. Comparar los valores de k y L entre una industria láctea y una de bebidas gaseosas. 31 • Acebedo Francisco y Flores Angela (mayo 2003) autores del trabajo de investigación titulado “Comportamiento de un Reactor Aeróbico no convencional al tratar un efluente de una Industria procesadora de camarones”. Los cuales tenían como meta principal buscar nuevas alternativas tecnológicas de tratamiento para minimizar el impacto OS D A RV contaminante de sus efluentes, evaluar el comportamiento de un reactor E S E SR O H C E R E como resultado: los valores presentados DQO, SST, y DObtuvieron aerobio no convencional. SSV, nitrógeno y fósforo se encontraron fuera de los limites permisibles de descarga establecidos por las normas venezolanas, siendo esto un indicativo de que se requiere un estudio del sistema y se recomienda la aplicación de un postratamiento para disminuir las concentraciones de la mayoría de los parámetros antes mencionados. • Kwong Elsa, Salas Noelia (julio 2002), dichos autores realizaron la investigación con el titulo de “Perfiles Estratigráficos de temperatura, OD y pH de la laguna facultativa de la planta Dr. Nerio Rosales. Los cuales tuvieron como objetivo principal estudiar las variaciones de T°, OD y pH con la profundidad de una laguna facultativa; conocer la ubicación de las capas que resultan de la estratificación térmica, además de la distribución de OD 32 en la misma. Esta investigación se llevo acabo en la laguna facultativa de la planta de tratamiento de aguas residuales (Dr. Nerio Rosales). El análisis de los resultados obtenidos permitió observar la variación de la temperatura el OD y el pH con la profundidad de la laguna; se demostró OS D A en la superficie. Esto permitirá calcular el volumen RV y el tiempo de retención E S Ecual es posible ajustar los parámetros de R S hidráulico real de esta unidad, con lo HO C E EdeRevaluar el comportamiento hidráulico y conocer el volumen útil diseño D a fin también que el máximo valor de los parámetros medidos se encuentra ubicado real de la laguna. En este trabajo se proporciona información que contribuye al buen funcionamiento de la laguna, ya que conociendo como es la distribución de la temperatura en la laguna, se puede estimar el mezclado térmico de la misma. El procedimiento para la medición de los parámetros se llevó de forma estratificada, dividiendo en tres niveles de profundidad, la medición se realizó en forma puntual, que proporcionan información necesaria para analizar el comportamiento de la laguna en cuanto a objetivos planteados. • Juan Soto (Septiembre 1999) realizó la investigación titulada “Tratamiento anaeróbico de aguas residuales de camaronera en un reactor tipo UASB”. Su objetivo principal era el de evaluar el comportamiento de las 33 aguas residuales de una industria procesadora de camarones situada orillas del mismo, aplicando tratamiento anaeróbico de aguas residuales. La investigación consistió en encontrar condiciones de entrada al reactor para verificar si era posible aplicar un tratamiento anaeróbico al mismo tiempo OS D A condiciones de salida del reactor para así establecer RV criterios de tratabilidad E S E R S de estos desechos líquidos. HO C E DER conseguir una optima operabilidad del sistema. De igual forma encontrar El sistema montado en el laboratorio fue controlado, monitoreado por el parámetro pH, temperatura, alcalinidad, DQO, SST, y SSV. El cloro es un producto muy usado en esta camaronera que puede causar inhibición al ser utilizado en el tratamiento anaerobio debido a su toxicidad por lo que fue medido en campo, en los puntos de muestreo. El resultado de aplicar un tratamiento anaerobio a la camaronera se consideró satisfactorio encontrándose eficiencia tanto en la remoción de DQO como producción de metano y temperatura. Para la realización de esta investigación se consideró necesario la descripción y análisis de procesos del cual proviene el agua residual a tratar ya que nos conduce a determinar el tipo de compuesto químico agregado durante el proceso. 34 • Meléndez Luís, Rodríguez Aníbal (año 2002) Autores del trabajo de investigación titulado “ tratamiento de efluentes de una industria camaronera en un reactor RBC” este tenia como objetivo evaluar tecnologías de tratamiento para disminuir el impacto contaminante de sus efluentes; se evaluó el comportamiento de un reactor biológico rotativo de OS D A alcalinidad, demanda química de oxigeno RVsoluble (DQOs), demanda E S E R S química de oxigeno total (DQOt), nitrógeno orgánico (N-org), nitrógeno O H C E ), nitritos (N-NO ), Nitratos (N-NO ), fósforo (P-PO ), R E amoniacal (N-NH D contacto (RBC); mediante la evaluación de los siguientes parámetros: pH, +4 -2 -3 4 -3 carbono orgánico total (COT), sólidos suspendidos totales (SST) y sólidos suspendidos volátiles (SSV). El sistema no resultó óptimo para disminuir las concentraciones de las formas de fósforos y nitrógenos evaluados a los niveles de descargas a cuerpos de aguas superficiales, por lo que se requiere la implementación de un postratamiento. 2.3 BASES TEORICAS 2.3.1 Aguas Residuales Las aguas residuales generalmente contienen pequeñas cantidades de sólidos inorgánicos y orgánicos; y concentraciones variables de gases disueltos, y en caso de las aguas residuales domésticas un m3 de agua puede contener 500 g. 35 de sólidos. Con respecto a las aguas residuales industriales podemos decir que constituyen parte importante de las aguas residuales de una población y por consiguiente deben tomarse en cuenta las medidas adecuadas en materia de eliminación de la materia orgánica. (16) OS D A La descomposición de la materia orgánica puede ocurrir en condiciones RV E S E R requiere una aportación continua de S aeróbico aeróbica o anaeróbica. El proceso O H C E R oxigeno disuelto DE libre mientras que el proceso anaeróbico aunque también Modo de Descomposición de la Materia Orgánica requiere oxigeno este procede de los compuestos químicos y no del oxigeno libre disuelto. Características de las Aguas Residuales El entendimiento de la naturaleza de las características físicas, química y biológica de las aguas residuales es esencial para el proyecto y funcionamiento de las instalaciones para su recolección, tratamiento, evacuación y para la técnica de calidad ambiental. Un estudio de tipo sanitario, para determinar las características de las aguas residuales pueden clasificarse en análisis físicos, químicos y biológicos, para encontrar la concentración de los diferentes componentes orgánicos, inorgánicos y gases. (27) Según la concentración de los compuestos físicos, químicos y biológicos, el agua residual se puede clasificar en fuerte, media y débil. 36 En general las aguas están compuestas por un 99.9% de agua y un 0.1 % de materiales en suspensión y solución que imparten características indeseables. Las sustancias que se han agregado al agua durante su uso comprenden: • Materia Orgánica de ciudades e industrias que demandan oxigeno disuelto del agua para su oxidación, el vertido de materia orgánica a OS D A V la biota natural hasta hacer desaparecer Respecies. E S E R S • Materia en suspensión HO provenientes de ciudades, industrias, cría de C E animales, DER etc... que se depositan en el fondo de ríos, lagos y mares cursos de agua rebaja las concentraciones de oxigeno disuelto y afecta, modificando los nichos naturales. • Metales pesados y compuestos tóxicos de la industria que en concentraciones pequeñas, afectan la vida acuática y a los usuarios del agua. • Color y turbidez de diversos orígenes, crean problemas estéticos hacen inadecuada a el agua para uso domestico e industrial. • Nitrógeno y fósforo de aguas residuales domésticas principalmente, fertilizan las aguas, pueden originar crecimientos masivos de algas. • Aceites, grasas y materia flotante de ciudades e industrias, generan condiciones desagradables a la vista, restringe la transferencia de oxigeno del oxigeno del aire al agua y afecta la biota. • Compuestos orgánicos que puedan originar sabores desagradables, compuestos refractarios que no son transformados por la hacino de 37 microorganismos y persisten en el medio acuático y se acumulan en la cadena alimentaría del ecosistema. Estos compuestos se originan principalmente en las industrias. • Calor de agua de enfriamiento de la industria y plantas térmicas, modificando el ecosistema y afectan a las especies acuáticas, además OS D A de oxigeno disuelto y aceleran el consumo RVde oxigeno en el agua. E S E R S HO C E 2.3.2 OXIGENO DISUELTO (OD) DER rebajan la transferencia de oxigeno y las concentraciones de saturación Todos los organismos requieren oxigeno de una forma u otra para realizar los procesos metabólicos que generan la energía necesaria para su crecimiento y su reproducción. Las medidas de OD disuelto son de gran importancia para mantener las condiciones aeróbicas en aguas naturales que reciben materia polucional (orgánica), y en los procesos de tratamiento aeróbicos aplicados a la purificación de desechos domésticos e industriales. Métodos de Determinación de OD El método de Winkler, es un método volumétrico y es el método de las determinaciones de rutina del oxigeno disuelto. Para eliminar ciertas interferencias que se presentan comúnmente en las aguas se han efectuado varias modificaciones al método original. La selección del procedimiento analítico que 38 deba aplicarse depende de la naturaleza de la muestra y de las interferencias que se tengan. Para el método de Winkler y para las diferentes modificaciones se hacen las recomendaciones pertinentes con respecto a las condiciones en las que debe usarse. Entre las diversas modificaciones tenemos la de Alsterberg (nitruro de sodio), la mas utilizada, la modificación de Theriaul y otras. OS D A 2.3.3 DEMANDA QUIMICA DE OXIGENO (DQO)RV E S E S R es un parámetro analítico de la polución La demanda química de oxígeno O H C E R que mide materia DE químicamente oxidable en una muestra líquida. Esta prueba es ampliamente usada (al igual de la DBO) como una medida de fuerza polucional de las aguas residuales domésticas e industriales .La prueba da una medida de contenido de materia orgánica en términos de la cantidad total de oxígenos requerido para la oxidación a dióxido de carbono y agua. Si las aguas residuales llevan sustancias tóxicas, esta técnica puede constituir el único método práctico para la determinación de la carga orgánica. La oxidación química es relativamente más rápida si se le compara con la oxidación biológica y no está sujeta a variables (siembra, toxicidad, etc.) como lo esta un sistema biológico. Una de las principales limitaciones de la DQO con respecto a la DBO es que no permite diferenciar entre la materia biodegradable y la no biodegradable así como tampoco provee información de la velocidad a la cual la materia 39 biodegradable es estabilizada en las condiciones que existen en la naturaleza, tampoco mide la demanda de oxigeno debido a la nitrificación. (4) Es particularmente valiosa en los estudios de diseño, para determinar y controlar pérdidas a través de los sistemas cloacales. Los resultados son OS D A RV obtenidos en un tiempo de duración corto y las medidas operacionales a tomar E S E SR O H C E R 2.3.4 DEMANDA DE BIOQUIMICA DE OXIGENO (DBO) pueden ser realizadas con prontitud. Cantidad de oxigeno requerido para la respiración de los microorganismos responsable de la estabilización (oxidación) de la materia orgánica, a través de su actividad metabólica en medio aeróbico y a un tiempo y temperatura dados, representa por si mismo el parámetro de mayor significación al estudiar el tratamiento de las aguas residuales. La DBO se ejerce en dos etapas: la primera ejercida por los componentes carbonaceos en el proceso de hidrolización por la acción de los microorganismos y la segunda, como consecuencia de la nitrificación , de los componentes nitrogenados, que también son oxidados por las masas biológicas presentes en el liquido. (14) La figura 1 muestra como se ejerce, en función del tiempo y a varias temperaturas dadas, la demanda bioquímica de oxigeno. 40 OS D A RV E S E SR O H C E R DE Fig. 1 Demanda bioquímica de oxigeno en función del tiempo y a varias temperaturas. (21) Método Estándar de Calculo de DBO (1) La prueba de la DBO se basa en las determinaciones del oxigeno disuelto; en consecuencia, la precisión de los resultados esta influenciado en gran medida por el cuidado que se tenga en la medición de este ultimo. La DBO se puede medir en forma directa en unas pocas muestras, pero en general se requiere un procedimiento de dilución. • Método Directo: En las muestras en las que la DBO en cinco días no excede de 7 mg/l no es necesaria la dilución, siempre que sean aireadas 41 para acercar el nivel de oxigeno disuelto a la saturación al comienzo de la prueba. El procedimiento usual consiste en ajustar la muestra a aproximadamente 20 ˚C y airearla por difusión para tratar de alcanzar la saturación, aumentando o disminuyendo el contenido del gas disuelto en la muestra. Se llenan dos o mas recipientes con la muestra; se hace OS D A los demás se colocan a una incubadora por RelVtiempo deseado. Después de E S E de oxigeno disuelto que quedan en R S este tiempo, se determina la cantidad HO C E las muestras DER incubadas y se calcula la DBO. inmediatamente el análisis del oxigeno disuelto al menos en uno de ellos y • Método de Dilución: Este método de medición de la DBO se basa en el concepto fundamental de que la velocidad de degradación bioquímica de la materia orgánica es directamente proporcional a la cantidad de material no oxidado que existe en el momento. Una gran cantidad de materiales residuales son sometidos a la prueba de la DBO: pueden variar desde residuos industriales que pueden estar libres de microorganismos, hasta aguas residuales con abundancia de ellos. Muchos residuos industriales tienen valores de DBO sumamente altos, y se deben hacer diluciones muy altas para cumplir con los requerimientos impuestos por la solubilidad ilimitada del oxigeno. Las aguas residuales tienen un gran aporte de elementos nutrientes, como nitrógeno y fósforo, pero muchos residuos industriales son deficientes en uno y algunas veces en ambos elementos. Debido a estas limitaciones el agua de dilución 42 utilizada en el análisis debe compensar la deficiencia de cualquier muestra; puesto que estas limitaciones no siempre se conocen; es una buena práctica usar un agua de dilución que prevea estas eventualidades. Agua de Dilución: El pH de esta agua puede variar entre 6,5 y 8,5 sin OS D A V aproximado de 7; este RpH mediante un sistema de fosfato S aE un E R S O para mantener el pH siempre en condiciones procedimiento es H esencial C E DERLas condiciones apropiadas de pH se mantienen mediante los favorables. afectar la actividad de las bacterias. Se acostumbra amortiguar la solución fosfatos de potasio y de sodio que se agregan para suministrar la capacidad de amortiguación. Mientras que las condiciones osmóticas se mantienen mediante la adición sales de calcio y de magnesio que participan en el contenido total de sales. (1) Las sales de potasio, sodio, calcio y magnesio que se agregan para dar capacidad de amortiguación y condiciones osmóticas adecuadas, también sirven para proporcionar a los microorganismos estos elementos que son necesarios para su crecimiento y metabolismo. El cloruro ferrico, el sulfato de magnesio y el cloruro de amonio aportan los requerimientos de hierro azufre y nitrógeno. El buffer de fosfato suministra el fósforo que se pueda necesitar. El agua dilución siempre debe ser sembrada con agua residual o con otro material que asegure una población uniforme de organismos a varias diluciones y 43 para dar la oportunidad a la materia orgánica presente en el blanco del agua de dilución a que se expongan al mismo tipo de organismo a los involucrados en la estabilización del residuo. Por ultimo, el agua de dilución debe ser aireada para saturarla con oxigeno antes del uso. La demanda bioquímica de oxigeno se puede calcular a través de la OS D A RV siguiente ecuación, si no se requiere inóculo: E S E R Nº 1 DBO S =D −D Ecuación O H ρ C E R DE n c f Donde: Dc : OD inicial de dilución D f : OD final de dilución ρ : Fracción decimal de la muestra usada n : Periodo de incubación Cinética de la Demanda Bioquímica de Oxigeno La cinética de la reacción de la DBO por razones de tipo práctico, se formula de acuerdo con una reacción de primer orden, la cual acusan una rata de consumo directamente proporcional a la concentración de una sustancia única reaccionando, que se supone es la que reacciona en función del tiempo, se puede representar de acuerdo a: 44 dL = − kL Ecuación Nº 2 dt L : Concentración de la materia orgánica al tiempo t (mg/l). dL : Velocidad de desaparición de la materia orgánica por oxidación biológica en dt OS D A RV condiciones aeróbicas. E S E SR O H C de biodegradación (días k : Constante de la velocidad E R DE t : Tiempo de incubación -1) . Esta ecuación puede integrarse del siguiente modo Lt ∫ t dL l = −k ∫ dt 0 L En logaritmo: Lt Ln ∫ = − kt L Lt Ln ∫ = − kt L Entonces: LT t = e −k L Ecuación Nº 3 Si L = Y + Lt 45 1= Y Lt + L L Y Lt = 1− L L Se tiene que a cualquier tiempo de incubación t: OS D A RV E S E SR O H C E R Ecuación Nº 5 Y= L(1- 10 DE Y= L (1-e –k t ) Ecuación Nº 4 –k t ) Donde: Y : Cantidad de DBO ejercida en el tiempo t. Ke = 2.303*k La cual es el modelo matemático para la primera fase de la curva de la DBO. Limitaciones de la Demanda Bioquímica de Oxigeno (24) Son numerosas las limitaciones que se le han formulado a la DBO como una medida de la cantidad de oxigeno necesario para obtener la oxidación bioquímica de la materia orgánica existente en una muestra de agua. Estas limitaciones son de naturaleza diferente, alguna de ellas son: 46 • Presencia de compuestos tóxicos que inhiben la actividad de los microorganismos. Es conocido el efecto que causa sobre el metabolismo de los microorganismos los compuestos tóxicos y algunos iones. Se sabe que los iones de cobre, cromo hexavalente, plomo, níquel, zinc, arsénico, los cianuros OS D A RV y compuestos como el cloruro de mercurio y las cloraminas inhiben o retardan E S E R S O H encuentran en las C muestras incubadas para determinar la DBO, se obtienen E R DE el metabolismo de los microorganismos, cuando algunos de estos iones se resultados mas bajos que los reales que pueden conducir a conclusiones o interpretaciones erróneas a los resultados. En estudios realizados en el centro de investigación Robert A. Taft, sobre efectos de los compuestos de cobre, cromo, níquel y zinc aislados o en combinaciones demostraron que es posible adaptar a los microorganismos a la presencia de esos elementos y todavía mas, obtener la oxidación de los mismos. En desechos industriales se pueden presentar descargas muy alcalinas o ácidas, cuyos valores de pH sea un medio desfavorable para degradar la materia orgánica oxidable, obteniendo así los resultados de la DBO más bajos que los reales a pesar de las soluciones que se le agregan al agua de dilución en estos casos es necesario neutralizar las muestras antes de la incubación, o aclimatar a los microorganismos al desecho industrial en estudio para 47 determinar la DBO En las determinaciones de la DBO de las aguas servidas de las industrias, se ha encontrado que cuando las concentraciones de fósforo y nitrógeno amoniacal son muy bajas, se obtienen resultados de la DBO menores que los reales. • Temperatura de incubación de las muestras OS D A RV Experimentos realizados en la determinación de la DBO han conducido a E S E resultados distintos para temperatura S R de incubación. Se encontró que los O H C E valores más altos corresponden a las temperaturas de incubación mayores. En R DE la expresión matemática de la DBO Y − L(1 − e − kt ) La demanda bioquímica total (L) de la primera etapa es un valor fijo, que se puede calcular para cada desecho particular. A mayor temperatura del análisis se obtiene valores más altos de Y (valor de la DBO) para un periodo de incubación de (t) días, el mayor valor de Y es consecuencia d una velocidad de reacción más alta o un mayor valor de (k) para que el exponencial sea menor. (5) • El inóculo bacterial Para obtener resultados satisfactorio de la DBO, es importante hacer una selección adecuada de los microorganismos con que se siembran las botellas de DBO, especialmente cuando se hace en muestreos de desechos de plantas 48 de elaboración de alimentos o desechos industriales difíciles de oxidar por acción biológica. La utilización de microorganismos que no han estado en contacto con el desecho al que se hace la determinación de la DBO, puede conducir a resultados más bajos si se tiene en cuenta que estos organismos deben OS D A RV desarrollar las enzimas capaces de desdoblar los compuestos orgánicos del E S E R S O H receptora a una distancia C de 3 a 8 km. aguas debajo de la descarga. E R DE desecho. Los mejores resultados se obtienen si se toma como inóculo el agua (11) Cuando no es posible obtener microorganismos adaptados al desecho es necesario formar un cultivo aclimatado en el laboratorio; esto se obtiene cuando a un cultivo de microorganismos se agregan dosis crecientes del desecho, durante un periodo apreciable de tiempo, para que los organismos presentes en el cultivo inicial desarrollen los mecanismos que les permitan desdoblar los compuestos de difícil oxidación bioquímica, para así obtener resultados reales de DBO, y además estos resultados serán mayores de los que se obtendrán con siembra de microorganismos tomados al azar. (11) Se han hecho estudios de laboratorio sobre el efecto del número de microorganismos sembrados en una botella de DBO y los resultados obtenidos para el consumo de oxígeno son sensiblemente iguales para las diferentes concentraciones del inóculo bacterial inicial. De esta forma queda demostrado que la DBO es una medida de concentración de la materia orgánica que puede 49 ser oxidada bioquímicamente y el resultado depende la adaptación y otros factores de bacterias encargadas de oxidar esa materia orgánica durante el periodo de incubación. (4) En estudios recientes del consumo de oxigeno con el tiempo de incubación, OS D A RV se han observado varios tipos de curvas en las que se distinguen: E S E SR O H C cinética. decreciente de reacción E R DE a) Para los compuestos carbonáceos. La curva de velocidad b) Las curvas descritas como “autocatalíticas” en las que se observa una especie de retardo aunque los microorganismos estén en fase de crecimiento logarítmico; en este caso el oxigeno sirve como catalizador durante un periodo corto de tiempo. c) Curvas en las que se encuentran dos fases: se caracterizan porque se observa una transformación rápida del substrato en productos de almacenamientos en las células, seguidas de una fase de utilización endógena de los productos de almacenamiento. Este tipo de curva se presenta con inóculos iniciales. d) Bush observó un tipo de curva para substratos carbonáceos en las que se presenta una demanda rápida de oxigeno seguida de una segunda etapa. Las dos etapas están separadas por un receso en la utilización de oxigeno: la utilización de oxigeno después del receso que excede la 50 respiración endógena se atribuye a la actividad de predadores aunque también se ha encontrado en cultivos puros. Este receso se presenta en 48 horas después de iniciar la incubación de las botellas de DBO, cuando la población bacterial en las botellas incubadas es máxima y cuando se ha ejecutado entre un 30 y 40% de la demanda teórica de oxigeno del OS D A RV substrato, siempre que sea posible hacer el cálculo de la demanda teórica. • E S E SR O H Cde algas en las botellas incubadas. E Presencia R DE Las algas tienen la capacidad de sintetizar oxigeno cuando están expuestas a la luz y utilizan oxigeno cuando están en la oscuridad para respiración y otras funciones de su metabolismo. Esta circunstancia hace pensar que la presencia de algas en muestras tomadas para determinar la DBO puede a conducir a resultados errados en la medición del consumo de oxigeno durante el periodo de incubación. (23) • El orden y la molecularidad de las reacciones. En la DBO se producen reacciones químicas en las que interviene compuestos orgánicos, oxigeno y microorganismos que, mediante sistemas enzimáticos oxidan la materia orgánica y de estas reacciones obtienen la energía para sintetizar materia celular, es así como podemos encontrar una fase de adaptación de los microorganismos una etapa de crecimiento logarítmico en la que hay una concentración elevada de materia orgánica, 51 seguida de un periodo de receso y una etapa final de muerte y reparación endógena. Durante una prueba de la DBO se reproduce una curva de crecimiento bacterial según el proceso antes descrito, al mismo tiempo, los microorganismos transforman los compuestos orgánicos en formas utilizables por ellos en su metabolismo, en esta forma un compuesto orgánico es llevado OS D A V al supuesto para calcular conducir a reacciones de un orden molecular R distinto E S RE la constante de reacción k.OS H C E R E D • Duración de la prueba de DBO. a su estado de oxidación total a través de reacciones intermedias que pudieran (15) Se han desarrollado pruebas que permiten obtener una medida de consumo total del oxigeno en varias horas utilizando cultivos masivos o la técnica del respirómetro de Warburg. Vale la pena mencionar alguna de las modificaciones de la DBO para obtener el consumo de oxigeno en un periodo más corto de tiempo. Así, en pruebas de la DBO, tomando en cuenta el consumo de oxigeno a intervalos de dos horas, encontraron que después de la utilización intensa de oxigeno presentaba un receso(en la utilización de oxigeno) que corresponde al momento en que la población bacterial es máxima; esta circunstancia, permite tomar el valor de la DBO como una medida de la DBO total por cuando el receso corresponde a la utilización total de la materia orgánica y el oxigeno utilizado después del receso corresponde a la respiración de los 52 microorganismos y la oxidación de compuestos almacenados en las células. (14) Se proponen un sistema para obtener la Demanda Total biológica de Oxigeno (DTbO) en 8 horas utilizando un cultivo masivo de microorganismos para oxidar el substrato y midiendo la Demanda Química de Oxigeno (DQO) a OS D A RV diferentes intervalos de tiempo. E S E SR O H C E compuestos orgánicos y desechos. Mediante R DE La técnica de Warburg ha sido utilizada en la medida de oxidación biológica de este sistema es posible obtener la curva completa de la DBO se utiliza en pruebas aisladas cuando es necesario hacer un número muy grande de determinaciones. (1) Mediante esta técnica, se acelera la velocidad de la reacción química en la degradación de la materia orgánica y es posible extender la prueba hasta obtener la degradación completa de los componentes oxidables biológicamente. Se puede seguir el proceso de la oxidación biológica observando la desaparición de los compuestos orgánicos y el oxigeno, o la aparición de los productos de la oxidación (CO, materia celular, iones inorgánicos, etc.). (24) • Interpretación de los resultados obtenidos en la determinación de la DBO. 53 En la práctica diaria se siembran muestras duplicadas de varias diluciones para determinar la DBO después de 5 días de incubación (tiempo de incubación estándar). Las muestras duplicadas tiene por objeto comprobar la eficacia de la técnica del laboratorio al encontrar concentraciones iguales o similares de oxigeno disuelto en las botellas con las mismas diluciones. OS D A RV En el cálculo de la DBO se encuentran con frecuencia discrepancia en los E S E R S O H interpretación de los C resultados es muy importante E R DE resultados numéricos para cada dilución incubada. En estos casos la porque existen varias alternativas para determinar la DBO real. Es necesario hacer una interpretación de los resultados, los cuales podrán no ser iguales para diferentes diluciones de una misma muestra. Para la selección de los valores de la DBO es necesario tener en cuente que las muestras no se filtraron, siendo posible que en una muestra se agregara mayor cantidad de sólidos orgánicos si la mezcla no fue uniforme en el recipiente de donde se tomó. Es necesario tener en cuente la técnica utilizada para sembrar las muestras y otras variables que pudieran intervenir en el resultado final de la determinación para cada dilución. Existen varias alternativas para la selección de la DBO: a) Cuando los resultados son muy próximos unos a otros es posible tomar el valor medio como la DBO verdadera. 54 b) Se calcula la variación, en el consumo de oxigeno, que corresponde al cambio en el volumen de la muestra que se sembró. 2.3.5 CONSTANTES DE LA ECUACIÓN DE LA DBO Constante de Velocidad de Degradación (k) OS D A RV E S E SR O H valores de k pueden encontrarse entre 0,05 día C E R DE El valor de k varía significativamente con el tipo de agua residual. Los -1 a 0,3 día-1 o más. Para un mismo valor de DBO última, la absorción de oxígeno variará con el tiempo y con los diferentes valores de k se muestran en la figura 2. Fig. 2. Efecto de la constante de relación k en la DBO. (24) La velocidad de oxidación depende de la temperatura, concentración de nutrientes, de población microbiana, etc. El valor de k es la pendiente de la curva 55 de la DBO y su efecto en el valor de la demanda puede observarse en la Figura 3. (24) OS D A RV E S E SR O H C E R DE Fig. 3. Efecto de la constante k en la DBO (21) El valor de k depende del tipo de agua residual, mientras mas contaminada el valor es mayor. Las condiciones estándar para la determinación experimental de la DBO se refiere a un período largo de incubación de cinco días ; en la figura 3, el intervalo estándar de cinco días representaría una gran diferencia en los grados de oxidación, en relación con la temperatura a la cual se realiza el proceso de oxidación. 56 Esto indica que los valores de la DBO5, sin un conocimiento adicional de la velocidad de oxidación son de poca significación práctica. Demanda Última (L) El valor de la última demanda (L) es considerando como un límite teórico, antes que uno real. Los valores de L son útiles, para predecir la ultima demanda en OS D A RV relación a las fuentes de oxigeno de un cuerpo de agua. Este valor de Demanda E S E SR O H C E R Determinación DEde los Parámetros k Y L Total, es la que tiene importancia y no la demanda para un tiempo determinado. Existen varias maneras de determinar k y L a partir de una serie de medidas de la DBO: Método grafico de Fujimoto, Método grafico de Thomas y la pendiente de Thomas entre otros. 2.3.6 METODOS PARA DETERMINAR LAS CONSTANTES CINETICAS El método grafico de Fujimoto (9) Permite una solución grafica de la ecuación de la DBO, de la primera etapa, consideradas dentro de las formulaciones de una ecuación de primer orden, a través del método de diferenciales finitas. El método consiste en plotear DBOt+1, versus DBOt, los puntos que resultan representan aproximadamente una línea recta, independiente del parámetro L. La intersección de este ploteo con una línea de pendiente m=1 da el valor de L. la constante de velocidad K se obtiene a través de la ecuación: 57 Ln LT = −k L Ln(1 − Y ) L k t Donde: k = donde Y es uno de los valores medidos de la DBO al correspondiente OS D A RV tiempo t. E S E SR O H C E R DE Fig. 4. Aplicación del método de fujimoto. (9) Método de Thomas (25) El método de Thomas esta basado en la semejanza de dos series de funciones. Es un procedimiento grafico sustentado en la función: 58 − (t ) Y 1 3 = (2.3kL) 1 k + 3 2 3 3.43L 1 3 Donde: Y : DBO ejercida en el tiempo t. k : Constante de reacción en base 10. OS D A RV L : DBO ultima. E S E SR O H C de una línea recta E R La ecuación tiene la forma DE Z = a + bt Donde: Z = ( t ) Y 1 3 a = (2.3kL) b= k 2 −1 3 3 3.43L 1 3 Se grafica Z vs. t, determinándose la pendiente b y el intersecto a, los cuales pueden usarse para calcular k y L: k = 2.61 b L= a 1 2.3ka 3 59 Para usar el método, se requiere varias observaciones de Y en función de t. Deben hacerse estas observaciones los primeros siete a diez días debido a la interferencia producida por el nitrógeno después de este tiempo de incubación. (21) Método de la Pendiente de Thomas (25) OS D A RV Este método supone el ajustar una curva a través de un conjunto de puntos E S E SR O H Cobservado y el valor de la curva ajustada) tenga que ser diferencia entre el valor E R DE procedentes de datos de modo que la suma de los cuadrados residuales (la un mínimo, Al utilizar este método, pueden ajustarse distintos tipos de curvas mediante un conjunto de puntos. Por ejemplo, para una serie de medidas de DBO a lo largo del tiempo sobre la misma muestra, la siguiente ecuación será válida para cada uno de los distintos puntos: ∂y ∂t = k ( DBOu − Yn ) Ecuación Nº 6. n Donde: Y : valor de la DBO n : Número de puntos procedentes de los datos k : Constante de velocidad de reacción. En esta ecuación 6 se desconoce los valores de k y DBOU. Si se supone que ∂y ∂t representa el valor de la pendiente de la curva que debe ajustarse mediante todos los puntos para un valor dado de k y DBOU y debido al error experimental, 60 encontraremos que los dos miembros de la ecuación 6 no son iguales sino que difieran entre si en una cantidad R. Escribiendo la ecuación 6 en función de R se tendrá: R = k (DBOu − Y ) − ∂y Ecuación Nº 7 ∂t OS D A se obtiene: ∂R t V E S E R S HONº 8 C ′ Ecuación R = KDBOu − kY − Y E DER Simplificando y utilizando la notación Y ′ para ∂y Sustituyendo en la ecuación 8 a = kDBOu −b = k Se tendrá: R = a + bY − Y ′ Ecuación Nº 9 Si la suma de los cuadrados de los residuales R tiene que ser un mínimo, las siguientes ecuaciones deben cumplirse: (∂/∂a) ∑ R2 = ∑ 2R (∂/∂a) = 0 (∂/∂b) ∑ R2 = ∑ 2R (∂/∂b) = 0 Ecuación. 10 Si las operaciones indicadas en la operación 10 se llevan a cabo utilizando el valor residual R definido por la ecuación 9 se obtendrán las siguientes ecuaciones: 61 na + b∑ Y − ∑ Y ′ = 0 a ∑ Y + b∑ Y 2 − ∑ Y ′Y = 0 Ecuación Nº11 Donde: Y : valor de la DBO (mg/ l) n : numero de puntos procedentes de los datos OS D A RV E S E SR O a : -b DBO (mg/l día ) H C E R DE b : -K U Y′ = (Yn+1 − Yn−1 ) 2Δt 2.3.7 Efecto de la Temperatura Es de interés la influencia que ejerce la temperatura sobre la Constante de Velocidad (k) y la Demanda Ultima (L). El cambio de valores de la constante de desoxigenación en función de la temperatura, puede ser estimado esencialmente con la expresión que derivo Phelps relacionada con los efectos de la temperatura sobre k´, basado en la expresión de Van’t Hoff-Arrhenius. (20) d ln k E = dt RT 2 ln Cuya integración daría, kt 2 E (T2 − T1 ) = kt1 RT2 × T1 o en base 10 62 log kt 2 E (T2 − T1 ) = ; kt1 2,3RT2 × T1 log Considerando a N = cte N= llamando kt 2 = N (T2 − T1 ) kt1 ; E 2,3RT2 × T1 kt 2 = 10 N (T2 −T1 ) kt1 kt 2 = θ (T2 −T1 ) Ecuación Nº 13. kt1 OS D A RV Para el caso de la DBO toma la forma bastante utilizada kT2 = k 20 (1.047) T − 20 E S E El valor de 1,047 es considerando S R constante para un rango de temperatura O H EC entre 15 ˚C y E 30 R ˚C, pero en realidad por corresponder al valor de la DBO toma la D forma bastante utilizada θ (coeficiente de temperatura), es variable. Sus valores son cómputos experimentalmente, al determinarse los valores k1 a diferentes temperaturas para luego aplicar la ecuación 13. En cuanto la dependencia de la última demanda con respecto a la temperatura, la formula de Theriault muestra que: LT = L20 [1 + 0.020(T − 20)] Ecuación Nº 14 Donde: LT : Valores de L a cualquier temperatura. L20 : Valores de L a 20 ˚C. Los estudios antes citados, presentan las siguientes formulaciones para diferentes rangos de temperatura: 63 LT = L20 [1 + 0.0113(T − 20)] 20˚C A 25 ˚C LT = L20 [1 + 0.033(T − 20)] 20˚C A 25 ˚C Y como formula más aceptada que cubre el rango entre 20ºC y 35ºC LT = L20 [1 + 0.0193(T − 20)] S O D A Para encontrar la relación que muestra la dependencia RV de L con respecto a E S E diferentes rangos de temperatura, seR procede utilizando la ecuación: S HO C E DER X = L20 ( X + Yt ) Se determina la demanda última (L), a diferentes temperaturas (LT). Se obtienen dos ecuaciones con dos incógnitas: • Para el rango t1 = 20º C y t 2 ≥ 20º C LT = X + Yt 2 L20 Para t1 = 20º C y LT = L20 º C 1 = X + Yt1 Obteniéndose de esa manera X e Y. La expresión tiene la forma: LT = L20 ( X + Yt ) ó 64 LT = L20 [X + Y (t − 20)] Obteniéndose de esta manera, la relación para cada rango de temperatura. 2.3.8 Potencial de Hidrogeno (pH) OS D A mantenido dentro de un rango favorable a losE microorganismos que se encargan RV S E R la mayoría de los microorganismos S orgánica, de la biodegradación de la materia O H C E R E a valores comprendido entre 6 y 9. Por tal motivo se debe ejercen suD acción El conocimiento del pH es muy importante, ya que este valor debe ser mantener el pH en el rango especificado, debido a que un incremento de pH, origina un aumento de la concentración del amoniaco procedente de los compuestos amoniacales. (17) 2.3.9 Sólidos Suspendidos La materia sólida presente en los líquidos residuales, que mide la concentración y estado físico de los constituyentes del líquido cloacal, es de interés para determinar la presencia de aquellos sólidos que por su naturaleza le comunican propiedades indeseables al agua. Su concentración permite predecir, en base a la eficiencia de las distintas etapas de tratamiento que se estimen como necesarios, el mayor o menor grado de purificación esperados. 65 Aun cuando los resultados de los residuos (total, fijo y volátil) están sujetos a errores apreciables a causa de la perdida de compuestos volátiles durante la evaporación de dióxido de carbono y minerales volátiles durante la incineración y de oxido de calcio en las cenizas, junto con los reportados por los ensayos de demanda química y bioquímica de oxigeno, son los mas representativos para OS D A RV conocer y estimar sobre la materia mineral y orgánica de los despojos líquidos. (21) E S E SR O H C los parámetros cinéticos de la ecuación que rige la Objetivo General: Determinar E R DE 2.4 CUADRO DE VARIABLES demanda bioquímica de oxígeno en aguas residuales de las industrias. Objetivos Variables Dimensión Determinar Parámetros Valores de Indicador la -Temperatura (20ºC experimentalmente cinéticos de la e DQO y DBO y 33ºC), los valores de la caución que rige - Oxigeno disuelto DQO y DBO a la 20ºC y 33ºC. - Ph demanda bioquímica de -Sólidos oxigeno en suspendidos. aguas residuales Calcular los Parámetros de k -Método gráfico de parámetros de yL demanda total y la Fujimoto, -Método gráfico de 66 constante Thomas. de -La pendiente de velocidad aplicando método de Fujimoto, el del gráfico y la pendiente Thomas Thomas el OS D A RV E S E SR O H C E R DE de gráfico -Análisis y Establecer Método comparaciones de Fujimoto y comparación de los entre los métodos Thomas y para proponer el método de método que más pendiente se ajuste según la Thomas el métodos entre sí. la de industria a través del análisis de la información obtenida 67 2.5 DEFINICION DE TERMINOS BASICOS Cloraminas: son un tipo de aminas orgánicas que se producen cuando el amoníaco y el cloro (en forma de ácido hipocloroso) reaccionan entre sí. Cada vez se emplea más la cloramina en vez de cloro en las plantas de tratamiento de agua, debido a que la cloramina es mucho más estable y no desaparece del agua OS D A RV asegurando la desinfección hasta el momento en que el agua llega al consumidor. E S E R S O H cloro y amoníaco bajo C E R DE En el tratamiento del agua con cloramina, se forma monocloramina (NH2Cl) al añadir ciertas condiciones. En el tratamiento del agua con cloro, los subproductos de desinfección que se forman son una combinación de cloraminas inorgánicas, a la que también se llama residuos combinados de cloro. Componentes Nitrogenados: El nitrógeno que se asimila bajo la forma de nitrato tiene que ser reducido en la célula a amoniaco para que pueda incorporarse como grupo amino a dos aminoácidos: el ácido glutámico y ácido aspartico. Estos dos aminoácidos son los precursores de todos los compuestos nitrogenados de la materia viva. Las proteínas y ácidos nucleicos son los principales componentes nitrogenados del material celular. Los compuestos orgánicos nitrogenados que sintetizan las plantas son utilizados como fuentes de nitrógeno por todo el reino animal. Cuando los animales asimilan materias vegetales, hidrolizan en mayor o menor grado los complejos compuestos 68 nitrogenados pero el nitrógeno queda en su mayor parte en forma orgánica reducida. Materia orgánica: Aproximadamente el 50% de las basuras de nuestra casa lo compone la materia orgánica que, para que nos entendamos, es todo aquello que se puede descomponer, como: restos de comida, vegetales, frutas, hojas y OS D A RV ramas que resultan de limpiar las macetas o el jardín cáscaras de huevo o E S E SR O H ECque describe la posición relacional de una especie o R Nicho: es unEtérmino D moluscos compresas y pañales sucios, restos de infusiones. etc. población en un ecosistema o el espacio concreto que ocupa en el ecosistema. En otras palabras, cuando hablamos de nicho ecológico, nos referimos al "trabajo" o a la función que desempeña cierto individuo dentro de una comunidad. Nitrificación: Se define como un proceso de oxidación bacteriana del amoniaco a nitritos y nitratos, bajo condiciones aeróbicas. La nitrificación es realizada por bacterias nitrificantes, que son susceptibles a un cierto numero de factores ambientales, tales como: temperatura, pH, oxigeno disuelto, otros microorganismos. 69 Reservorio: Un área natural o artificial sostenida y usada para almacenar agua. La biota puede desglosarse en una flora y una fauna, según los límites, mal definidos, de la Botánica y la Zoología. Respiración Endógena: se caracteriza por el consumo que realizan las bacterias de su propia biomasa, a modo de reserva, para poder continuar con sus funciones OS D A RV vitales, de tal modo que decrece su materia activa y, por lo tanto, completando la E S E SR O H C E R DE oxidación total de la materia orgánica degradable. 70 OS D A RV E S E SR O H C E R DE CAPITULO III Marco Metodológico 71 CAPITULO III MARCO METODOLOGICO 3.1 TIPO DE INVESTIGACION OS D A RV Teniendo en cuenta que “el tipo de investigación se establece en función del tipo de problema que se desea solucionar, los objetivos que se pretendan lograr y E S E SR O H C E R E AdemásD que “toda investigación puede definirse como el intento de conocer, la disponibilidad de recursos”. Según Chávez, (1994). indagar, saber algo, con el propósito de ampliar nuestros conocimientos sobre una cierta esfera de problemas. Señalando que la investigación experimental “es un estudio en el que al menos una variable es manipulada y las unidades son aleatoriamente asignadas a los distintos niveles o categorías de las variables manipuladas”. Según Hernández y otros, (1991). El diseño de la investigación se determino de tipo experimental, el cual es la estrategia que adopta el investigador para responder al problema planteado mediante una serie de actividades; se procedió a seleccionar y recoger una importante cantidad de muestras en la industria procesadora de cangrejos, para analizar en el laboratorio y determinar los parámetros deseados. 3.2 DISEÑO DE LA INVESTIGACION Existen muchas propuestas de clasificación de los tipos de diseño a implementar pero de manera primaria, en relación con el tipo de datos que se 72 deben recolectar, se puede clasificar en diseño de campo (datos primarios) y diseño documental o bibliográfico (datos secundarios). Cabe destacar, sin embargo, que cada investigación posee un diseño propio, por lo que el investigador debe tener presente las diferentes herramientas metodológicas que le permitan llevar a cabo un trabajo de investigación. Según Bavaresco de Prieto, Aura. (2001). OS D A compiló la información de las características de RlasV aguas analizadas, para la E S E la información directamente del lugar determinación de los parámetros, esR decir, S Ose pretende estudiar, (Bavaresco 1997). Hque C de los hechos, o delE campo DER Podemos considerarlo también un estudio de campo, debido a que se En virtud de los objetivos en estudios y las variables involucradas con miras para la determinación de los parámetros cinéticos que rigen la ecuación de la demanda bioquímica de oxigeno, con el propósito de la obtención de los valores de la constante cinética y demanda ultima a temperaturas propias de la región, y ya que los datos empleados son de fuentes primarias y éstas fueron recogidas directamente de la realidad, en el mismo instante de tiempo como se presentan, el diseño de la investigación es diseño experimental de campo. 3.3 POBLACION Y MUESTRA Según Chávez (1994), “la población de un estudio es el universo de la investigación sobre el cual se pretende generalizar los resultados, está constituida por características o estratos que le permiten distinguir los sujetos, unos de otros.” Por su parte, Hernández y Otros (1998) sostiene que la población “Es el conjunto de todos los casos que concuerdan con una serie de especificaciones”. Basándose en las exposiciones de los autores citados, puede señalarse que la población en la presente investigación, está conformada por la totalidad de la 73 planta procesadora de cangrejo. La toma de muestras se realizó directamente de las descargas de agua residual de la industria procesadora de cangrejo. Los muestreos se realizaron semanalmente, obteniendo 2 muestras en cada visita. Tomando en cuenta la operatividad de la planta, los horarios de muestreo escogidos fueron entre las siete y nueve de la mañana y para la una y tres de la tarde. OS D A RV E S E 3.4 FASES DE LA INVESTIGACION SR O H C E R DE Con la finalidad de mostrar un enfoque más detallado de la metodología que se utilizó, a continuación se presentan los objetivos específicos divididos por fases, en cada una de las cuales se detalla la metodología inherente a las mismas. OBJETIVO Nº 1: Determinar experimentalmente valores de la demanda química de oxigeno y la demanda bioquímica de oxigeno a 20º C y 33ºC en las muestras tomadas. Análisis de pH: Luego de obtenidas las muestras, se procede a hacerles un análisis de pH. Primeramente se calibra el equipo introduciendo el electrodo de calomel en la solución Buffer de pH=7, y calibrarlo con el botón respectivo. Lavar nuevamente el electrodo y repetir la operación con buffer pH=4. Sumergir el electrodo en el recipiente de la muestra y leer el valor de cada muestra. Análisis de DQO: Se toman 9 tubos de ensayo y cada uno contiene una mezcla de 1ml de dicromato de potasio, 3ml de H2SO4 concentrado, 1ml Ag2SO4. Para hacer el blanco se toman 3 de los 9 tubos de ensayo se le adiciona 2ml de agua destilada a cada uno, se agita. Luego para el patrón se toman otros 3 tubos 74 y se le agregan 2ml de patrón DQO de 500mg a cada uno y se agita. A los últimos 3 tubos se le agregan 2ml de muestra y se agitan. Posteriormente los 9 tubos de ensayos se colocan dentro del digestor por 2 horas a 140 ºC. Se sacan y se espera a que se enfríe. Las muestras se introducen en las celdas del Hach (Espectrofotómetro). Se enciende el equipo y se introduce el método 0 (este corresponde a la OS D A V para luego introducir el blanco (agua destilada), es decir, se calibró el R equipo, E S E las muestras. R patrón y por ultimo los tubos queS contenían HO C E DER de la DBO: A través de la DQO se halla la dilución Determinación determinación de la DQO) a una longitud de onda de 600 nm. Se hace cero con el (1) apropiada, se diluye la muestra para que satisfaga los requerimientos (que el O2 al final de la incubación sea igual a 2 y que el oxigeno consumido sea mayor igual a 2).El agua de dilución se prepara a partir de agua destilada introduciéndose en un recipiente, a esto se le agrega 1 ml de solución amortiguadora de fosfato, 1 ml de sulfato de magnesio,1ml de cloruro de calcio y 1 ml de cloruro férrico, todo esto se agrega por cada litro de agua. Toda esta dilución se coloca a airear por 3 o 4 horas. Se prepara en base al % de dilución arrojados por la DQO 3.5 litros de muestra para 20ºC y 33ºC. En un recipiente se agrega el volumen de muestra de acuerdo al % de muestra y se completa con agua de dilución hasta 3.5 litros, se agita hasta homogeneizar la muestra, luego se procede a llenar las once botellas de Winkler por cada temperatura. Tapar herméticamente, dejando un sello de agua. Las botellas de Winkler fueron previamente identificadas por muestra puntual y temperatura. Posteriormente cada grupo de botellas son llevadas a la incubadora de 20ºC Y 33ºC. 75 Determinación del oxígeno disuelto. (Método de Winkler): Se determina inmediatamente el oxigeno disuelto a una muestra por cada temperatura (reporte del OD mg/l a partir del día 0). Este procedimiento se realiza durante diez (10) días consecutivos. (1) El procedimiento para determinar el oxigeno disuelto es el siguiente: Agregar a la muestra contenida en una de las botellas Winkler 1 ml de OS D A de la superficie, tapar cuidadosamente la botella para RVexcluir las burbujas de aire y E S E contenido en el cuello ensanchado R descartar el liquido desplazado del recipiente S HO C de la botella, dejar en reposo hasta observar claramente el reposo del precipitado E R E D solución de sulfato manganoso y 1 ml del reactivo alcali-nitruro ambos por debajo y dejar que este descienda hasta la mitad de la botella, este procedimiento se repite nuevamente. Destapar y agregar 1 ml de acido sulfúrico concentrado, la adicción debe hacerse lentamente dejando que el acido descienda lentamente por el cuello de la botella. Vaciar 100 ml del líquido y titular los 200 ml de muestra restantes contenidos en la botella. Se le agregan 2 ml de almidón como indicador se aprecia la aparición de un color azul al añadirlo. Se titula con solución de tiosulfato de sodio 0.025 N y proseguir la titulación hasta que desaparezca el color azul por primera vez. OBJETIVO Nº 2: Calcular los parámetros de demanda total y constante de velocidad de la biodegradación de la materia orgánica aplicando el método de fujimoto, método gráfico de Thomas y la pendiente de Thomas. Tratamiento de la información: Haciendo uso de las técnicas analíticas y estadísticas como lo son: el método de fujimoto, método gráfico de Thomas y la pendiente de Thomas, se depuró y analizó la información recolectada. 76 Tanto la recolección como el tratamiento de la información se realizaron siguiendo las fases de la metodología propuesta. OBJETIVO Nº 3: Establecer comparaciones entre los métodos para proponer los métodos que más se ajusten según la industria de los efluentes de las muestras analizadas. OS D A tres métodos distintos entre sí, y se seleccionan al menos dos cuta data sea RV E S E congruente. SR O H C E R DE Comparación de los resultados: Se analizan los resultados obtenidos por Presentación de los resultados: Los resultados fueron analizados y presentados al tutor y asesor de esta investigación .De igual forma se formuló conclusiones y recomendaciones. 3.5 METODOS Y TECNICAS DE ANALISIS DE INFORMACION Según Sabino (2000): “Finalizadas las tareas de recolección el investigador quedará en posesión de un cierto número de datos, a partir de los cuales será posible sacar las conclusiones generales que apunten a esclarecer el problema formulado. Pero esa masa de datos, por sí sola, no nos dirá en principio nada, no nos permitirá alcanzar ninguna conclusión sí, previamente, no ejercemos sobre ella una serie de actividades tendientes a organizarla, a poner orden en todo ese multiforme conjunto“. Las técnicas de recolección de datos que se aplicaron en la presente investigación son las siguientes: 77 Técnicas de lectura evaluativa Es la que se utiliza para realizar una lectura crítica; es decir aquella que no solo permite comprender el mensaje del autor sino también lo valora. Según Fuenmayor, (1999). En esta investigación se utilizaron las técnicas de lectura evaluativa, debido a que se realizó una revisión y análisis de varios autores relacionados con el área de tratamiento de aguas residuales, lo cual permitió la OS D A RV formulación confiable de la metodología propuesta. E S E Es importante señalar que S laRinformación que se obtuvo de la revisión O H C asentaron las bases para el establecimiento de la bibliográfica y de la E INTERNET R DE metodología que se siguió para alcanzar los objetivos propuestos. Observación documental Para esta investigación se aplicó la técnica de observación documental debido a que consiste en el diseño de una metodología para determinación de los parámetros cinéticos que rigen la ecuación de la demanda bioquímica de oxigeno, para lo cual fue necesario tomar como patrón de comparación la información existente. . 78 OS D A RV E S E SR O H C E R DE CAPITULO IV Resultados y Análisis 79 CAPITULO IV RESULTADOS Y ANALISIS OS D A RV 4.1 Análisis de los Resultados E S E SR O H muestra puntual a E lasC temperaturas de incubación de 20 ºC y 33ºC, en una R DE Las tablas 1 a la 16 muestran los valores obtenidos de DBO, del tipo de secuencia de diez días. Tabla Nº 1 Valores de la DBO de la muestra Nº 1 a 20 ºC y 33ºC. Muestra:1 DQO=297 DBO DIA 20ºC %dil=2.2 33ºC %dil=2.2 1 100 127 2 136 218 3 236 273 4 291 281 5 314 300 6 327 314 7 341 327 8 345 341 9 345 <341 10 355 <341 Fuente: Dangond y Mendoza, 2008 80 Tabla Nº 2 Valores de la DBO de la muestra Nº 2 a 20 ºC y 33ºC. Muestra:2 DQO=254 DBO DIA 20ºC %dil=1.8 33ºC %dil=1.8 1 111 133 2 161 OS D 278 A RV E S E S R383 5 O H C6 E 394 R DE 3 211 4 322 153 367 378 387 7 400 394 8 406 417 9 411 <417 10 111 <417 Fuente: Dangond y Mendoza, 2008 En las tablas numero 2 y 3 se presentan valores de DBO a la temperatura de 33 ºC hasta el octavo día, debido a que en los dos últimos días del ensayo realizado para estas muestras se obtuvo un valor de oxigeno final menor al recomendado (2 mg/l valor establecido por el método estándar de la DBO), para obtener resultados confiables. También se puede observar para la muestra 5 a las temperaturas de 20 ºC y 33 ºC y en la muestra 7 a 33ºC. 81 Tabla Nº 3 Valores de la DBO de la muestra Nº 3 a 20 ºC y 33ºC. Muestra:3 DQO=866 DBO DIA 20ºC %dil=2.7 33ºC %dil=2.7 1 33 30 2 56 70 3 85 96 4 133 5 159 6 193 E S E 7 S R207 O H 8 215 C E R 237 DE 9 OS 181 D A RV 200 10 256 126 207 222 230 248 Fuente: Dangond y Mendoza, 2008 Tabla Nº 4 Valores de la DBO de la muestra Nº 4 a 20 ºC y 33ºC. Muestra:4 DQO=1006 DBO DIA 20ºC %dil=2.2 33ºC %dil=2.2 1 50 73 2 91 123 3 127 155 4 164 177 5 195 209 6 227 241 7 250 268 8 259 282 9 282 295 10 295 300 Fuente: Dangond y Mendoza, 2008 82 Tabla Nº 5 Valores de la DBO de la muestra Nº 5 a 20 ºC y 33ºC. Muestra:5 DQO=319 DBO DIA 20ºC %dil=7 33ºC %dil=7 1 7 13 2 16 23 3 44 53 4 66 5 73 83 E S E 7 S R 90 O H 104 C8 E R 9 107 DE S 91 DO A RV 99 6 10 <107 74 100 104 107 <107 Fuente: Dangond y Mendoza, 2008 Tabla Nº 6 Valores de la DBO de la muestra Nº 6 a 20 ºC y 33ºC. Muestra:6 DQO=510 DBO DIA 20ºC %dil=3.1 33ºC %dil=3.1 1 23 42 2 74 68 3 103 106 4 119 142 5 174 168 6 178 203 7 184 226 8 223 229 9 229 229 10 242 248 Fuente: Dangond y Mendoza, 2008 83 Tabla Nº 7 Valores de la DBO de la muestra Nº 7 a 20 ºC y 33ºC. Muestra:7 DQO= 185 DBO DIA 20ºC %dil=2 33ºC %dil= 1 1 115 145 2 190 230 3 230 275 4 255 5 270 6 280 E S E 7 S R290 O H 8C 315 E R 335 DE 9 OS 330 D A RV 345 10 360 310 360 370 <370 <370 Fuente: Dangond y Mendoza, 2008 Tabla Nº 8 Valores de la DBO de la muestra Nº 8 a 20 ºC y 33ºC. Muestra:8 DQO:302 DBO DIA 20ºC % dil=1.5 33ºC %dil=1 1 40 60 2 140 193 3 207 273 4 253 333 5 293 387 6 327 427 7 387 447 8 407 460 9 420 473 10 440 480 Fuente: Dangond y Mendoza, 2008. 84 Se puede notar en todas las muestras que la DBO va aumentando a medida que pasan los días, esto se debe a que hay un consumo continuo de oxígeno disuelto; de igual forma se observa que los valores obtenidos a una temperatura de incubación de 33 ºC son mayores que a 20 ºC; la diferencia entre los valores de DBO, se debe al hecho de que a mayor temperatura se acelera el OS D A RV consumo de oxigeno disuelto; debido a una mayor actividad bacteriana y en E S E consecuencia un mayor requerimiento S Rde energía necesaria para el crecimiento y O H C E la reproducción de las bacterias. R DE 4.2 DETERMINACION DE LA CONSTANTE DE BIODEGRADACION (k) Y DEMANDA ÙLTIMA (L) Aplicando el método de la pendiente de Thomas, Gráfico de Fujimoto, y de Thomas, se obtuvo los valores de k y L. El método de la Pendiente de Thomas no se aplicó, ya que al obtener la Demanda Última (L), resultó menor que la DBO10, t, donde t es la temperatura a la cual se realizó el ensayo. Al observar los resultados obtenidos para los tres métodos seleccionados para determinar k y L, se aprecia que los valores de Demanda Bioquímica de 85 Oxigeno, de las muestras de la Industria Procesadora de Cangrejos, se ajustan al Método de Fujimoto y el Método Gráfico de Thomas. Las tablas 9, 10,11, y 12 contienen los valores obtenidos de las constantes de velocidad (k) y demanda última (L) de las muestras puntuales de la industria OS D A RV procesadora de cangrejos para las temperaturas 20 ºC, y 33ºC, calculados a partir E S E SR O H C de k y L a 20 ºC de las muestras 1, 2, 3, y 4. E Tabla Nº 9 Valores R DE del Método Gráfico de Thomas y Fujimoto. TIPO DE MUESTRA: PUNTUAL MUESTRA 1 2 3 4 TEMPERATURA: 20 ºC METODO k (días-1) MT 0.15 333 MF 0.12 400 MT 0.13 464 MF 0.13 420 MT 0.04 278 MF 0.05 332 MT 0.06 393 MF 0.07 348 L (mg/l) MT: Método Grafico de Thomas MF: Método Grafico de Fujimoto. Fuente: Dangond y Mendoza, 2008. 86 Tabla Nº 10 Valores de k y L a 20 ºC de las muestras 5, 6, 7, y 8. TIPO DE MUESTRA: PUNTUAL TEMPERATURA: 20 ºC MUESTRA MÉTODO k (días-1) L (mg/l) S121 O D 5 MF 0.09 VA 103 R E S E R MTS 0.05 357 O H C E 6 MF 0.10 242 DER 7 8 MT 0.06 MT 0.18 326 MF 0.08 455 MT 0.06 577 MF 0.09 475 MT: Método Gráfico de Thomas MF: Método Gráfico de Fujimoto Fuente: Dangond y Mendoza, 2008. 87 Tabla Nº 11 Valores de k y L a 33 ºC de las muestras 1, 2, 3, y 4. TIPO DE MUESTRA: PUNTUAL MUESTRA METODO TEMPERATURA: 33ºC k (días-1) L (mg/l) 370 OS D A MF 0.18 355 RV E S E R S O 2 0.15 497 HMT C E MF 0.15 450 DER 1 3 4 MT 0.02 MT 0.09 404 MF 0.08 270 MT 0.09 349 MF 0.09 350 MT: Método Gráfico de Thomas MF: Método Grafico de Fujimoto Fuente: Dangond y Mendoza, 2008. 88 Tabla Nº 12 Valores de k y L a 33 ºC de las muestras 5, 6, 7, y 8. TIPO DE MUESTRA: PUNTUAL MUESTRA MÉTODO TEMPERATURA: 33 ºC k (días-1) OS D 148 A RV E 0.11 S E R OS H C 0.06 E MT R E 6D MF 0.06 MT 5 7 8 MF L (mg/l) 0.13 109 331 350 MT 0.19 389 MF 0.17 393 MT 0.09 559 MF 0.11 525 MT: Método Gráfico de Thomas MF: Método Grafico de Fujimoto. Fuente: Dangond y Mendoza, 2008 Se observan que en los resultados de los dos métodos seleccionados no hay una gran diferencia entre los valores obtenidos y en algunos casos como la muestra número 2 a 20ºC Y 33ºC y la muestra 6 a 20ºC los resultados son iguales tanto para el método gráfico de Thomas como para el método de Fujimoto; lo que indica que los dos métodos se ajustan perfectamente al análisis de aguas residuales de una industria procesadora de cangrejos. 89 En la tabla Nº 13 están reportados los valores de la constante de biodegradación (k), de la Industria Procesadora de Cangrejos, aplicando el Método de Fujimoto, para las temperaturas seleccionadas. Tabla Nº 13 Valores de k a 20 ºC y 33 ºC. Método de Fujimoto. OS D A RV E S E S R DE k(días ) VALORES O H C E R DE TIPO DE MUESTRA: PUNTUAL -1 MUESTRA 20ºC 33ºC 1 0.12 0.18 2 0.13 0.15 3 0.05 0.08 4 0.07 0.09 5 0.09 0.11 6 0.10 0.06 7 0.08 0.17 8 0.09 0.11 Fuente: Dangond y Mendoza, 2008 En la tabla Nº 14 están reportados los valores de la constante de biodegradación (k), de la Industria Procesadora de Cangrejos, aplicando el Método Gráfico de Thomas, para las temperaturas seleccionadas. 90 Tabla Nº 14 Valores de k a 20 ºC y 33 ºC. Método Gráfico de Thomas. TIPO DE MUESTRA: PUNTUAL OS D A RV VALORES DE k(días-1) E S E SR O H C E R DE MUESTRA 20ºC 33ºC 1 0.15 0.02 2 0.13 0.15 3 0.04 0.09 4 0.06 0.09 5 0.06 0.13 6 0.05 0.06 7 0.18 0.19 8 0.06 0.09 Fuente: Dangond y Mendoza, 2008 En la tabla Nº 15 se presentan los valores de la Demanda Ultima obtenidos a través del Método de Fujimoto para las temperaturas de 20ºC y 33 ºC. Se `puede observar que en Demanda Última, los valores aumentan al incrementarse la temperatura de incubación. 91 Tabla N º 15 Valores de L a 20ºC y 33 ºC. Método de Fujimoto. TIPO DE MUESTRA: PUNTUAL VALORES DE L (mg/l)) MUESTRA 20ºC 1 400 2 420 3 332 355 OS D A V 451 R E S E S R348 O H 4 C E R 103 DE5 33ºC 270 350 109 6 242 350 7 455 393 8 475 325 Fuente: Dangond y Mendoza, 2008 Tabla N º 16 Valores de L a 20ºC y 33 ºC. Método Grafico de Thomas. TIPO DE MUESTRA: PUNTUAL VALORES DE L (mg/l)) MUESTRA 20ºC 33ºC 1 333 370 2 465 497 3 278 405 4 393 349 5 121 148 6 357 332 7 326 389 8 577 559 92 Fuente: Dangond y Mendoza, 2008 En las Tablas número 13, 14,15 y 16 se puede notar la diferencia entre los valores de la constante de biodegradación de la materia orgánica (k) y demanda ultima (L) en relación a la temperatura a partir del método gráfico de Thomas y el método de Fujimoto; se observa que tanto los valores de k como de L se incrementan al aumentar la temperatura de incubación, ya que al aumentar la OS D A de la estabilización de la materia orgánica consumen RVel oxigeno disuelto. E S E en la Ecuación de Arrhenius que Lo anteriormente expuesto esta fundamentado R S O que a mayor temperatura mayor velocidad de Hdecir establece: k = A.e EC,es DER similares fueron encontrados por Pineda en su trabajo de reacción. Resultados temperatura se acelera la velocidad con la que los microorganismos encargados -Ea/RT grado año 2006. Seleccionado los métodos que mejor se ajustan a los análisis de las aguas residuales de una industria procesadora de Cangrejos, se procede a calcular el promedio de los valores de k y L. Tabla Nº 17 Valores promedios de la constante de biodegradación (k) VALORES DE k ( días-1) TEMPERATURA 20ºC 33ºC MT 0.09 0.10 MF 0.09 0.12 Fuente: Dangond y Mendoza, 2008 93 Tabla Nº 18 Valores promedios de la demanda última (L) VALORES DE L ( mg/l) TEMPERATURA 20ºC 33ºC MT 356 365 MF 347 350 S O D A Al observar los valores de la constante de biodegradación RV (k) y Demanda Última (L E S Fuente: Dangond y Mendoza, 2008 RE OS temperaturas, se obtiene que los valores de H ) promedios, para las diferentes C E R E D con el incremento de la temperatura de incubación. k y L aumentan En la Tabla Nº 19 se observa que los valores obtenidos de pH . TABLA N. 19: VALORES DE pH DE LAS MUESTRAS. TIPO DE MUESTRA: PUNTUAL MUESTRA pH 1 7.16 2 7.36 3 6.78 4 7.15 5 6.80 6 6.90 7 6.75 8 6.76 Fuente: Dangond y Mendoza, 2008 94 Se aprecia que los valores de Ph se encuentran entre 6 y 9, lo cual favorable para los microorganismos que se encargan de la biodegradación de la materia orgánica, ya que necesitan estar dentro de este rango para ejercer su acción de estabilización. OS D A RV La tabla Nº 20 muestra los valores de los sólidos suspendidos totales, volátiles y fijos. E S E R SUSPENDIDOS PRESENTES EN SSÓLIDOS TABLA 20: VALORES H DEO LOS C LAS MUESTRAS. E R DE TIPO DE MUESTRA: PUNTUAL MUESTRA SÓLIDOS SÓLIDOS SÓLIDOS SUSPENDIDOS SUSPENDIDOS SUSPENDIDOS TOTALES(mg/l) VOLATILES(mg/l) FIJOS(mg/l) 1 94.0 20.00 74.0 2 136 8.00 128 3 56.0 8.00 48.0 4 155 9.00 146 5 74.0 18.0 56.0 6 171 15.0 156 7 142 12.0 130 8 50.0 5.00 45.0 Fuente: Dangond y Mendoza, 2008 95 Los valores presentados en esta tabla, junto con los reportados por los ensayos de Demanda Química y Bioquímica de Oxígeno son los más representativos para conocer y estimar la materia mineral y orgánica en las aguas residuales. Los sólidos suspendidos fijos dan una idea de la cantidad de materia mineral presente en la muestra y los sólidos suspendidos volátiles son muy representativos y constituyen mayormente los sólidos orgánicos presentes en la OS D A RV muestra. E S E 4.3 Análisis de las Métodos Gráficos SR O H C E R DE A continuación se presentan los gráficos 1 y 2 obtenidos a partir del Método Grafico de Thomas para la muestra numero uno y los gráficos 3 y 4 obtenidos a partir del Método de Fujimoto para la muestra numero cuatro, a las temperaturas de 20ºC Y 33 ºC, es importante aclarar que se presentan uno de los ocho muestreos realizados para cada método. El resto de las graficas se encuentran reflejadas en el apéndice A. Grafico 1- Método de Thomas de la muestra Nº 1 a 20 ºC. (t/y) 1/3*10-3 Método de Thomas: 20ºC 350 300 250 200 150 100 50 0 0 2 4 6 8 10 12 t (días) 96 Gráfico 2- Método de Thomas de la Muestra N º1 a 33 ºC. Método de Thomas: 33ºC (t/y) 1/3*10-3 300 250 200 150 OS D A RV 100 E S E SR O H C E R DE 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 t(días) Gráfico 3- Método de Fujimoto de la Muestra N º4 a 20 ºC y(t+1) Método de Fujimoto: 20ºC 350 300 250 200 150 100 50 0 0 50 100 150 200 250 300 y(t) 97 Gráfico 4- Método de Fujimoto de la Muestra N º4 a 33 ºC Método de Fujimoto: 33ºC 350 300 y(t+1) 250 200 150 100 50 OS D A RV 0 0 50 100 150 200 y(t) 250 300 350 E S E SR O H C E R DE Se puede observar en las graficas obtenidas a partir del Método Grafico de Thomas y del Método de Fujimoto que las rectas debido a su linealidad nos indican que los análisis a aguas residuales de una industria procesadora de cangrejos se ajustan perfectamente al análisis realizado; caso contrario sucede con el método de la Pendiente de Thomas, ya que no es aplicable para el estudio de este tipo de agua residual. Gráfico 5- Método de Fujimoto de la Muestra N º5 a 20 ºC y(t+1) Método de Fujimoto: 20ºC 140 120 100 80 60 40 20 0 0 20 40 60 80 100 120 y(t) 98 Gráfico 6-Método de Fujimoto de la Muestra N º5 a 33ºC y(t+1) Método de Fujimoto: 33ºC 140 120 100 80 60 40 20 0 0 1 2 3 4 5 OS D A RV 6 7 8 9 E S E SR Se pude observar H una falta de linealidad al principio de las rectas de O C E algunas muestras DER debido a que los primeros días de incubación los y(t) microorganismos requieren un tiempo de adaptación para las nuevas condiciones ambientales en las que se encuentran, esta fase se denomina “Fase de retardo”; y en los últimos días de incubación se da la llamada “Fase estacionaria”, debido a que las bacterias han agotado los nutrientes necesarios para el crecimiento. Gráfico 7- Método de Thomas de la Muestra Nº 3 a 20ºC (t/y)1/3*10-3 Metodo de Thomas:20 ºC 345 340 335 330 325 320 315 310 305 0 2 4 6 8 10 12 t(días) 99 Gráfico 8- Método de Thomas de la Muestra N º3 a 33 ºC Método de Thomas: 33ºC 35 34 33 0 32 31 30 29 28 0 2 4 HOS C E R DE E S E R OS D A RV 6 t(días) 8 10 1 En los casos donde se presentan puntos dispersos de la recta, es debido a que las muestras analizadas presenta cambios en su naturaleza, en comparación al resto de las muestras analizadas lo que indican un problema en cuanto a la aplicación de los métodos seleccionados, las muestras tomadas tienen una menor carga orgánica ya que en el día de la recolección el proceso operativo de la planta no fue el normal, porque se estaban descargando unos tanques de agua, lo que indica que el agua esta mas diluida, y a mayor dilución son menores los valores de DBO obtenidos. 100 CONCLUSIONES - El valor de la constante de biodegradación (k), aumenta con la temperatura de incubación,siendo: 0.09 días-1 para T= 20ºC, 0.12 días-1 para T = 33ºC, obtenidos a partir del Método de Fujimoto y para el Método Grafico de Thomas son: k=0.09 días-1 para T= 20ºC y k= 0.10 dias1 para T= 33ºC - OS D A V mg/l para T=33ºC y por Thomas es de : 356 mg/l para T=20ºC y L= R365 E S Emg/l para T=20ºC y L= 350 mg/l para R el Método de Fujimoto es: L=347 S HlaODemanda Ultima (L), es mayor al aumentar la C T=33ºC.El valor de E DER El valor obtenido de la Demanda Ultima a partir del Método Grafico de temperatura de incubación. - Los Métodos que se ajusta a los valores de la Demanda Bioquímica de Oxigeno, de las aguas residuales de las Industria Procesadora de Cangrejos, son el Método de Fujimoto y el Método Grafico de Thomas. - El método de la Pendiente de Thomas no aplicó, ya que al obtener la Demanda Última (L), resulta menor que la DBO10, t, donde t es la temperatura a la cual se realizó el ensayo. - - Al tener mayor carga orgánica de material biodegradable en el agua residual, la DBO se incrementará notoriamente y en consecuencia, los parámetros cinéticos de esta ecuación se verán incrementados. - Los valores de k y L depende y se ven afectados por la temperatura, concentración y naturaleza de la materia orgánica presente en el agua residual. 101 RECOMENDACIONES - Aplicar el Método Grafico de Thomas y de Fujimoto para el cálculo de los parámetros cinéticos; demanda ultima (L) y constante de biodegracion (k) en aguas residuales de una industria procesadora de cangrejos. - - OS D A amplia información para zona con clima tropical, RV por ser estos parámetros E S E de tratamiento de aguas residuales. R determinantes en el diseño S de sistemas HO C E R DelEdiseño Para de sistemas de tratamiento de aguas residuales industriales, Continuar con esta investigación, en otros tipos de industrias, para obtener deben realizarse, estudios particulares, ya que los procesos de producción son diferentes, aun cuando el producto final sea similar. - Cuando el proceso productivo de una industria varía cada día de la semana, deben realizarse el estudio tomando muestras durante el ciclo del proceso productivo (días o semanas), para así obtener muestras representativas del tipo de líquido residual. - En las regiones tropicales se deben hacer estudios de los valores de (k) y (L), que son determinantes en el diseño de sistemas de tratamientos de aguas residuales y, a la vez debe hacerse para distintas industrias , aun cuando los productos que se obtengan sean similares, esto debido a que el proceso de industrialización es diferente. 102 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 1.- AMERICAN PUBLIC HEALTH ASOCIATION. 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OS D A RV E S E SR O H C E R DE 104 PAGINAS WEB CONSULTADAS www.google.com www.monografias.com www.auyantepuy.com OS D A RV www.altavista.com E S E http://www.cepis.org.pe/index.html SR O H REC DE 105 APÉNDICE A Gráfico 9- Método de Thomas de la Muestra N º2 a 20 ºC Método de Thomas: 20ºC (t/y) 1/3*10-3 300 OS D A RV 250 200 E S E SR O H C E R DE 150 100 50 0 0 2 4 6 8 10 t(días) Gráfico 10- Método de Thomas de la Muestra Nº 2 a 33ºC (t/y) 1/3*10-3 Método de Thomas: 33ºC 350 340 330 320 310 300 290 280 0 2 4 6 8 10 12 t(días) 106 Gráfico 11- Método de Thomas de la Muestra N º4 a 20 ºC Método de Thomas: 20ºC (t/y) 1/3*10-3 330 320 310 300 290 280 270 260 OS D A RV E S E SR O H C E R DE 0 Gráfico 12- 2 4 6 t(días) 8 10 12 Método de Thomas de la Muestra N º4 a 33 ºC (t/y) 1/3*10-3 Método de Thomas: 33 ºC 350 300 250 200 150 100 50 0 0 2 4 6 8 10 12 t (días) 107 Gráfico 13- Método de Thomas de la Muestra N º5 a 20 ºC Método de Thomas: 20ºC (t/y) 1/3*10-3 600 500 400 300 OS D A RV 200 E S E R 6 0 2 OS 4 H C E t (días) R DE 100 0 Gráfico 14- 8 10 12 Método de Thomas de la Muestra N º5 a 33 ºC Método de Thomas: 33ºC (t/y) 1/3*10-3 450 440 430 420 410 400 390 380 370 0 2 4 6 t(días) 8 10 12 108 Gráfico 15- Método de Thomas de la Muestra N º6 a 20 ºC (t/y) 1/3*10- Método de Thomas: 20ºC 3 360 350 340 OS D A RV 330 320 E S E SR O H C E R DE 310 300 290 0 2 4 6 8 10 12 t(días) Gráfico 16- Método de Thomas de la Muestra N º6 a 33 ºC (t/y) 1/3*10-3 Método de Thomas: 33ºC 350 340 330 320 310 300 290 280 0 2 4 6 8 10 12 t(días) 109 Gráfico 17- Método de Thomas de la Muestra N º7 a 20 ºC Método de Thomas : 20ºC (t/y) 1/3*10-3 350 300 250 200 150 OS D A RV E S E SR O H C E R DE 100 50 0 0 2 4 6 8 10 12 t(días) Gráfico 18- Método de Thomas de la Muestra N º7 a 33 ºC (t/y) 1/3*10-3 Método de Thomas: 33ºC 300 250 200 150 100 50 0 0 2 4 6 8 10 t(días) 110 Gráfico 19- Método de Thomas de la Muestra N º8 a 20 ºC (t/y) 1/3*10-3 Método de Thomas: 20ºC 350 300 250 OS D A RV 200 150 E S E SR O H C E R DE 100 50 0 0 2 4 6 8 10 12 t(días) Gráfico 20- Método de Thomas de la Muestra N º8 a 33 ºC (t/y) 1/3*10-3 Mètodo de Thomas: 33ºC 300 250 200 150 100 50 0 0 2 4 6 8 10 12 t(días) 111 Gráfico 21- Método de Fujimoto de la Muestra N º1 a 20 ºC y(t+1) Metodo de Fujimoto: 20ºC 400 350 300 250 200 150 100 50 0 OS D A RV E S E SR O H C E R DE 0 50 100 150 200 250 300 350 400 y(t) Gráfico 22- Método de Fujimoto de la Muestra N º1 a 33 ºC Método de Fujimoto : 33ºC 400 y(t+1) 300 200 100 0 0 50 100 150 200 250 300 350 y(t) 112 Gráfico 23- Método de Fujimoto de la Muestra N º2 a 20 ºC M étodo de Fujimoto: 20ºC 500 y(t+1) 400 300 200 OS D A RV 100 E S E SR O H C E R DE 0 0 100 200 300 400 500 y(t) Gráfico 24- Método de Fujimoto de la Muestra N º2 a 33 ºC Método de Fujimoto: 33ºC 500 (t/y)1/3*10-3 400 300 200 100 0 0 100 200 300 400 500 y(t) 113 Gráfico 25- Método de Fujimoto de la Muestra N º3 a 20 ºC Método de Fujimoto: 20ºC 300 250 y(t+1) 200 OS D A RV 150 E S E SR O H C E R DE 100 50 0 0 50 100 150 200 250 y(t) Gráfico 26- Método de Fujimoto de la Muestra N º3 a 33 ºC Método de Fujimoto: 33ºC 300 y(t+1) 250 200 150 100 50 0 0 50 100 150 200 250 y(t) 114 Gráfico 27- Método de Fujimoto de la Muestra N º6 a 20 ºC Método de Fujimoto: 20ºC 300 y(t+1) 250 200 150 100 OS D A RV 50 0 0 50 HOS C E R DE Gráfico 28- E S E R 100 y(t) 150 200 250 Método de Fujimoto de la Muestra N º6 a 33 ºC Método de Fujimoto: 33ºC 300 y(t+1) 250 200 150 100 50 0 0 50 100 150 200 250 y(t) 115 Gráfico 29- Método de Fujimoto de la Muestra N º7 a 20 ºC y(t+1) Metodo de Fujimoto: 20ºC 400 350 300 250 200 150 100 50 0 E S E SR O H C E R DE OS D A RV 0 50 100 150 200 250 300 350 400 y(t) Gráfico 30- Método de Fujimoto de la Muestra N º7 a 33 ºC Método de Fujimoto : 33ºC 500 y(n+1) 400 300 200 100 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 y 116 Gráfico 31- Método de Fujimoto de la Muestra N º8 a 20 ºC M étodo de Fujimoto: 20ºC 500 y(n+1) 400 300 200 OS D A RV 100 0 0 50 100 HOS C E R DE E S E R 150 200 250 y(t) 300 350 400 450 Gráfico 32-Método de Fujimoto de la Muestra N º8 a 33 ºC Método de Fujimoto: 33ºC 600 y(n+1) 500 400 300 200 100 0 0 100 200 300 400 500 y(t) 117 APENDICE B DBO t-T = (O2i - O2f) * 100 / % dilucion = DBO 1-20 = (8.6 - 6.3) * 100 / 2.2 = 115 DBO 2-20 = (8.6 - 4.8) * 100 / 2.2= 190 DBO 3-20 = (8.6 -4.0) * 100 / 2.2= 230 DBO 4-20 = (8.6 - 3.5) * 100 / 2.2= 255 OS D A RV DBO 5-20 = (8.6 - 3.2) * 100 / 2.2= 270 E S E = (8.6 - 2.8) * 100 / 2.2= 290 SR O H C* 100 / 2.2= 315 = (8.6 - E 2.3) R DE DBO 6-20 = (8.6 - 3.0) * 100 / 2.2= 280 DBO 7-20 DBO 8-20 DBO 9-20 = (8.6 - 1.9) * 100 / 2.2= 335 DBO10-20 = (8.6 - 1.4) * 100/ 2.2 = 360 Constante de Biodegradacion (k) y Demanda Ultima (L) Método de Thomas (t/y)1/3 Gráfico (1/115) 1/3 vs. t = 0.2056 1 (2/190)1/3 =0.2192 2 (3/230)1/3 =0.2354 3 (4/255)1/3 =0.2503 4 (5/270)1/3 =0.2646 5 (6/280)1/3 =0.2778 6 (7/290)1/3 =0.2890 7 (8/315)1/3 =0.2939 8 (9/335)1/3 =0.2995 9 (10/360)1/3 =0.3029 10 A: Intercepto de la recta con el eje Y A: 0.1925 118 B: Y2 – Y1 / X2 - X1 = B: (0.289 - 0.1925) / (7- 0) = 0.014 k= 2.61 * B / A k = 2.61 * (0.014) / 0.1925 = 0.18 L= 1/ 2.3 * k * A3 L= 1 /2.3 * (0.18)*(0.1925)3 = 326 OS D A RV Método de Fujimoto E S E Grafico Y vs. Y SR O H C 190 115 E R DE DBO = Y (n+1) (t) 230 190 255 230 270 255 280 270 290 280 315 290 335 315 360 335 Trazar la mejor recta por esos puntos Trazar una recta de 45º y donde se intersecten las rectas se va al eje y o x y se lee la Demanda Ultima (L). L = 455 mg/ l k = t / log (1- y/L) k = 1/ log (1- 115/ 455) = 0.1265 k = 2/ log (1- 190/ 455) =0.1174 k = 3/ log (1- 230/455) =0.1019 k = 4/ log (1- 255/455) =0.0890 k = 5/ log (1- 270/455) =0.0780 k = 6/ log (1- 280/ 455) =0.0690 119 k = 7/ log (1- 290/ 455) =0.0629 k = 8/ log (1- 315/455) =0.0640 k = 9/ log (1- 335/455) =0.0643 k = 10/ log (1- 360/ 455) =0.0680 k promedio es: k = 0.0841 días-1 OS D A RV Método de la Pendiente de Thomas E S E a ∑ Y + b ∑ - ∑ YYʹ = 0 SR O H C / 2E ∆t Y’ = (Y - Y ) R DE na + b∑Y - ∑Y’ = 0 Y2 n+1 k=-b n-1 ; ∆t = 1 L= -a / b Y Yʹ YYʹ Y2 230 32.5 7475.0 52900 255 20.0 5100.0 65025 270 12.5 3375.0 72900 280 10.0 2800.0 78400 290 17.5 5075.0 84100 315 22.5 7087.5 99225 355 22.5 7537.5 112225 ∑Y =1975 ∑Y’ = 155 ∑ YY' = 38450 ∑ Y2 = 564775 7a + 1975b – 155 = 0 a1975 + b564775 – 38450 = 0 a = 219.72 b = -0.70 L = 313 120 APENDICE C Foto Nº 1 Fachada de la Industria Procesadora de Cangrejos. OS D A RV E S E SR O H C E R DE Foto Nº 2 Salida de las Aguas Residuales de la Industria Procesadora de Cangrejos. 121 Foto Nº 3. Canal de Salida de las Aguas Residuales de la Industria Procesadora de Cangrejos OS D A RV E S E SR O H C E R DE Foto Nº 4 Digestores donde se realiza las pruebas de Demanda Química de Oxigeno 122 Foto Nº 5 Espectrofotómetro Hach modelo DR/ 2000. OS D A RV E S E SR O H C E R DE Foto Nº 6 Agua Aireada. 123 Foto Nº 7 Nutriente para el agua aireada necesarios en el proceso de la DBO. OS D A RV E S E SR O H C E R DE Foto Nº 8 Botellas Winkler que contiene la preparación de DB0 y un ml de Sulfato Manganoso. 124 Foto Nº 9 Botellas Winkler que contiene la preparación de DB0 y un ml de Alcalino - Nitruro. OS D A RV E S E SR O H C E R DE Foto Nº 10 Botellas Winkler que contiene la preparación de DB0 y un ml de Acido Sulfúrico Concentrado. 125 Foto Nº 11 Botellas Winkler. La diferencia e Intensidad del Color es un indicador de la presencia y cantidad de oxigeno en cada botella. OS D A RV E S E SR O H C E R DE Foto Nº 12.Se retiran 100 ml de solución a la Botella Winkler 126 Foto Nº 13. Se le agregan 2 ml de Almidón como indicador OS D A RV E S E SR O H C E R DE Foto Nº 14 Cambio de color en la muestra por la presencia de almidón como indicador. 127 Foto Nº 15 Titulación de la Muestra con Tiosulfato de Sodio. OS D A RV E S E SR O H C E R DE Foto Nº 16 Cambio de color de la muestra por la presencia de Tiosulfato de Sodio. 128 Foto Nº 17. El color transparente indica la finalización de la titulación. OS D A RV E S E SR O H C E R DE Foto Nº 18 Incubadora a 20º C. 129 Foto Nº 19 Incubadora a 33 ºC. OS D A RV E S E SR O H C E R DE Foto Nº 20 Filtro utilizado para la prueba de los Sólidos Suspendidos 130 Foto Nº 21 Mufla utilizada para la prueba de los Sólidos Suspendidos Volátiles. OS D A RV E S E SR O H C E R DE Foto Nº 22 Phmetro 131